[發明專利]高頻隔離型多低壓直流母線匯集光伏中壓并網發電系統

在審

• 申請號: 201811625318.3
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109687514A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 應鴻;游鋒;沈寶興;劉闖;蔡國偉;張皓然;陳琦;吳星昂
• 申請（專利權）人: 浙江華云清潔能源有限公司;東北電力大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/537;H02M3/335
• 代理公司: 杭州華鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 33217
• 代理人: 歐陽俊

本發明公開了高頻隔離型多低壓直流母線匯集光伏中壓并網發電系統，包括多個陣列的集中式光伏電池組件，每個集中式光伏電池組件的陣列與對應于三相的隔離型模塊化級聯變換器模塊組并聯連接。本發明的優點是：不存在局部陰影導致三相功率不平衡的問題；實現獨立MPPT控制，發電效率得以提高；降低了直流側電壓，增強了系統的穩定性和安全性；系統可擴展性和冗余能力提高；消除或減少了低壓直流母線匯集處獨立電容二次功率波動，從而大大減少了低壓直流母線匯集處獨立電容器的體積。

技術領域

本發明涉及光伏并網發電系統領域，具體涉及一種高頻隔離型多低壓直流母線匯集光伏并網發電系統。

背景技術

化石能源枯竭和環境污染問題的日益嚴峻，使人們對于清潔無污染的可再生能源的開發愈發迫切。太陽能由于其儲量豐富、分布廣泛以及環境友好等優點，使得太陽能光伏發電成為理想方案。如何提高太陽能的利用率和減少光伏發電系統裝置整體體積是目前亟需解決的問題。

通常新能源發電系統單元通過電壓源型變流器并加裝低壓工頻變壓器來產生期望的并網電壓(6～36kV)匯集到中壓交流網，最后通過中壓變壓器升壓到高壓交流網外送到遠端負荷中心。前級工頻變壓器存在質量重和空間體積大等問題，增加了投資成本和安裝費用，特別是在海上發電場和偏遠地區應用時安裝和維護成本問題將更加突出。因此，通過去掉前級升壓變壓器來解決重量、體積以及維護成本等問題，探討如何實現無工頻變壓器新能源柔性中壓并網發電系統受到世界各國學者廣泛關注，具有廣闊的應用前景。

如圖1所示，雙級式級聯型系統是通過高頻隔離型DC-DC變換器(PSFB變換器、DAB變換器、LLC諧振變換器等)將一個或若干個共同低壓直流側能量傳輸到各相級聯單元獨立直流側，各相DC-AC單元(H橋型、NPC型、混合型等)通過串聯增壓實現中壓并網發電，從而避免前端工頻變壓器使用。雙級式光伏中壓并網發電系統存在以下問題：

1.由于單相系統固有二次功率波動問題使得各相級聯單元中間直流側需要較大電容來緩沖瞬時功率不平衡來達到穩壓目的，從而導致系統體積增大。

2.為了得到較大電壓等級，雙級式隔離型功率變換單元采用輸入并聯、輸出串聯的系統拓撲結構實現，帶來復雜的均壓和均流兩個問題。這就要求該系統在實現高壓級交流電流控制和低壓級公共直流電壓控制同時，還必須對內部大量雙級式隔離型AC-DC模塊進行均壓和均流控制，需要通過多模塊的協調閉環控制才能實現。隨著系統模塊數增多，各模塊閉環協調控制將面對很大挑戰，特別是在系統異常條件下，復雜的運行與故障控制策略降低了系統可靠性。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種高頻隔離型多低壓直流母線匯集光伏中壓并網發電系統結構。該光伏中壓并網發電系統結構具有高壓大容量的變頻能力、輸出電壓波形諧波含量小、易于模塊化擴展、各模塊高壓側不再需要電容支撐及均壓控制、不需要變壓器即可直接接入高壓電網等優點，同時也解決了傳統單級式變換器二次側換流、電壓尖峰等問題，能實現低壓直流、高壓交流之間的功率變換。本結構能夠減少或消除直流母線匯集處獨立電容的二次功率波動，從而減少直流母線匯集處電容器的體積。作為連接光伏陣列和電網之間的核心裝置，光伏并網逆變器不僅要實現直交變換功能，還應保持直流側電壓穩定、滿足并網電流正弦輸出以及實現單位功率因數并網等功能。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：高頻隔離型多低壓直流母線匯集光伏中壓并網發電系統，包括多個陣列的集中式光伏電池組件，每個集中式光伏電池組件的陣列與對應于三相的隔離型模塊化級聯變換器模塊組并聯連接。

該結構的優點在于：不存在局部陰影導致三相功率不平衡的問題；實現獨立MPPT控制，發電效率得以提高；降低了直流側電壓，增強了系統的穩定性和安全性；系統可擴展性和冗余能力提高；消除或減少了低壓直流母線匯集處獨立電容二次功率波動，從而大大減少了低壓直流母線匯集處獨立電容器的體積。