本發明涉及PID效應補償技術領域，特別涉及一種光伏逆變系統及其PID效應補償裝置和方法。

背景技術：

PID(Potential Induced Degradation，電位誘導衰減)效應，是指光伏組件在其輸出(即光伏逆變系統的組串輸入)對金屬邊框承受較高的負偏壓時，出現的一種輸出性能下降的現象，主要表現在組件開路電壓、短路電流及填充因子下降等。近年來，隨著光伏并網發電系統的大力發展，光伏逆變系統的組串輸入電壓配置也越來越高，1500V系統正逐步推廣應用。而由于光伏組件的金屬邊框一般都要接地，這樣在較高的組串輸入電壓下，靠近組串負極端的光伏組件內部，電池板與其接地金屬邊框之間將形成較高的負偏壓，從而發生電荷遷移，出現表面極化現象，且越靠近組串負極端的光伏組件其極化現象越明顯(如圖1所示)。在該負偏壓長期作用下，特別是高溫和高濕條件下，光伏組件將出現嚴重的PID效應，導致系統發電量逐年降低。

當前光伏組件生產商主要通過采用高性能的封裝材料來解決組件自身的PID效應，但其成本較高且對現有已建成的光伏電站無能為力。針對現有的光伏系統，常見的方案有光伏組串負極接地方案和交流電網側虛擬中性點電位抬升方案；其中，光伏組串負極接地方案是將組串負極直接接地，從而保證組串內各串聯電池板對地電位始終為正向偏壓，從而防止PID效應；而交流電網側虛擬中性點電位抬升方案，是通過外加直流源抬升交流側虛擬中性點對地電位，來達到抬升直流輸入母線中點對地電位，從而間接實現將輸入組件負極對地電位抬升到零電位以上，但該方案只有在逆變器并網時才能起作用。

鑒于PID效應會降低光伏電池板的發電量，而現有常用的PID效應修復解決方案實施成本較高，且上述兩種應對PID效應的方案，均只能在一定程度上防止PID效應發生，無法對已經發生PID效應的光伏組件進行修復。

技術實現要素：

本發明提供一種光伏逆變系統及其PID效應補償裝置和方法，以解決現有技術中成本高及無法對已經發生PID效應的光伏組件進行修復的問題。

為實現上述目的，本申請提供的技術方案如下：

一種光伏逆變系統的PID效應補償方法，應用于光伏逆變系統的PID效應補償裝置，所述光伏逆變系統的PID效應補償裝置包括：直流電壓采樣單元、處理控制單元、隔離AC/DC變換單元及投切防護單元；所述光伏逆變系統的PID效應補償方法包括：

所述直流電壓采樣單元輸出直流電壓信號至所述處理控制單元；

所述處理控制單元根據所述直流電壓信號，判斷是否滿足PID效應補償條件；

若滿足所述PID效應補償條件，則所述處理控制單元根據記錄的所述直流電壓信號，計算得到所述隔離AC/DC變換單元的補償電壓；

所述處理控制單元控制所述隔離AC/DC變換單元通過所述投切防護單元，以所述補償電壓施加至光伏組件的正極端與地之間，為所述光伏組件進行PID效應補償。

優選的，所述處理控制單元根據所述直流電壓信號，判斷是否滿足PID效應補償條件，包括：

所述處理控制單元判斷所述直流電壓信號是否大于預設電壓；

若所述直流電壓信號大于所述預設電壓，則所述處理控制單元判定為白天；

若所述直流電壓信號小于等于所述預設電壓，則所述處理控制單元判定為夜晚，滿足所述PID效應補償條件。

優選的，所述直流電壓采樣單元輸出直流電壓信號至所述處理控制單元，包括：

所述直流電壓采樣單元將所有所述光伏組件的輸出電壓中最大的輸出電壓作為所述直流電壓信號，輸出至所述處理控制單元。

優選的，在所述處理控制單元根據記錄的所述直流電壓信號，計算得到所述隔離AC/DC變換單元需要輸出的補償電壓之前，還包括：

若滿足所述PID效應補償條件，則所述處理控制單元判斷所述光伏組件的總對地等效絕緣阻抗是否大于預設阻抗；

若所述光伏組件的總對地等效絕緣阻抗小于等于所述預設阻抗，則所述處理控制單元輸出告警信號；

若所述光伏組件的總對地等效絕緣阻抗大于所述預設阻抗，則執行所述處理控制單元根據記錄的所述直流電壓信號，計算得到所述隔離AC/DC變換單元需要輸出的補償電壓的步驟。

