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1500V光伏发电系统的电源应用方案

2016-06-07 18:06
汉水狂客
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  针对当前1500V光伏发电技术的发展趋势和相关配件市场需求,广州金升阳科技有限公司匠心研制并推出与之相匹配的PVxx-29Bxx 系列电源,可直接从1500V高压端取电为光伏系统的监控电路供电,简化光伏系统电路的设计,可以避免采用市电或蓄电池供电而引起的建设、维护成本过高问题,提升光伏发电系统综合效益。该产品具有的多重保护功能,在电源模块或者外部电路工作异常时,进一步提升电源及其负载的安全性能。

  一、引言

  2015年巴黎气候大会在《联合国气候变化框架公约》下达成一项“具有法律约束力的并适用于各方的”全球低碳减排新协议,进一步推动光伏、风电等绿色环保新能源发展和普及。2015年我国通过《经济和社会发展“十三五”规划》,其中光伏发电市场将持续壮大,初步规划装机目标将达1.5亿千瓦。有内外政策性、需求的引导和支持,以及能源物联网发展,使得光伏发电进一步规模化、智能化,有利于减低光伏发电成本,促进技术创新和产业升级。

  全球光伏产业的发展目标都是要和传统的电力进行竞争,以提供更低成本、更高收益的清洁能源。当前主流的光伏发电系统是基于1000V直流段电压设计和建造的,但从系统的角度来看,若有更高的输入、输出电压等级,可以降低交直流侧线损及变压器低压侧绕组损耗,电站的系统效率预期可以提升1.5-2%。GTM的的分析报告《2016-2022年1500V光伏系统和部件:成本、供应商与预期》预计,在2016年全球对1500V光伏系统的需求将占9%左右,相当于约4.6GW。因此,1500V光伏发电系统必将是未来发展趋势。

  二、光伏发电系统基本结构及组件要求

  在太阳能光伏发电系统中,为了减少光伏电池阵列与逆变器之间的连线,以组串形式构建光伏阵列,再将相应数量光伏阵列并联接入光伏汇流箱进行电能汇流,经直流柜输出给光伏逆变器,逆变升压后并入电网,因此完整的光伏发电系统包括光伏阵列组、光伏汇流箱、直流柜、光伏逆变器、升压变压器等部分。如图一所示:

  不同地域、季节的光照强度不同,以及早晚阳光照射度也不一样,光伏阵列输出电压是系统最高电压范围内存在较大波动。光伏汇流箱需监测每组光伏阵列的电压、电流、功率、防雷等状态,并实现光伏阵列的故障报警、定位和通信等功能。光伏逆变器在进行电能交直流转换时,需监控转换过程的电压、电流等,并驱动控制功率器件工作。由于光伏阵列输出电压高达1kV以上,普通模块电源无法从高压线路上直接取电工作,若采用外部独立电源给多个光伏汇流箱和逆变器等监控单元供电,则存在工作电压不稳定、系统布线问题、单个汇流箱短路故障会导致整个监控系统供电终止等问题。

  因此,光伏发电系统对模块电源有以下几点要求:

  •200-1500VDC电压输入,输出12V/15V/24V等常规电压

  • 输入输出之间可以承受较高的隔离电压特性

  • 具备输入欠压、防反接等保护,具备输出过流、短路、过压等保护功能

  • 要满足不同地域的极端工作温差要求

  针对光伏发电系统的高压特性及应用需求,广州金升阳科技有限公司特别研发出一款200-1500VDC电压输入、4000VAC隔离的模块电源,并结合光伏系统各单元电路安全隔离特性,提供一整套控制单元的电源方案。

  三、光伏汇流箱监控单元电源方案

  为了进一步提高系统的可靠性和实用性,在光伏汇流箱里配置了光伏专用直流防雷模块、直流熔断器和断路器,并设置工作状态监测、控制处理、通信等功能电路。

  如图二所示,在光伏汇流箱系统中,PVxx-29B24系列具备的200-1500VDC电压输入、4000VAC隔离耐压、高可靠特性,可从高压端直接取电,经转换输出24VDC电压给监控电路供电。采用F0505S-1WR2给霍尔传感器隔离供电,充分确保高低压之间安全隔离,;采用B0503XT-2WR2模块进行隔离转换输出3.3V给MCU供电;通信采用集成隔离电源的TD501D485H通信模块,可抑制电磁干扰和消除接地环路影响。整体电源方案在满足功能需求及安全隔离,同时又便于整体系统简化设计和稳定可靠。

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