智能光伏功率調節器及調節方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能光伏發電技術領域，特別是涉及一種智能光伏功率調節器及其調節方法。
【背景技術】
[0002]傳統電站方案中，光伏組件經過匯流、逆變器，最后接入箱式變壓器升壓，把電能送到升壓站并入電網，MPPT功能集成在逆變器中，逆變器MPPT路數少，易受現場各種復雜情況的影響，造成發電量的損失，例如因組件不匹配、灰塵、陰影遮擋、組件溫升或破損(熱斑效應)等原因，光伏系統實際發電量比理論值要低10% -25%，其中熱斑效應甚至會嚴重影響組件性能及其壽命。
[0003]另外，電站安裝或試運行時，反接組件或功率優化器會引起損壞，大大降低其使用壽命，但是現有技術中防反接功能仍是以硬件防護為主，而傳統的功率優化器也沒有通訊模塊，在發生組件或功率優化器故障時，需要對每塊組件或每個功率優化器進行故障排查，運維工作量巨大，并且需要停止對應整條組串乃至整個電站的運營，大大增加了成本。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提出一種智能光伏功率調節器，能夠對每塊組件進行最大功率點追蹤，減少組件不匹配、灰塵、陰影遮擋、組件溫升或破損(熱斑效應)等各種原因導致的功率損失。
[0005]為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:一種智能光伏功率調節器，包括功率模塊、采樣模塊、控制模塊、驅動模塊、通訊模塊、電源模塊；所述電源模塊連接其它各模塊提供工作電源；所述功率模塊的輸入端連接光伏組件的輸出端；所述采樣模塊設有采樣電路，所述采樣電路的輸出端連接所述控制模塊；所述控制模塊設有MCU控制電路，所述MCU控制電路的輸出端連接所述驅動模塊；所述功率模塊設有開關管，所述驅動模塊連接所述功率模塊的開關管；所述通訊模塊連接所述控制模塊，實現控制模塊與后臺監控系統的雙向反饋。
[0006]進一步的，所述功率模塊包含整流二極管、功率M0S管、續流電感及若干個濾波電容，所述功率M0S管作為開關管與所述驅動模塊連接。
[0007]進一步的，所述驅動模塊包含二級信號放大電路；一級放大電路進行電平轉換；二級放大電路進行電流信號的放大。
[0008]進一步的，所述采樣電路包含電流采樣電路、電壓采樣電路及溫度采樣電路。
[0009]更進一步的，所述電流采樣電路設有雙向電流傳感器，用以感應電流值，判斷電流方向。
[0010]進一步的，所述通訊模塊包括無線通信模塊和/或直流電力載波通信模塊。
[0011]進一步的，所述智能光伏功率調節器還包括旁路模塊；所述旁路模塊包括旁路二極管和旁路開關，所述旁路二極管并聯在功率模塊的輸入端兩極之間，所述旁路開關并聯在功率模塊的負輸入端與功率模塊的負輸出端之間。
[0012]更進一步的，所述智能光伏功率調節器還設有接線盒模塊，所述接線盒模塊設有連接端子，光伏組件的匯流條直接接至連接端子。
[0013]如上所述的智能光伏功率調節器的調節方法，包括如下步驟:
[0014]步驟一:通過采樣模塊采集電壓、電流、溫度信號，輸送給控制模塊；
[0015]步驟二:控制模塊通過MPPT程序，根據全局掃描法以及擾動觀察法來計算分析最大功率點的電壓電流；
[0016]步驟三:控制模塊設置PWM脈寬調制的占空比值，通過驅動模塊控制功率模塊的M0S管開斷時間，使組件保持工作在最大功率，同時防止組件反接；
[0017]步驟四:控制模塊通過通訊模塊，選擇通過無線通信或直流電力載波與后臺監控系統實現雙向反饋。
[0018]更進一步的，所述調節方法還包括:
[0019](1)在組件失效或組件故障或出現熱斑效應時，通過旁路二極管切換至旁路，為整串電流提供第二條通道，防止對其他正常發電單元產生影響；