優選的，所述投切防護單元包括防護電阻和投切開關；所述處理控制單元根據記錄的所述直流電壓信號，計算得到所述隔離AC/DC變換單元需要輸出的補償電壓，包括：

所述處理控制單元根據記錄的所述直流電壓信號的大小及作用時間，計算得到所述光伏組件在白天的PID效應累計值；

根據所述PID效應累計值及預設的補償參數，計算得到所述光伏組件的正極端的最小補償電壓；所述預設的補償參數包括補償時間及夜晚補償累計值與所述PID效應累計值之間的差值；

根據所述最小補償電壓及所述防護電阻和光伏組件的總對地等效絕緣阻抗的分壓關系，計算得到所述隔離AC/DC變換單元需要輸出的補償電壓。

一種光伏逆變系統的PID效應補償裝置，包括：直流電壓采樣單元、處理控制單元、隔離AC/DC變換單元及投切防護單元；其中：

所述直流電壓采樣單元的輸入端與光伏組件的輸出端相連，用于輸出直流電壓信號至所述處理控制單元；

所述處理控制單元的輸入端與所述直流電壓采樣單元的輸出端相連，所述處理控制單元的輸出端分別與所述投切防護單元的控制端和所述隔離AC/DC變換單元的控制端相連；所述處理控制單元用于根據所述直流電壓信號，判斷是否滿足PID效應補償條件；若滿足所述PID效應補償條件，則根據記錄的所述直流電壓信號，計算得到所述隔離AC/DC變換單元需要輸出的補償電壓；

所述隔離AC/DC變換單元的輸入端與電網相連，所述隔離AC/DC變換單元的輸出端與所述投切防護單元的輸入端相連；所述隔離AC/DC變換單元用于根據所述處理控制單元的控制，輸出所述補償電壓；

所述投切防護單元的輸出端與所述光伏組件的正極端相連，所述投切防護單元用于傳遞所述補償電壓，將所述補償電壓施加至所述光伏組件的正極端與地之間，為所述光伏組件進行PID效應補償。

優選的，所述直流電壓采樣單元包括：一組共陰極連接二極管和一組共陽極連接二極管；其中：

所述共陰極連接二極管的陽極分別與所述光伏組件的正極端一一對應相連；

所述共陽極連接二極管的陰極分別與所述光伏組件的負極端一一對應相連；

所述共陰極連接二極管的共陰極連接點與所述共陽極連接二極管的共陽極連接點分別為所述直流電壓采樣單元的兩個輸出端。

優選的，所述投切防護單元包括：防護電阻、投切開關及一組共陽極連接二極管；其中：

所述投切開關的控制端為所述投切防護單元的控制端；

所述防護電阻與所述投切開關串聯連接，串聯連接的一端為所述投切防護單元的輸入端，串聯連接的另一端與所述共陽極連接二極管的共陽極連接點相連；

所述共陽極連接二極管的陰極分別與所述光伏組件的正極端一一對應相連。

優選的，所述隔離AC/DC變換單元的直流輸出正極端接所述投切防護單元；

所述隔離AC/DC變換單元的直流輸出負極端接地。

一種光伏逆變系統，包括：功率變換裝置、濾波裝置及上述任一所述的PID效應補償裝置；其中：

所述功率變換裝置的輸入端與光伏組件相連；

所述功率變換單元的輸出端與所述濾波單元的輸入端相連；

所述濾波單元的輸出端與電網相連。

本發明提供的光伏逆變系統的PID效應補償方法，通過直流電壓采樣單元輸出直流電壓信號至處理控制單元；由所述處理控制單元根據所述直流電壓信號，判斷是否滿足PID效應補償條件；若滿足所述PID效應補償條件，則所述處理控制單元根據記錄的所述直流電壓信號，計算得到隔離AC/DC變換單元需要輸出的補償電壓；再由所述處理控制單元控制所述隔離AC/DC變換單元通過投切防護單元，以所述補償電壓施加至光伏組件的正極端與地之間，為所述光伏組件進行PID效應補償。也即，通過所述處理控制單元對各個光伏組件運行工況的記錄和PID效應補償條件的判斷，優化計算得到所述補償電壓，進而控制PID補償裝置為所述光伏組件進行PID效應補償，實現PID效應的補償修復，可有效解決光伏電站中的光伏組件衰減問題，提高系統發電量，且相比現有技術方案，其實際運行可靠性高且維護成本低。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術內的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述內的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是光伏組件其極化現象的示意圖；

