[實用新型]一種基于中高壓直流接入的光伏并網發電系統

有效

• 申請號: 201420487251.2
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN204103503U
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 劉偉增;楊有濤;張潔瓊
• 申請（專利權）人: 特變電工新疆新能源股份有限公司;特變電工西安柔性輸配電有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

技術領域

本實用新型應用于太陽能光伏發電技術領域，涉及基于中高壓直流接入的光伏系統集電線路設計和并網接入技術，具體涉及一種基于中高壓直流接入的光伏并網發電系統。

背景技術

隨著光伏發電規模的日益增大，光伏產能不再局限于作為補充能源，而是朝著可替代能源的方向邁進。然而，由于經濟發展和可再生資源布局的不均衡，我國的能源中心與負荷中心之間的距離跨度很大，作為能源中心的太陽能發電場主要集中在西北偏遠地區，而作為負荷中心的經濟發達地區則集中在東部沿海；同時，太陽能發電需要電網提供額外的調峰容量，但西北偏遠地區的調峰能力不足，導致太陽能發電面臨著規?；l展的外送消納問題。在這場“能源革命”的影響下，現行光伏發電的概念、光伏電站的結構、并網發電裝置以及相應的運行技術在應對超大規模可再生新能源的消納方面越來越力不從心。

如圖1所示，目前主流的光伏電站的結構，也即傳統的光伏并網發電系統包括：以并聯的連接方式與中高壓交流電網連接并向其輸送電能的n個集中式光伏并網發電單元100，每個集中式光伏并網發電單元100均包括m個子單元101和工頻升壓變壓器102，該m個子單元101均與工頻升壓變壓器102的原邊側連接，每個子單元101均包括N個光伏陣列(N個光伏陣列即一組光伏陣列)1011、匯流箱1012、直流配電柜1013和光伏并網逆變器1014，每個光伏陣列1011均根據其所需的輸出直流電壓和額定功率等級由多個太陽能電池板通過串聯和/或并聯的方式組成，N個光伏陣列1011并聯后接入匯流箱1012的輸入端，該匯流箱1012用于將N個光伏陣列1011分別輸出的直流電能匯流成一路，其輸出端與直流配電柜1013的輸入端連接，直流配電柜1013的輸出端與光伏并網逆變器1014的直流側(也稱為輸入端)連接，由于光伏并網逆變器1014的直流側電壓一般不超過1kV，故光伏并網逆變器1014也可稱為低壓光伏并網逆變器，為了提高光伏并網發電系統的整體效率，光伏并網逆變器1014一般具有最大功率跟蹤(MPPT，Maximum?Power?Point?Tracking)功能，即通過其內置的最大功率跟蹤算法對其輸入功率進行最大功率跟蹤，以使得與其連接的N個光伏陣列輸出最大功率，每個子單元101的光伏并網逆變器1014的交流側(也稱為輸出端)均以并聯的連接方式連接至工頻升壓變壓器102的原邊側，以通過同步控制將能量以電流源形式向中高壓交流電網饋送，可見，現有技術采用的是低壓大電流并聯的連接方式，每個集中式光伏并網發電單元100的工頻升壓變壓器102的副邊側均連接至中高壓交流電網，以使得光伏并網逆變器1014輸出的電能(該電能以電流源的形式且與中高壓交流電網同頻率)通過工頻升壓變壓器102逐級升壓至中高壓后輸送至中高壓交流電網，從而實現能源的長距離輸送。這里，m、n、N均為大于1的整數，其具體取值可由本領域技術人員根據實際情況設定。

但是，隨著新能源發電容量的不斷增加，以及輸電、配電技術的日益進步，現有的光伏發電、輸電運行模式存在如下限制：

(1)在每個集中式光伏并網發電單元100中，從各組光伏陣列1011的輸出端到工頻升壓變壓器102的原邊側之間都采用低壓傳輸線路(該線路上的電壓小于1kV)進行布線，且采用的是低壓大電流并聯的連接方式，導致低壓大電流傳輸線路過長、線路損耗過大(線路損耗通常為總系統的2％-3％)的問題出現，并且該問題會隨著發電規模、容量的增加而進一步惡化。

(2)目前，由于受到直流損耗和低壓光伏并網逆變器容量的限制，大型光伏電站通常需要配置幾十甚至上百個低壓光伏并網逆變器及相應的逆變機房和配電、監控設備。工業界的低壓光伏并網逆變器產品的最大功率一般為500kW，若一個集中式光伏并網發電單元100包括1MW的光伏陣列，對于一個20MW的光伏電站來說，就需要配置20個逆變器機房，每個逆變器機房均需配備匯流箱1012、直流配電柜1013、低壓光伏并網逆變器1014各兩套，以及一套工頻升壓變壓器102，從而導致新能源發電的初期投入成本高，資金運轉周期長，整體投資回報率低。

(3)經實驗驗證，通過低壓光伏并網逆變器對光伏陣列的輸出功率進行最大功率跟蹤，其MPPT的滲透率較低，而且，針對光照不均問題(其可由云朵的遮擋、周圍障礙物陰影、各光伏陣列本身特性的不一致性引起)的抗擾性也相對較弱。