一种光伏直流升压隔离装置的制作方法

本发明涉及光伏发电，具体而言，涉及一种光伏直流升压隔离装置。

背景技术：

1、当前光伏发电系统普遍采用光伏组件阵列输出dc0-820v的电压，经逆变器变换成ac380-420v的交流电压，经变压器升压后并入国家电网。然而，目前普遍存在电网调峰能力限制，导致大面积光伏上网困难。离网应用是解决并网难题的最佳选择，分为交流离网和直流离网。交流离网需要搭建构网发电装置，投入大，实施难度大。直流离网与电蓄热负载构建一套系统，是最佳的解决方案。宽波动范围直流电能，经直流升压、汇流后接入逆变器或高压直流并网系统。光伏阵列受光照强度、温度、云层遮挡、组件衰减不一致等因素影响，输出电压、电流存在大范围波动，且光伏直流侧存在对地杂波、漏电流、浪涌电压、共模干扰等问题。

2、现有光伏升压方案多采用非隔离boost升压拓扑或普通模块化非隔离升压结构，存在明显短板：非隔离结构输入输出电气不隔离，光伏直流侧故障、对地短路、高压反击极易损坏后级逆变设备，甚至引发直流拉弧、起火隐患；传统单级升压拓扑升压比有限，无法适配新一代dc6000v高压直流光伏系统；多组件并联运行时存在功率不均、环流干扰、电压漂移、纹波偏大等问题；同时常规升压设备抗雷击、抗浪涌能力弱，恶劣户外工况下稳定性差、故障率高，无法满足大型光伏电站高可靠、高安全、高增益的直流升压并网需求。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有光伏直流升压技术存在的电气不隔离安全性差、升压比不足、多路并联功率不均存在环流、直流纹波大电能质量差、抗干扰抗浪涌能力弱的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供一种光伏直流升压隔离装置，包括光伏输入汇流单元、emi滤波单元、软启动防冲击单元、隔离dc-dc升压主拓扑单元、高频隔离变压器、整流稳压单元、输出滤波单元、采样检测单元、主控驱动单元和保护单元；所述光伏输入汇流单元的输入端连接光伏阵列的输出端，光伏输入汇流单元的输出端连接emi滤波单元的输入端；emi滤波单元的输出端连接软启动防冲击单元的输入端；软启动防冲击单元的输出端连接隔离dc-dc升压主拓扑单元的原边输入端；隔离dc-dc升压主拓扑单元的原边输出端连接高频隔离变压器的原边绕组；高频隔离变压器的副边绕组连接整流稳压单元的输入端；整流稳压单元的输出端连接输出滤波单元的输入端；输出滤波单元的输出端作为装置的高压直流输出母线；

3、采样检测单元分别并联连接于光伏输入汇流单元的输入侧、高频隔离变压器的原边和副边以及输出滤波单元的输出母线，采样检测单元的信号输出端连接主控驱动单元的采样输入端；主控驱动单元的驱动信号输出端连接隔离dc-dc升压主拓扑单元的开关管控制端；保护单元分别与主控驱动单元和采样检测单元双向连接。

4、本发明提供的一种光伏直流升压隔离装置，相较于现有技术，具有但不局限于以下有益效果：

5、emi滤波单元用于滤除光伏直流侧的高频杂波、共模干扰和差模纹波，抑制雷击浪涌和电压尖峰。软启动防冲击单元用于在上电时缓慢建立电压，抑制电容充电冲击电流。高频隔离变压器是实现电气隔离和电压升高的核心部件。原边绕组与副边绕组之间通过磁芯实现电磁耦合和电气隔离。高频隔离变压器的电气隔离特性是本发明的核心技术优势之一。整流稳压单元用于将高频隔离变压器副边输出的高频交流电压整流为高压直流电压。输出滤波单元用于滤除高压输出侧的高频纹波，平滑直流母线电压，降低输出脉动，提升并网电能质量。采样检测单元用于实时采集装置各关键部位的电气参数和温度参数，为主控驱动单元的闭环控制提供数据基础。主控驱动单元是装置的智能控制核心。

