1500V光伏發(fā)電系統(tǒng)的電源應用方案

針對當前1500V光伏發(fā)電技術的發(fā)展趨勢和相關配件市場需求，廣州金升陽科技有限公司匠心研制并推出與之相匹配的PVxx-29Bxx 系列電源，可直接從1500V高壓端取電為光伏系統(tǒng)的監(jiān)控電路供電，簡化光伏系統(tǒng)電路的設計，可以避免采用市電或蓄電池供電而引起的建設、維護成本過高問題，提升光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合效益。該產品具有的多重保護功能，在電源模塊或者外部電路工作異常時，進一步提升電源及其負載的安全性能。

　　一、引言

　　2015年巴黎氣候大會在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》下達成一項“具有法律約束力的并適用于各方的”全球低碳減排新協(xié)議，進一步推動光伏、風電等綠色環(huán)保新能源發(fā)展和普及。2015年我國通過《經濟和社會發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，其中光伏發(fā)電市場將持續(xù)壯大，初步規(guī)劃裝機目標將達1.5億千瓦。有內外政策性、需求的引導和支持，以及能源物聯(lián)網發(fā)展，使得光伏發(fā)電進一步規(guī)?；?、智能化，有利于減低光伏發(fā)電成本，促進技術創(chuàng)新和產業(yè)升級。

　　全球光伏產業(yè)的發(fā)展目標都是要和傳統(tǒng)的電力進行競爭，以提供更低成本、更高收益的清潔能源。當前主流的光伏發(fā)電系統(tǒng)是基于1000V直流段電壓設計和建造的，但從系統(tǒng)的角度來看，若有更高的輸入、輸出電壓等級，可以降低交直流側線損及變壓器低壓側繞組損耗，電站的系統(tǒng)效率預期可以提升1.5-2%。GTM的的分析報告《2016-2022年1500V光伏系統(tǒng)和部件成本、供應商與預期》預計，在2016年全球對1500V光伏系統(tǒng)的需求將占9%左右，相當于約4.6GW。因此，1500V光伏發(fā)電系統(tǒng)必將是未來發(fā)展趨勢。

　　二、光伏發(fā)電系統(tǒng)基本結構及組件要求

　　在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了減少光伏電池陣列與逆變器之間的連線，以組串形式構建光伏陣列，再將相應數量光伏陣列并聯(lián)接入光伏匯流箱進行電能匯流，經直流柜輸出給光伏逆變器，逆變升壓后并入電網，因此完整的光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏陣列組、光伏匯流箱、直流柜、光伏逆變器、升壓變壓器等部分。如圖一所示

　　不同地域、季節(jié)的光照強度不同，以及早晚陽光照射度也不一樣，光伏陣列輸出電壓是系統(tǒng)最高電壓范圍內存在較大波動。光伏匯流箱需監(jiān)測每組光伏陣列的電壓、電流、功率、防雷等狀態(tài)，并實現(xiàn)光伏陣列的故障報警、定位和通信等功能。光伏逆變器在進行電能交直流轉換時，需監(jiān)控轉換過程的電壓、電流等，并驅動控制功率器件工作。由于光伏陣列輸出電壓高達1kV以上，普通模塊電源無法從高壓線路上直接取電工作，若采用外部獨立電源給多個光伏匯流箱和逆變器等監(jiān)控單元供電，則存在工作電壓不穩(wěn)定、系統(tǒng)布線問題、單個匯流箱短路故障會導致整個監(jiān)控系統(tǒng)供電終止等問題。

　　因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)對模塊電源有以下幾點要求

　　•200-1500VDC電壓輸入，輸出12V/15V/24V等常規(guī)電壓

　　• 輸入輸出之間可以承受較高的隔離電壓特性

　　• 具備輸入欠壓、防反接等保護，具備輸出過流、短路、過壓等保護功能

　　• 要滿足不同地域的極端工作溫差要求

　　針對光伏發(fā)電系統(tǒng)的高壓特性及應用需求，廣州金升陽科技有限公司特別研發(fā)出一款200-1500VDC電壓輸入、4000VAC隔離的模塊電源，并結合光伏系統(tǒng)各單元電路安全隔離特性，提供一整套控制單元的電源方案。

　　三、光伏匯流箱監(jiān)控單元電源方案

　　為了進一步提高系統(tǒng)的可靠性和實用性，在光伏匯流箱里配置了光伏專用直流防雷模塊、直流熔斷器和斷路器，并設置工作狀態(tài)監(jiān)測、控制處理、通信等功能電路。

　　如圖二所示，在光伏匯流箱系統(tǒng)中，PVxx-29B24系列具備的200-1500VDC電壓輸入、4000VAC隔離耐壓、高可靠特性，可從高壓端直接取電，經轉換輸出24VDC電壓給監(jiān)控電路供電。采用F0505S-1WR2給霍爾傳感器隔離供電，充分確保高低壓之間安全隔離，；采用B0503XT-2WR2模塊進行隔離轉換輸出3.3V給MCU供電；通信采用集成隔離電源的TD501D485H通信模塊，可抑制電磁干擾和消除接地環(huán)路影響。整體電源方案在滿足功能需求及安全隔離，同時又便于整體系統(tǒng)簡化設計和穩(wěn)定可靠。

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