圖2是本發明實施例提供的光伏逆變系統的結構示意圖；

圖3是本發明另一實施例提供的光伏逆變系統的PID效應補償方法的另一流程圖；

圖4是本發明另一實施例提供的光伏逆變系統的PID效應補償方法的另一流程圖；

圖5是本發明另一實施例提供的光伏逆變系統的PID效應補償方法的另一流程圖；

圖6是現有技術提供的PID效應補償方案的結構示意圖；

圖7是本發明另一實施例提供的光伏逆變系統的另一結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

本發明提供一種光伏逆變系統及其PID效應補償裝置和方法，以解決現有技術中成本高及無法對已經發生PID效應的光伏組件進行修復的問題。

具體的，該光伏逆變系統的PID效應補償方法，應用于光伏逆變系統的PID效應補償裝置，該光伏逆變系統的PID效應補償裝置，參見圖2，包括：直流電壓采樣單元101、處理控制單元102、隔離AC/DC變換單元103及投切防護單元104；該光伏逆變系統的PID效應補償方法，參見圖3，包括：

S101、直流電壓采樣單元輸出直流電壓信號至處理控制單元；

該直流電壓信號應能表征此時光伏組件的輸出能力，以供處理控制單元根據直流電壓信號，進行當前的直流電壓信號是否滿足PID效應補償條件的判斷。

S102、處理控制單元根據直流電壓信號，判斷是否滿足PID效應補償條件；

在具體的實際應用中，可以根據具體應用環境對該PID效應補償條件進行設定，比如，在適合光伏電站進行PID效應補償的時間，以合適的補償參數對各個光伏組件進行PID效應的補償修復，此處不做具體限定，均在本申請的保護范圍內。

若滿足PID效應補償條件，則執行步驟S103；

S103、處理控制單元根據記錄的直流電壓信號，計算得到隔離AC/DC變換單元需要輸出的補償電壓；

處理控制單元將接收的直流電壓信號進行實時記錄，然后以記錄的直流電壓信號進行計算，得到該補償電壓，即上述內容中合適的補償參數。

該隔離AC/DC變換單元從電網取電，經過隔離變換后，以計算得到的補償電壓，進行相應直流電壓信號下的PID效應補償；不同的直流電壓信號下，該補償電壓也將會不同，也即該PID效應補償對不同的光伏組件衰減具有補償修復的針對性。

S104、處理控制單元控制隔離AC/DC變換單元通過投切防護單元，以補償電壓施加至至光伏組件的正極端與地之間，為光伏組件進行PID效應補償。

處理控制單元計算得到合適的補償電壓之后，控制投切防護單元成為隔離AC/DC變換單元與光伏組件的正極端之間的通路，傳遞該補償電壓，以實現PID效應的補償修復。

本實施例提供的光伏逆變系統的PID效應補償方法，處理控制單元對各個光伏組件運行工況的記錄和PID效應補償條件的判斷，優化計算補償電壓，進而控制PID補償裝置為光伏組件進行PID效應補償，實現PID效應的補償修復，可有效解決光伏電站中的光伏組件衰減問題，提高系統發電量；相比現有技術方案，其實際運行維護成本低；且以計算得到的補償電壓為光伏組件進行PID效應補償，提高了補償的可靠性。

本發明另一實施例還提供了另外一種光伏逆變系統的PID效應補償方法，參見圖4，包括：

S201、直流電壓采樣單元將所有光伏組件的輸出電壓中最大的輸出電壓作為直流電壓信號，輸出至處理控制單元；

S202、處理控制單元根據直流電壓信號，判斷直流電壓信號是否大于預設電壓；

若直流電壓信號大于預設電壓，則處理控制單元判定為白天；若直流電壓信號小于等于預設電壓，則處理控制單元判定為夜晚，滿足PID效應補償條件，執行步驟S203；

S203、處理控制單元根據記錄的直流電壓信號，計算得到隔離AC/DC變換單元需要輸出的補償電壓；

S204、處理控制單元控制隔離AC/DC變換單元通過投切防護單元，以補償電壓施加至光伏組件的正極端與地之間，為光伏組件進行PID效應補償。

本實施例提供的光伏逆變系統的PID效應補償方法，通過步驟S201獲得所有光伏組件的輸出電壓中最大的輸出電壓，因此，本實施例只需要采樣所有光伏組件的最大輸出電壓即可，故采樣所用的電路大大簡化，同時節省了處理控制單元的AD采樣口資源。

