光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器

《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种解决电势诱导衰减的电压补偿装置、变流器及光伏发电系统。

电势诱导衰减（PID，Potential Induced Degradation）是指：因为对地高压施加在电池板上而使其性能降低的现象。根据不同的电池板特性，该高压可能为正电压，也可能为负电压。

PID导致电池板性能降低的现象为：开路电压下降（Voc）、断路电流（Isc）填充因子（FF）下降等。

美国著名光伏制造商SUNPOWER公司发现，采用背极接触高效电池片A-300，具体是在组件上施加一个反向高压，发生表面极化现象。如果在组件上施加相对于大地的正电压，漏电流会立即从电池流向地面。电池的表面会随着时间累积负电荷，这些电荷会将正电荷吸引到电池表面，形成复合中心。相反，当组件上施加负电压时，极化现象也相应改变，这种情况下组件的性能不会有影响。

2013年6月前，随着大型电站的不断发展，主要是靠近沿海地区的电站，这些地区的环境条件比较恶劣，例如，高温，高湿等。随着时间的延长，PID问题越来越严重。

对于变流器的三相交流输出通过三相绝缘变压器（变压器具有初级侧、次级侧和初级侧上的中性端子）连接电网的光伏发电系统，可以通过控制发电系统中变压器的中性端子对地（PE）的电位，来解决PID问题。但是由于此类光伏发电系统中含有多个变流器，每个变流器都需要引出一条N线与三相绝缘变压器的中性端子相连，增加了系统成本和线路损耗，且增加接线复杂度，并且会降低系统可靠性。并且针对不具备中性端子的变压器的光伏发电系统，该方案不适用。

因此，解决电势诱导衰减给组件带来的性能下降的问题，是该领域技术人员需要解决的技术问题。

图1是《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》提供的光伏发电系统实施例一示意图；

图2a是该申请提供的光伏发电系统实施例二示意图；

图2b是该申请提供的光伏发电系统实施例三示意图；

图3是该申请提供的电压补偿装置实施例的示意图；

图4a是该申请提供的电压变换单元实施例的示意图；

图4b是该申请提供的电压变换单元实施例的另一示意图；

图4c是该申请提供的电压补偿装置取电方式的示意图。

2016年12月7日，《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》获得第十八届中国专利优秀奖。

参见图1，该图为《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》提供的光伏发电系统实施例一示意图。

该实施例提供一种光伏发电系统，包括至少一个具有直流输入端和交流输出端的变流器120、与所述变流器120的直流输入端对应电气连接的太阳能电池串列110、三相绝缘变压器130、中性线装置150和电压补偿装置140，所述变流器120的交流输出端并联，所述太阳能电池串列110包括至少一个太阳能电池板，所述三相绝缘变压器130包括初级侧131和次级侧132，所述初级侧131与变流器的交流输出端电气连接，所述中性线装置150的第一端与所述变流器120的交流输出端以及所述三相绝缘变压器130的初级侧131电气连接，所述电压补偿装置140连接在所述中性线装置150的第二端与地之间，通过控制所述电压补偿装置140的输出电压来控制所述中性线装置150的第二端的电位。

《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》提供的光伏发电系统，包括中性线装置和电压补偿装置，所述中性线装置的第一端与光伏发电系统中变流器的交流输出端以及三相绝缘变压器的初级侧电气连接；所述电压补偿装置与所述中性线装置的第二端电气连接，通过控制所述电压补偿装置的输出电压来控制所述中性线装置的电位。

当光伏发电系统中含有多个变流器时，只需在一个变流器的交流输出端设置该中性线装置和电压补偿装置，即可达到消除系统中所有变流器所接光伏组串的PID影响，从而提高系统中所有光伏组件的使用寿命。

参见图2a，该图为《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》提供的光伏发电系统实施例二示意图，与上述实施例一相比，进一步地，中性线装置150包括三个无极性的电容，所述电容的一端连接在一起做为所述中性线装置150的第二端；电容的另一端分别与所述变流器的交流输出端的三相连接。

参见图2b，该图为《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》提供的光伏发电系统实施例三示意图，与上述实施例一相比，进一步地，中性线装置150包括三个电阻，所述电阻的一端连接在一起做为所述中性线装置150的第二端；电阻的另一端分别与所述变流器的交流输出端的三相连接。

通过利用电容或电阻构建系统中性端子，方案简单易行，避免多台变流器均需引出N线与三相绝缘变压器的中性端子相连，从而减低了系统成本和线路损耗；且针对不具备中性端子的变压器的系统，同样适用。

