[發明專利]儲能型級聯多電平光伏并網發電控制系統

無效

• 申請號: 201010234866.0
• 申請日: 2010-07-21
• 公開（公告）號: CN101917016A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 葛寶明
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/18;H02J3/28
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及光伏發電技術領域，尤其涉及一種儲能型級聯多電平光伏并網發電控制系統。

背景技術

作為新能源發電之一，光伏發電具有如下特點：1)利用充足的太陽能資源，不會枯竭；2)無污染，無噪聲，安全可靠；3)不受地域限制，易與建筑物集成，利用建筑屋壁面和屋頂，轉化太陽能為電能等。因而，在能源與環保倍受矚目的今天，光伏發電日益受到人們的關注。目前，光伏發電系統主要有獨立發電系統和并網發電系統兩大類。獨立發電系統主要用于無電網的邊遠地區和人口分散地區，光伏發電系統獨立運行；并網發電系統用于有公共電網的地區，光伏發電系統與電網連接并網運行。無論建立何種光伏發電系統，功率變換器都是其核心之一，其可靠性、效率與費用至關重要。

目前，光伏發電系統主要有3類結構：如圖1所示的中央逆變系統，圖2和圖3所示的光伏電池串逆變系統，圖4所示的交流模塊系統。在圖2中，每個光伏電池串配一個DC/AC逆變器，直接并網；在圖3中，每個光伏電池串通過各自的DC/DC變換器，將電壓升高后并接到一個公共的直流母線，然后由一個公共的DC/AC逆變器并入電網。如圖1所示，中央逆變系統只需一個DC/AC逆變器，主要優點是成本低、轉換效率高，但是其單一DC/AC逆變器有單點失敗的可能，弱化了系統的可靠性。而且，由于光伏電池的串并聯組合，即使利用最大功率跟蹤控制，一個DC/AC逆變器無法使所有光伏電池運行于最大功率點，整個系統的光伏電池存在較大功率損失。對圖2和圖3所示的光伏電池串逆變系統而言，由于將最大功率跟蹤控制應用于每個光伏電池串，與中央逆變系統相比較，可減輕整個系統光伏電池的功率損失。然而，無論是中央逆變系統，還是光伏電池串逆變系統，都需要一些光伏電池板串聯，以得到期望的電壓。盡管要求串聯光伏電池板具有一致性，并遠離陰影物，但是很難避免串聯光伏電池間的不匹配，原因包括：1)制造公差導致的光伏電池參數不一致；2)不同的光伏電池老化效應；3)光伏電池朝向或位置不同，導致串聯的各電池板光照不同或存在局部遮擋效應；4)鳥、灰塵、積雪和其他建筑導致的局部陰影等。對于一串光伏電池而言，當其中某一或某幾個電池板被遮擋(或受到不同程度的太陽輻射)時，整串光伏電池的電流將受限于光照最弱的電池板電流，整串電流的減小將導致較大的功率損失，被陰影的光伏電池板產生熱斑效應，嚴重時被損壞。為了緩減該問題，目前的光伏電池產品采用并聯旁路二極管方案。一旦出現串聯的光伏電池板被遮擋，則被遮擋的光伏電池板被短路，不產生功率，但是整串光伏電池的功率與電壓之間形成一個多峰值曲線，實現絕對的最大功率跟蹤很困難。而且，由于被遮擋的光伏電池板被短路，整串光伏電池輸出的最大功率仍小于所有光伏電池板能產生的最大功率總和，而且系統總的端電壓將降低，導致和系統設計標稱參數的差異。在圖4中，交流模塊系統則采取每個光伏電池板配置一個DC/AC逆變器的方案，并各自并接到電網。它可以靈活增減模塊，不存在單點失敗，系統可靠性高。光伏電池板分散獨立，彼此影響較小，每個模塊均采用最大功率跟蹤控制時，可使光伏電池的功率損失最小。但是，需要的DC/AC逆變器較多，費用和DC/AC逆變器損耗問題特別值得關注，而且單塊光伏電池板輸出電壓較低(典型值為12V，24V，或48V)，很難實現高壓并網。

在上述3類現有的光伏發電系統中，大多采用兩電平單級或兩級功率變換器。單級式結構如圖5所示[吳理博，趙爭鳴，劉建政，王健，袁立強，具有無功補償功能的單級式三相光伏并網系統，《電工技術學報》，第21卷，第1期，2006年1月，頁碼28-32]，具有緊湊、低費用、高效率和高可靠性特點。但是，這種單級功率變換器只具有降壓功能，而且受光線輻射、尤其是溫度變化的影響，輸出電壓寬范圍變化。為此，傳統單級式的逆變器容量偏大，以適應光伏電池電壓的寬范圍變化；為了滿足并網電壓要求，在逆變器輸出與電網間連接一個低頻升壓變壓器，導致系統體積龐大、效率降低、高噪聲和高費用。不采用變壓器時，則將若干光伏電池板串聯，以得到一個較高的直流電壓(比電網電壓略高)，串聯的光伏電池在局部陰影時存在較大功率損失和熱斑問題。兩級式結構如圖6所示[程軍照，吳夕科，李澍森，左文霞，采用Boost的兩級式光伏發電并網逆變系統，《高電壓技術》，第35卷，第8期，2009年8月，頁碼2048-2052]，其應用DC/DC升壓變換器，將寬范圍變化的光伏電池輸出電壓升到一個恒定的期望值，逆變器的KVA定額最小，也無需變壓器。但是，DC/DC變換器將使系統費用增加，效率降低。