6、本发明通过高频隔离变压器实现输入输出电气完全隔离，彻底阻断光伏侧对地漏电、短路、浪涌、共模干扰向高压并网侧传递，杜绝直流拉弧、高压反击、设备击穿风险，极大提升光伏电站运行安全性。

7、本发明采用输入并联均流、输出串联均压架构，配合数字闭环均衡控制，解决传统多支路升压功率失衡、电压偏移、内部环流问题，降低器件发热，提升整机运行效率与使用寿命。

8、本发明可适配光伏昼夜光照大幅波动、温度变化、局部遮挡等复杂工况，电压调节范围宽、抗浪涌、抗干扰能力强，户外长期运行稳定、故障率低。

9、进一步的，所述隔离dc-dc升压主拓扑单元采用llc谐振软开关拓扑，包括原边全桥逆变电路、谐振电容、谐振电感和变压器激磁电感；原边全桥逆变电路由四组功率开关管构成全桥结构，四组功率开关管的控制端分别连接主控驱动单元的驱动信号输出端；谐振电容与谐振电感串联连接于原边全桥逆变电路的输出端与变压器激磁电感之间；llc谐振软开关拓扑通过调节开关频率实现零电压开通和零电流关断。

10、进一步的，所述光伏输入汇流单元包括多路输入汇流排和均流电路，多路输入汇流排用于将多路光伏支路的电流进行汇流，均流电路用于均衡各光伏支路的输入电流。

11、进一步的，所述emi滤波单元包括共模滤波电感和差模滤波电容，共模滤波电感串联于输入正极和输入负极的线路中，差模滤波电容并联于共模滤波电感的输出端，用于滤除光伏直流侧的高频杂波、共模干扰和差模纹波，抑制雷击浪涌和电压尖峰。

12、进一步的，所述软启动防冲击单元包括软启动电阻和旁路继电器，软启动电阻串联于输入回路中，用于在上电时限制电容充电电流；旁路继电器并联连接于软启动电阻的两端，用于在软启动完成后将软启动电阻旁路短路。

13、进一步的，所述高频隔离变压器包括原边绕组、副边绕组和磁芯，原边绕组与副边绕组之间设有磁芯，磁芯用于实现电磁耦合和电气隔离。

14、进一步的，所述整流稳压单元包括高压整流二极管组和稳压控制电路，高压整流二极管组由多个快恢复二极管串联或并联构成，用于将高频隔离变压器副边输出的高频交流电压整流为高压直流电压；稳压控制电路连接于高压整流二极管组的输出端，用于抑制输出电压漂移。

15、进一步的，所述输出滤波单元包括lc滤波电路，lc滤波电路由滤波电感和滤波电容构成，用于滤除高压输出侧的高频纹波，平滑直流母线电压。

16、进一步的，所述采样检测单元包括输入电压传感器、输入电流传感器、变压器温度传感器、输出电压传感器和输出电流传感器；输入电压传感器并联于装置的输入侧，输入电流传感器串联于装置的输入回路中，变压器温度传感器贴附于高频隔离变压器的磁芯表面，输出电压传感器并联于输出滤波单元的输出母线，输出电流传感器串联于输出滤波单元的输出回路中。

17、进一步的，所述主控驱动单元包括dsp数字控制器和驱动电路，dsp数字控制器的采样输入端连接采样检测单元的信号输出端，dsp数字控制器的pwm输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接隔离dc-dc升压主拓扑单元的开关管控制端；dsp数字控制器内置有mppt功率追踪模块、多路模块功率自均衡模块和动态稳压调压模块；

18、保护单元包括输入欠压保护模块、输入过压保护模块、输出过压保护模块、输出过流保护模块、短路保护模块、过热保护模块和对地漏电保护模块；各保护模块分别与主控驱动单元双向连接。