1500V光伏发电系统的电源应用方案

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。