通過步驟S202，使得光伏電站能夠在白天進行正常的逆變發電，并實時記錄光伏組件的直流電壓信號，一旦根據該直流電壓信號判定為夜晚后，即可針對白天正常發電時由于PID效應造成的光伏組件衰減，進行補償修復。

在具體的實際應用中，可以根據光伏電站的具體應用環境對該預設電壓進行設定，使其可以根據季節或者其他環境條件進行調整，此處不做具體限定，均在本申請的保護范圍內。

本發明另一實施例還提供了另外一種光伏逆變系統的PID效應補償方法，在圖3或圖4的基礎之上，應用的PID效應補償裝置中，投切防護單元包括防護電阻和投切開關；參見圖5(以在圖4的基礎之上為例進行展示)，包括：

S301、直流電壓采樣單元將所有光伏組件的輸出電壓中最大的輸出電壓作為直流電壓信號，輸出至處理控制單元；

S302、處理控制單元根據直流電壓信號，判斷直流電壓信號是否大于預設電壓；

若直流電壓信號大于預設電壓，則處理控制單元判定為白天；若直流電壓信號小于等于預設電壓，則處理控制單元判定為夜晚，滿足PID效應補償條件，執行步驟S303；

S303、處理控制單元判斷光伏組件的總對地等效絕緣阻抗是否大于預設阻抗；

若光伏組件的總對地等效絕緣阻抗小于等于預設阻抗(或者短路)，則執行步驟S304；

S304、處理控制單元輸出告警信號；

若光伏組件的總對地等效絕緣阻抗大于預設阻抗，則執行步驟S305；

S305、處理控制單元根據記錄的直流電壓信號的大小及作用時間，計算得到光伏組件在白天的PID效應累計值；

S306、根據PID效應累計值及預設的補償參數，計算得到光伏組件的正極端的最小補償電壓；預設的補償參數包括補償時間及夜晚補償累計值與PID效應累計值之間的差值；

S307、根據最小補償電壓及防護電阻和光伏組件的總對地等效絕緣阻抗的分壓關系，計算得到隔離AC/DC變換單元需要輸出的補償電壓；

S308、處理控制單元控制隔離AC/DC變換單元通過投切防護單元(閉合投切開關)，以補償電壓施加至光伏組件的正極端與地之間，為光伏組件進行PID效應補償。

在現有技術中，還存在一種預防光伏電池板的PID效應的實現方法，通過利用高頻開關電源抬升各路光伏組串負極(PV1-、PV2-…PVn-)對地電位實現PID效應的補償修復(如圖6所示)。但其高頻開關電源輸出正極端與每一路光伏組串連接時均需要串接高壓保險絲(F1、F2…Fn)以防止各路光伏組串負極對地短路造成高頻開關電源的輸出短路損壞風險；當短路意外發生時，需要現場更換保險絲；另外該方案需要對每一路光伏組串電壓均進行采樣(電池1電壓采樣、電池2電壓采樣…電池n電壓采樣)，故該方案的實施和維護成本相對較高。且現有的PID修復控制方法只是機械的施加固定電壓抬升組件對地電位，并未對補償電壓幅值和施加時間進行優化處理。

而本實施例所述的光伏逆變系統的PID效應補償方法，其投切防護單元包括防護電阻和投切開關；其中的防護電阻可以有效防止光伏組件的正極端對地短路時造成隔離AC/DC變換單元輸出短路損壞風險，且外部光伏組件短路恢復后，該投切防護單元所有元器件無損傷，無需更換維護。

并且，本實施例提供的光伏逆變系統的PID效應補償方法，通過步驟S301獲得所有光伏組件的輸出電壓中最大的輸出電壓，因此，只需要采樣所有光伏組件的最大輸出電壓即可，故采樣所用的電路大大簡化，同時節省了處理控制單元的AD采樣口資源，實施成本較低。

另外，本實施例提供的光伏逆變系統的PID效應補償方法，通過步驟S305至S307，能夠根據逆變器白天運行工況記錄，結合電池板對地等效絕緣阻抗，對補償裝置輸出抬升電壓的幅值和施加時間進行優化處理，實現對光伏組件PID效應的最優修復。

本發明另一實施例還提供了一種光伏逆變系統的PID效應補償裝置，參見圖2，包括：直流電壓采樣單元101、處理控制單元102、隔離AC/DC變換單元103及投切防護單元104；其中：