[0020](2)在智能光伏功率調節器發生故障時，通過旁路開關對調節器實施物理旁路，功率調節器通過接線盒模塊作為接線盒使用。
[0021]相對于現有技術，本發明所述的智能光伏功率調節器及調節方法具有以下優勢:
[0022](1)可替代接線盒使用，也可外接在接線盒后端使用；
[0023](2)雙重旁路保護，通過旁路二極管避免熱斑效應，通過旁路開關避免單個組件故障或失效影響整條組串乃至電站的正常工作，造成發電量損失；
[0024](3)實時的采樣數據傳輸及監控，快速定位至問題組件或功率優化器；
[0025](4)通過軟件與硬件組合來達到防反接功能；
[0026](5)實現組件級的MPPT功能，通過設置PWM的占空比值來控制M0S管開斷時間，從而進行最大功率點的追蹤，可減少組件不匹配、灰塵、陰影遮擋、組件溫升或破損(熱斑效應)等各種原因導致的功率損失。
【附圖說明】
[0027]構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0028]圖1是本發明實施例的結構示意圖；
[0029]圖2是本發明實施例中的調節器接線方式一；
[0030]圖3是本發明實施例中的調節器接線方式二。
【具體實施方式】
[0031]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0032]下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0033]本發明智能光伏功率調節器包含上蓋、底殼和可選接線盒模塊的電路板，其中電路板如圖1所示，包含7個模塊，分別為功率模塊、控制模塊、驅動模塊、通訊模塊、采樣模塊、電源模塊和旁路模塊，其中電源模塊為所有其它模塊提供工作電源，功率模塊的輸入端連接光伏組件的輸出端。
[0034]所述功率模塊輸入端的正負極之間并聯采樣模塊，采樣模塊連接控制模塊的輸入端，采樣模塊將采集到的信息傳送給控制模塊；
[0035]所述旁路模塊包括旁路二極管和旁路開關，旁路二極管并聯在功率模塊的輸入端的正負極之間，旁路開關電路并聯在輸入端負極與輸出端負極之間；
[0036]所述控制模塊的輸出端連接驅動模塊的輸入端，驅動模塊的輸出端連接功率模塊；
[0037]所述控制模塊同時連接通訊模塊，通過通訊模塊實現通信與監控功能。
[0038]下面根據圖1對各模塊及其功能進行詳細的介紹:
[0039]1、控制模塊
[0040]包含MCU控制電路。輸入端為3V3_MCU，輸出端為VCT。
[0041]控制模塊通過采集到的數據反饋給程序，通過MPPT程序實現對光伏組件發電最大功率的跟蹤并且通過采樣判斷進行過壓、過流、防反等保護。程序通過全局掃描法以及擾動觀察法來計算分析最大功率點的電壓電流，并通過脈寬調制技術控制開關管開斷來調節輸出電壓和電流，以達到使組件能夠保持工作在最大功率。
[0042]2、功率模塊:
[0043]包含整流二極管、功率M0S管、續流電感及若干個濾波電容。輸入端為PV+，PV_，輸出端為0UT+，OUT-。
[0044]功率M0S管通路時，續流電感儲存電能；功率M0S管斷路時，續流電感與整流二極管、負載構成回路，釋放電能，對負載供電。
[0045]3、驅動模塊
[0046]包含二級信號放大電路。輸入端為VCC_12V，輸出端為功率電路。
[0047]—級放大電路進行電平轉換，二級放大電路進行電流信號的放大。
[0048]4、電源模塊
[0049]包含PV電壓轉12V電源電路及12V轉3.3V電源電路。12V電源電路輸入端為PV+，輸出端為VCC_12V。3.3V電源電路輸入端為VCC_12V，輸出端包含VCC_3V3, 3V3_MCU, 3V3_TEMP, 3V3_0Po
[0050]12V電源為模擬電路(功率