进一步地，请参见图3，电压补偿装置140包括输入单元1402、电压变换单元1404和输出单元1406；所述输入单元1402用于从太阳能电池串列110取电，或者，从三相绝缘变压器130的初级侧131或次级侧132取电；电压变换单元1404，用于将所述输入单元1402取得的电压进行变换后发送给输出单元1406；输出单元1406，所述输出单元1406与所述中性线装置150的第二端连接，用于将所述电压变换单元1404变换的电压反馈到所述中性线装置150的第二端来控制中性线装置150的第二端的电位。

进一步地，所述输入单元1402从三相绝缘变压器130的初级侧131或次级侧132取电具体为：输入单元1402从三相绝缘变压器130的初级侧131的线电压或相电压取电；或，输入单元1402从三相绝缘变压器130的次级侧132的线电压或相电压取电。

需要说明的是，输入单元从三相绝缘变压器的初级侧或次级侧取电时，电压变换单元1404可以为任何类型的将交流电转换为直流电的电路。

请参见图4a，该图为《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》提供的电压变换单元实施例的示意图。

所述电压变换单元1404包括三相工频变压器1404a、整流桥1404c、第一DC/DC变换器1404b；所述三相工频变压器1404a的初级侧连接三相绝缘变压器的初级侧或次级侧，整流桥1404c连接在三相工频变压器1404a的次级侧与第一DC/DC变换器1404b的输入端之间，用来将三相绝缘变压器130的初级侧131或次级侧132获取的交流电整流成直流电，所述第一DC/DC变换器1404b的输出端A与中性线装置150的第二端相连。

需要说明的是，输入单元从太阳能电池串列取电时，电压变换单元1404可以为任何类型的将直流电进行电压等级变换的电路；

请参见图4b，该图为《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》提供的电压变换单元实施例的另一示意图。

所述输入单元1402从所述太阳能电池串列110取电，所述电压变换单元1404包括第二DC/DC变换器1404d，所述第二DC/DC变换器1404d的输入端与所述太阳能电池串列110的PV 和PV-相连，所述第二DC/DC变换器1404d的输出端B与中性线装置150的第二端相连。

参见图4c，该图为电压补偿装置取电方式的示意图。

输入单元1402从三相绝缘变压器130的初级侧131或次级侧132取电，或者，所述输入单元1402从所述太阳能电池串列110取电，可以通过控制单刀双掷开关1404e来实现，所述控制单刀双掷开关1404e的控制信号可以由变流器120发送，也可以由电压补偿装置140发送，还可以由独立的控制装置来发送等等，该申请不进行具体限定。

需要说明的是，上述实施例中，电压补偿装置既可以作为独立设备，也可以是具有直流输入端和交流输出端的至少一个变流器中的任一个变流器的一部分，和该变流器作为一个整体设备。

《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》提供的光伏发电系统，包括中性线装置和电压补偿装置，所述中性线装置的第一端与光伏发电系统中变流器的交流输出端以及三相绝缘变压器的初级侧电气连接；所述电压补偿装置与所述中性线装置的第二端电气连接，通过控制所述电压补偿装置的输出电压来控制所述中性线装置的电位，从而解决电势诱导衰减给组件带来的性能下降的问题。当光伏发电系统中含有多个变流器时，只需在一个变流器的交流输出端设置该中性线装置和电压补偿装置，即可达到消除系统中所有变流器所接光伏组串的PID影响，从而提高系统中所有光伏组件的使用寿命。

《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》还提供了电压补偿装置的实施例，对应于上述光伏发电系统实施例中的电压补偿装置。

该申请还提供了光伏发电系统中变流器的实施例，该变流器包括上述实施例中的电压补偿装置。

需要说明的是，中性线装置可以是具有直流输入端和交流输出端的至少一个变流器中的任一个变流器的一部分，和该变流器作为一个整体设备。

光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器专利目的

《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》要解决的技术问题是提供一种解决电势诱导衰减的电压补偿装置、变流器及光伏发电系统，能够解决PID导致的组件性能下降问题。

光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器技术方案

《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》提供了一种光伏发电系统，包括至少一个具有直流输入端和交流输出端的变流器、与所述变流器的直流输入端对应电气连接的太阳能电池串列、三相绝缘变压器，所述变流器的交流输出端并联，所述太阳能电池串列包括至少一个太阳能电池板，所述三相绝缘变压器包括初级侧和次级侧，所述初级侧与变流器的交流输出端电气连接，所述光伏发电系统还包括：中性线装置，所述中性线装置的第一端与所述变流器的交流输出端以及所述三相绝缘变压器的初级侧电气连接；电压补偿装置，所述电压补偿装置连接在所述中性线装置的第二端与地之间，通过控制所述电压补偿装置的输出电压来控制所述中性线装置的第二端的电位。