直流電壓采樣單元101的輸入端與光伏組件的輸出端相連，用于輸出直流電壓信號至處理控制單元102；

處理控制單元102的輸入端與直流電壓采樣單元101的輸出端相連，處理控制單元102的輸出端分別與投切防護單元104的控制端和隔離AC/DC變換單元103的控制端相連；處理控制單元102用于根據直流電壓信號，判斷是否滿足PID效應補償條件；若滿足PID效應補償條件，則根據記錄的直流電壓信號，計算得到隔離AC/DC變換單元103需要輸出的補償電壓；

隔離AC/DC變換單元103的輸入端與電網相連，隔離AC/DC變換單元103的輸出端與投切防護單元104的輸入端相連；隔離AC/DC變換單元103用于根據處理控制單元102的控制，輸出該補償電壓；

投切防護單元104的輸出端與光伏組件的正極端相連，投切防護單元104用于傳遞補償電壓至光伏組件的正極端，為光伏組件進行PID效應補償。

本實施例提供的光伏逆變系統的PID效應補償裝置，處理控制單元對各個光伏組件運行工況的記錄和PID效應補償條件的判斷，優化計算補償電壓，進而控制集成的PID補償裝置為光伏組件進行PID效應補償，實現PID效應的補償修復，可有效解決光伏電站中的光伏組件衰減問題，提高系統發電量，且相比現有技術方案，其實際運行可靠性高且維護成本低。

在具體的實際應用中，該光伏逆變系統的PID效應補償裝置可以為集成裝置，此處不做具體限定，均在本申請的保護范圍內。

優選的，參見圖7，直流電壓采樣單元101包括：一組共陰極連接二極管和一組共陽極連接二極管；其中：

共陰極連接二極管的陽極分別與光伏組件的正極端一一對應相連；

共陽極連接二極管的陰極分別與光伏組件的負極端一一對應相連；

共陰極連接二極管的共陰極連接點與共陽極連接二極管的共陽極連接點分別為直流電壓采樣單元101的兩個輸出端。

具體的，當任一支路光伏組件有電壓且其幅值最大時，與該支路正極端和負極端連接的對應二極管將會導通，從而獲得n(n為大于等于1的正整數)路輸入組串的最大電壓Upv。因此，本實施例只需要采樣各路組串正極和負極端分別“線與”處理后的電壓即可，故采樣所用的電路大大簡化，同時節省了處理控制單元的AD采樣口資源。

優選的，參見圖7，投切防護單元104包括：防護電阻R1、投切開關S1及一組共陽極連接二極管；其中：

投切開關S1的控制端為投切防護單元104的控制端；

防護電阻R1與投切開關串聯連接，串聯連接的一端為投切防護單元104的輸入端，串聯連接的另一端與共陽極連接二極管的共陽極連接點相連；

共陽極連接二極管的陰極分別與光伏組件的正極端一一對應相連。

其中受控的投切開關S1可以是開關或繼電器或半導體開關器件，防護電阻R1可以有效防止組串正極端對地短路時造成隔離AC/DC變換單元103輸出短路損壞風險，且外部組串短路恢復后，投切防護單元104所有元器件無損傷，無需更換維護。

如圖7所示的投切防護單元104，處理控制單元102中對隔離AC/DC變換單元103補償電壓的具體計算過程為：根據記錄的直流電壓信號的大小及作用時間，計算得到光伏組件在白天的PID效應累計值；然后根據PID效應累計值及預設的補償參數，計算得到光伏組件的正極端的最小補償電壓，即圖6中A點的對地電壓；該預設的補償參數包括補償時間及夜晚補償累計值與PID效應累計值之間的差值；在具體的實際應用中，應保證夜晚補償累計值大于PID效應累計值，該差值可以根據具體應用環境進行設定；再根據最小補償電壓及防護電阻R1和光伏組件的總對地等效絕緣阻抗的分壓關系，計算得到隔離AC/DC變換單元需要輸出的補償電壓。

優選的，參見圖7，隔離AC/DC變換單元103的直流輸出正極端接投切防防護單元104；

隔離AC/DC變換單元103的直流輸出負極端接地。

具體的工作原理與上述實施例相同，此處不再一一贅述。

指的是說明的是，該光伏逆變系統的PID效應補償裝置可以為集成裝置，此處不做具體限定，均在本申請的保護范圍內。

本發明另一實施例還提供了一種光伏逆變系統，參見圖2或圖7，包括：功率變換裝置200、濾波裝置300及上述實施例任一的PID效應補償裝置400；其中：

功率變換裝置200的輸入端與光伏組件相連；

功率變換單元200的輸出端與濾波單元300的輸入端相連；

濾波單元300的輸出端與電網相連。

具體的連接關系及工作原理與上述實施例相同，此處不再一一贅述。

本發明中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。