[發明專利]一種節能型單相光伏發電系統及其控制方法

無效

• 申請號: 201210448642.9
• 申請日: 2012-11-11
• 公開（公告）號: CN102904285A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 李木
• 申請（專利權）人: 李木
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光伏發電系統，尤其涉及一種節能型單相光伏發電系統及其控制方法。

背景技術

隨著現代工業的發展，石油、煤、天然氣等不可再生能源日漸稀少，以太陽能為代表的新能源符合全球低碳經濟的時代潮流，已經得到世界各國政府的認可、重視與扶持。

光伏產業在最近幾年得到了井噴式的發展，但這高速發展背后的主要推動力，是世界各國政府的高額補貼，時至今日，相對于使用如煤炭、石油等不可再生能源的傳統發電系統，光伏發電在成本上處于絕對的劣勢地位。這就要求科技工作者不斷探索，一方面，想方設法的降低光伏發電系統的裝設成本，另一方面，盡可能的提高光伏發電系統的功率因數以及轉換效率，降低損耗。

當今，電力負載中有為數不少的以電動機為代表的感性負載，這類負載在工作時，光伏逆變器不僅僅提供有功功率，還必須同時發出一定量的無功功率，因為最大視在功率、最大電流和最大電壓等參數的限制，傳統光伏發電系統必須降低功率因數運行，這種情況大大降低了光伏逆變器把太陽能轉化為電能的效率，并且因為在高電壓大電流的狀態下長時間運行，增加了電能在傳輸過程中的損耗，也降低了光伏發電系統的使用壽命。

更明顯的弊端在于：光伏發電系統在設計之初，因應感性負載的特性，加上電機類負載啟動時較多的無功功率需求，設計人員通常會把光伏電池的容量設計成比負載的額定功率多出一半至幾倍的瓦特數，無疑，這大幅提高了當前以太陽能電池為主的光伏發電系統的裝設成本。

除了上述弊端之外，當今的大量負載都會產生各種諧波，這些諧波不僅降低系統的使用壽命，還使電能的損耗大幅增加，甚至影響一些高精密儀器、設備的正常工作。

發明內容

本發明的節能型單相光伏發電系統，能克服上述缺點，從無功補償和抑制諧波的角度解決問題，通過減少光伏電池的數量，使光伏發電系統的裝設成本大幅降低。

本發明的節能型單相光伏發電系統包括主控部分、逆變電路、節電變流電路、檢測電路、隔離變壓器、光伏電池、蓄電池及其充放電電路，各組成部分在功能或結構上可以合并或拆分。其中主控部分與逆變電路、節電變流電路、檢測電路、蓄電池充放電電路分別電氣連接；檢測電路與逆變電路、節電變流電路、蓄電池充放電電路分別電氣連接；光伏電池、蓄電池、節電變流電路以及逆變電路在直流側電氣連接；節電變流電路與逆變電路在交流側直接電氣連接或經隔離變壓器間接電氣連接；蓄電池與其充放電電路電氣連接。

本發明的主控部分包含微處理器、微控制器中的一種或多種，負責整個系統的信息采集、分析處理、決策輸出等核心任務，是整個光伏發電系統的控制核心。其中微控制器的類型包括但不限于單片機、DSP、CPLD、FPGA、PLC。

逆變電路與節電變流電路的構成方式類似，都包含若干個逆變橋臂或集成功率模塊。

對于包含逆變橋臂的情況：每個逆變橋臂由多個開關器件串聯構成，每個開關器件都反并聯一個續流二極管，該開關器件的類型包括但不限于晶體管、IGBT、MOSFET、IGCT、IEGT、GTO、SET。

對于包含集成功率模塊的情況：集成功率模塊的類型包括但不限于IPM功率模塊。

逆變電路、節電變流電路采用的拓撲結構的電平數為2或大于2的奇數，其中大于2的奇數個電平的拓撲結構的類型包括但不限于單元級聯型、飛跨電容型、二極管嵌位型。

逆變電路和節電變流電路兩者采用的拓撲結構可以相同，也可不同；二者選用的拓撲結構的電平數可以相同，也可不同。

本發明的檢測電路包括但不限于：逆變電路交流側的電壓傳感器、逆變電路與節電變流電路二者交流側聯接點與負載之間的電流傳感器、逆變電路直流側的電壓傳感器與電流傳感器。

本發明中光伏電池的類型包括但不限于單晶硅光伏電池、多晶硅光伏電池、薄膜光伏電池、生物光伏電池、化學光伏電池。

本發明可在傳統光伏逆變器功能的基礎上增加無功補償的功能，采用控制方法如下：通過檢測電路實時獲得負載側電壓、電流的瞬時值，經分析計算可得負載實時需求的有功功率以及無功功率，通過控制實現：逆變電路提供負載需求的有功功率；節電變流電路提供負載需求的無功功率。

本發明可在傳統光伏逆變器功能的基礎上增加有源濾波的功能，采用控制方法如下：通過檢測電路實時獲得負載側電流的瞬時值，經分析計算可得負載電流中所含的各次諧波的頻率、幅值及相位等參數，通過控制使節電變流電路發出與各次電流諧波頻率、幅值相等但相位相反的各次抑制波，這些抑制波與諧波相抵消，從而實現了對諧波的濾除。