进一步地，所述中性线装置包括三个无极性的电容，所述电容的一端连接在一起做为所述中性线装置的第二端，所述电容的另一端分别与所述变流器的交流输出端的三相连接。

进一步地，所述中性线装置包括三个电阻，所述电阻的一端连接在一起做为所述中性线装置的第二端，所述电阻的另一端分别与所述变流器的交流输出端的三相连接。

进一步地，所述电压补偿装置包括：输入单元，用于从所述太阳能电池串列取电，或者，从三相绝缘变压器初级侧或次级侧取电；电压变换单元，用于将所述输入单元取得的电压进行变换后发送给输出单元；输出单元，所述输出单元与所述中性线装置的第二端连接，用于将所述电压变换单元变换的电压反馈到所述中性线装置的第二端来控制中性线装置的第二端的电位。

进一步地，所述输入单元从三相绝缘变压器的初级侧或次级侧取电，所述电压变换单元包括三相工频变压器、整流桥、第一DC/DC变换器；所述三相工频变压器的初级侧连接三相绝缘变压器的初级侧或次级侧，所述整流桥连接在三相工频变压器的次级侧与第一DC/DC变换器的输入端之间，所述整流桥用于将三相工频变压器的次级侧的交流电转换成直流电提供给第一DC/DC变换器，所述第一DC/DC变换器的输出端与中性线装置的第二端相连。

进一步地，所述输入单元从三相绝缘变压器初级侧或次级侧取电具体为：输入单元从三相绝缘变压器初级侧的线电压或相电压取电；或，输入单元从三相绝缘变压器次级侧的线电压或相电压取电。

进一步地，所述输入单元从所述太阳能电池串列取电，所述电压变换单元包括第二DC/DC变换器，所述第二DC/DC变换器的输入端与所述太阳能电池串列相连，所述第二DC/DC变换器的输出端与中性线装置的第二端相连。

进一步地，所述电压补偿装置是所述至少一个具有直流输入端和交流输出端的变流器中的任一个变流器的一部分。

《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》还提供一种电压补偿装置，与上述光伏发电系统中的电压补偿装置一致。

《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》还提供一种应用于上述光伏发电系统的变流器，包括上述的电压补偿装置。

光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器改善效果

《光伏发电系统及应用于该系统的电压补偿装置、变流器》提供的光伏发电系统，包括中性线装置和电压补偿装置，所述中性线装置的第一端与光伏发电系统中变流器的交流输出端以及三相绝缘变压器的初级侧电气连接；所述电压补偿装置连接在所述中性线装置的第二端与地之间，通过控制所述电压补偿装置的输出电压来控制所述中性线装置的电位。与2013年6月前已有技术相比，该发明提供的电压补偿装置和变流器同时工作，通过控制电压补偿装置的输出电压来控制中性线装置的电位，避免多台变流器均需引出N线与三相绝缘变压器的中性端子相连，从而减低了系统成本和线路损耗，方案简单易行；并且适用于不具备中性端子的变压器的光伏发电系统。当光伏发电系统中含有多个变流器时，只需在一个变流器的交流输出端设置该中性线装置和电压补偿装置，即可达到消除系统中所有变流器所接光伏组串的PID影响，从而提高系统中所有光伏组件的使用寿命。

1.一种光伏发电系统，包括至少一个具有直流输入端和交流输出端的变流器、与所述变流器的直流输入端对应电气连接的太阳能电池串列、三相绝缘变压器，所述变流器的交流输出端并联，所述太阳能电池串列包括至少一个太阳能电池板，所述三相绝缘变压器包括初级侧和次级侧，所述初级侧与变流器的交流输出端电气连接，其特征在于，所述变流器包括三个交流输出端，所述光伏发电系统还包括：中性线装置，所述中性线装置包括第一端和第二端，所述中性线装置的第一端与所述变流器的三个交流输出端以及所述三相绝缘变压器的初级侧的三根火线电气连接；电压补偿装置，所述电压补偿装置连接在所述中性线装置的第二端与地之间，通过控制所述电压补偿装置的输出电压来控制所述中性线装置的第二端的电位。

2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述中性线装置包括三个无极性的电容，所述电容的一端连接在一起做为所述中性线装置的第二端，所述电容的另一端分别与所述变流器的三个交流输出端连接。

3.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述中性线装置包括三个电阻，所述电阻的一端连接在一起做为所述中性线装置的第二端，所述电阻的另一端分别与所述变流器的三个交流输出端连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光伏发电系统，其特征在于，所述电压补偿装置包括：输入单元，用于从所述太阳能电池串列取电，或者，从三相绝缘变压器初级侧或次级侧取电；电压变换单元，用于将所述输入单元取得的电压进行变换后发送给输出单元；输出单元，所述输出单元与所述中性线装置的第二端连接，用于将所述电压变换单元变换的电压反馈到所述中性线装置的第二端来控制中性线装置的第二端的电位。

