[發明專利]一種多電平光伏發電系統拓撲結構及其控制方法

有效

• 申請號: 201410384345.1
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104158212A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 韓楊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/5387
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于光伏發電并網技術領域，涉及一種多電平光伏發電系統拓撲結構及其控制技術領域，具體涉及一種多電平光伏發電系統拓撲結構及其控制方法。

背景技術

光伏發電技術是新能源發電技術領域的重要組成部分，隨著電力電子技術和數字信號處理器技術的迅猛發展，光伏并網發電技術已逐漸進入實用化。隨著新能源和分布式發電在電力系統滲透率的不斷增加，以新拓撲和新控制策略為標志的大規模光伏發電技術成為學術界和工業界的研究熱點。1981年Nabae等人提出多電平變換器思想，出現了二極管鉗位式、飛跨電容式及H橋級聯拓撲結構，并開始應用在大容量交流電機調速系統，為大容量光伏發電系統設計提供了很好的思路。隨著新能源規劃和智能電網的興起，大容量、高電壓、高可靠性的光伏發電系統拓撲及其控制技術成為業界亟需解決的關鍵技術問題。

中國專利CN102738825A提出一種基于模塊化多電平換流器的光伏并網系統，該拓撲將光伏陣列通過單一的升壓斬波電路接入直流母線，由于受制于升壓斬波電路開關器件的耐壓和容量限制，該拓撲難以應用于高電壓、大容量光伏發電系統；中國專利CN102769398A將光伏陣列、升壓斬波電路及半橋逆變電路作為一個子模塊，按照模塊化多電平換流器拓撲構成多電平光伏發電系統，由于該拓撲每個光伏陣列之間采用串聯結構，降低了裝置的可靠性，且模塊化多電平的上、下橋臂功率不均衡問題將影響交流側輸出電流的波形質量；中國專利CN103828217A提出一種級聯H橋的光伏DC/AC逆變器，該拓撲將光伏陣列接入H橋逆變器直流母線，各個光伏陣列按照串聯的結構接入交流電網，同樣存在可靠性低、交直流之間缺少電氣隔離，裝置電磁兼容性差的缺點。從現有文獻及專利來看，傳統的光伏發電系統采用普通的兩電平或三電平變流器接入電網，難以適應于高電壓、大容量光伏發電系統的技術需求。現有文獻及專利未能充分利用多電平拓撲的優勢，未綜合考慮拓撲結構的可靠性、交直流系統之間的電氣隔離、以及高電壓大容量工程應用的技術需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的大規模光伏發電系統接入電網時使用的工頻升壓變壓器體積大、成本高，且難以對大規模光伏陣列進行統一控制，以及大容量兩電平電壓源逆變器電流大、開關損耗和導通損耗大等不足，而提出一種多電平光伏發電系統拓撲結構及其控制方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：一種多電平光伏發電系統拓撲結構，包括M個光伏陣列及其升壓型DC/DC變換器、3n個隔離型反激式DC/DC變流器以及3n個H橋電壓源逆變器，所述光伏陣列正極通過各自的升壓型DC/DC變換器與統一的直流母線u_dc的正極連接，負極通過各自的升壓型DC/DC變換器與統一的直流母線u_dc的負極連接；每個隔離型反激式DC/DC變流器輸入端分別與統一的直流母線u_dc的正極連接，輸出端分別與每個級聯H橋多電平電壓源逆變器的直流母線連接。

進一步地，所述光伏陣列的升壓型DC/DC變換器采用Boost型拓撲，由防倒灌二極管D₁、電感L₁、儲能電容C₁、二極管D₂和絕緣柵雙極晶體管S₁構成，所述防倒灌二極管D₁的負極與電感L₁的一端連接；所述電感L₁一端與防倒灌二極管D₁的負極連接，另一端與二極管D₂的正極連接；所述儲能電容C₁一端與防倒灌二極管D₁的負極連接，另一端與絕緣柵雙極晶體管S₁的發射極連接，所述二極管D₂的負極與直流母線u_dc的正極連接；所述絕緣柵雙極晶體管S₁的集電極與二極管D₂的正極連接，發射極與直流母線u_dc的負極連接。