[發明專利]基于雙極式直流傳輸的光伏電站系統拓撲結構

有效

• 申請號: 201410485785.6
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104218609A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 周細文;周金博;張偉
• 申請（專利權）人: 周細文
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/537;H02M1/12
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 任立

技術領域

本發明涉及光伏發電領域，特別是一種基于雙極式直流傳輸的光伏電站系統拓撲結構。

背景技術

太陽能作為一種可持續的清潔能源，有著巨大的開發應用潛力，我國76%的國土光照充沛，光能資源分布較為均勻；與水電、風電、核電等相比，太陽能發電沒有任何排放和噪聲污染，應用技術成熟，安全可靠；除大規模并網發電和離網應用外，太陽能還可以通過抽水、超導、蓄電池、制氫等多種方式儲存，太陽能蓄能幾乎可以滿足中國未來穩定的能源需求。

隨著世界能源格局的變更，光伏發電日益成為各國競相研究、大力發展的熱點；光伏陣列和電網之間通過逆變器連接，光伏逆變器是光伏發電不可缺少的能量變換環節，其主要作用是將光伏陣列的直流電轉換為頻率、幅值穩定，符合電網要求的電能，解決了低電壓的穿越問題，通過最大功率點追蹤技術，能夠充分的利用太陽能，進一步提高發電效率。

現在光伏電站主流的光伏逆變器多為270V或315V的低壓系統，方陣電壓在1000V以內，通常以500kW為一個單元組，需要采用兩套逆變器并聯輸出到三繞變壓器；由于受到功率器件電流等級、電站線纜投入成本的限制，逆變器的啟動電壓一般為450V或500V，難以充分利用光伏陣列電壓；一般光伏電站采用單極式拓撲，即每路500kW的正極和負極各2根240mm²的電纜（以直埋土中為例）。

單個大型光伏電站，內有多臺逆變器，分屬于不同生產廠家，現有光伏電站的直流系統拓撲大多采用單極式，以傳統MW級光伏逆變器系統拓撲為例，為了提高逆變器的功率等級，若采用變流器并聯容易產生環流問題，環流在并聯的變流器之間流動，它的存在增加了損耗，并且降低了系統效率，使功率器件發熱嚴重，甚至燒毀。

目前研究中常采用兩種方式解決并聯變流器系統中環流問題：一是在硬件上消除環流通道，二是采用適當的控制方法來抑制環流；通常采用硬件方式消除環流的方法為加隔離變壓器，隔離變壓器能夠阻斷交流側的環流回路，消除環流，同時，采用不同形式的副邊結構的隔離變壓器，可以消除特定次諧波，降低對電網的污染，采用適當的控制方式抑制環流通常會使控制和測量系統復雜；多套直接并聯方式中如果有一套出現短路故障，其它并聯支路必須保護，從而降低了系統的可靠性；此外逆變器的容量較大，而交流和直流電壓等級都較低，所需的直流或者交流傳輸電纜或母排增多，線路損耗和成本也會隨之加大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種基于雙極式直流傳輸的光伏電站系統拓撲結構，既能夠同時運行，也能夠單套獨立運行，加強了運行的可靠性，適用于大功率光伏逆變器，最大限度的提高光伏陣列的發電效率，拓寬了逆變器直流電壓輸入范圍，提高了光伏陣列直流電壓利用率，兩路輸出和并網變壓器的兩個三相繞組聯接，能夠等效提高開關頻率，并降低并網電流的諧波。

為了解決以上技術問題，本發明提供一種基于雙極式直流傳輸的光伏電站系統拓撲結構，包括正、負直流傳輸線，還包括并聯的兩組光伏逆變器及一升壓變壓器，每組光伏逆變器包括沿直流電壓傳輸方向依次設置的Boost升壓電路、直流母線、三相橋逆變器及交流濾波器，兩組光伏逆變器的輸出端共同連接至升壓變壓器。

技術效果：本發明采用雙極結構，在直流線路發生單極直流故障時，故障極不會產生直流故障的過電流，不影響非故障極的正常運行，此時系統由正常運行模式切換到單極運行模式；在直流線路發生雙極直流故障時，逆變器全部閉鎖，此時直流所連接的光伏陣列與交流電網不再有能量交換。

本發明進一步限定的技術方案是：

進一步的，前述的基于雙極式直流傳輸的光伏電站系統拓撲結構，每組光伏逆變器中均包括一普通電容、一電感、一普通二極管、一快恢復二極管、一功率開關管、一直流支撐電容及一放電電阻，其中；

第一光伏逆變器的具體結構為：第一Boost升壓電路正輸入端的一頭接正直流傳輸線，另一頭串聯有一電感且經過該電感后分別連接一快恢復二極管的陽極及一功率開關管的集電極，第一Boost升壓電路負輸入端連接該功率開關管的發射極，正、負輸入端之間設置有一充放電電容，直流母線中正、負母線的一端分別連接快恢復二極管的陰極及功率開關管的發射極，一直流支撐電容及一放電電阻并聯設置在正、負母線之間，正、負母線的另一端接三相橋逆變器，旁路二極管的陽極接光伏陣列的正極且陰極接快恢復二極管的陰極；