5.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，所述输入单元从三相绝缘变压器的初级侧或次级侧取电，所述电压变换单元包括三相工频变压器、整流桥、第一DC/DC变换器；所述三相工频变压器的初级侧连接三相绝缘变压器的初级侧或次级侧，所述整流桥连接在三相工频变压器的次级侧与第一DC/DC变换器的输入端之间，所述整流桥用于将三相工频变压器的次级侧的交流电转换成直流电提供给第一DC/DC变换器，所述第一DC/DC变换器的输出端与中性线装置的第二端相连。

6.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，所述输入单元从三相绝缘变压器初级侧或次级侧取电具体为：输入单元从三相绝缘变压器初级侧的线电压或相电压取电；或，输入单元从三相绝缘变压器次级侧的线电压或相电压取电。

7.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，所述输入单元从所述太阳能电池串列取电，所述电压变换单元包括第二DC/DC变换器，所述第二DC/DC变换器的输入端与所述太阳能电池串列相连，所述第二DC/DC变换器的输出端与中性线装置的第二端相连。

8.根据权利要求5所述的光伏发电系统，其特征在于，所述输入单元从三相绝缘变压器初级侧或次级侧取电具体为：输入单元从三相绝缘变压器初级侧的线电压或相电压取电或，输入单元从三相绝缘变压器次级侧的线电压或相电压取电。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的光伏发电系统，其特征在于，所述电压补偿装置是所述至少一个具有直流输入端和交流输出端的变流器中的任一个变流器的一部分。

10.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，所述电压补偿装置是所述至少一个具有直流输入端和交流输出端的变流器中的任一个变流器的一部分。

11.根据权利要求5所述的光伏发电系统，其特征在于，所述电压补偿装置是所述至少一个具有直流输入端和交流输出端的变流器中的任一个变流器的一部分。

12.根据权利要求6所述的光伏发电系统，其特征在于，所述电压补偿装置是所述至少一个具有直流输入端和交流输出端的变流器中的任一个变流器的一部分。

13.根据权利要求7所述的光伏发电系统，其特征在于，所述电压补偿装置是所述至少一个具有直流输入端和交流输出端的变流器中的任一个变流器的一部分。

14.根据权利要求8所述的光伏发电系统，其特征在于，所述电压补偿装置是所述至少一个具有直流输入端和交流输出端的变流器中的任一个变流器的一部分。

15.一种如权利要求1至14中任一项所述的电压补偿装置。16.一种应用于光伏发电系统的变流器，包括权利要求15所述的电压补偿装置。

第1章 光伏发电系统概述

第2章 光伏电池

第3章 储能技术

第4章 控制器

第5章 逆变器

第6章 辅助设备

第7章 光伏发电监控系统

第8章 光伏发电系统设计

第9章 光伏发电系统安装施工

第10章 光伏发电系统测试及维护

第11章 光伏发电相关政策、标准及规范

第12章 光伏发电系统工程实例 2100433B

太阳能是取之不尽、用之不竭的无污染的清洁能源，在人类发展过程中起着举足轻重的作用。太阳能光伏产业是21世纪最具竞争力的朝阳产业之一。科学的发展和技术的竞争最终还是靠人才。太阳能光伏产业刚刚起步，技术人才缺乏，培养人才是当务之急。为了产业的发展和人才的培养，编写优良的光伏教材具有重大的意义。

光伏发电系统主要包括独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。《中央广播电视大学教材：光伏发电系统设计及应用》共十章，由光伏发电概述、光伏发电系统、太阳电池及其分类、太阳电池组件、蓄电池及其充放电模式、控制器及逆变器、光伏发电系统设计、光伏发电系统施工、光伏发电系统工程的验收及维护、光伏发电系统的应用组成。本书旨在使学生掌握光伏发电系统设计与应用的基本理论知识，为从事光伏发电系统设计工作提供理论指导。本课程具有明显的理论性、实践性、综合性，在教学与学习过程中，应注意坚持理论联系实际、知识与能力兼顾、学以致用的原则。本书难度适中，容易读懂，适合作为大、中专院校相关专业教材和供光伏产业的技术人员阅读。

本书是作者在长期从事光伏发电系统研究与应用的基础上，参考大量文献编写而成的。在本书中，既讨论了太阳光辐射理论、光伏电池建模理论、光伏发电用电力电子系统的建模理论等光伏发电系统中的基本问题，又从光伏发电系统的实际应用角度出发，深入浅出地讨论了一些实际问题：最大功率点的跟踪、电池储能、光伏水泵系统以及混合式光伏发电系统等，为光伏发电系统的实际应用提供了理论基础。

本书可为从事光伏发电系统相关研究和应用的工程技术人员提供参考，也可作为高等院校相关专业学生的教材使用。