專利名稱：適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng)及其供電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng)及其供電方法。
背景技術(shù)：
近年來，光伏行業(yè)迅速發(fā)展壯大，為保持光伏行業(yè)良性發(fā)展，避免污染電網(wǎng)甚至損害用電設(shè)備，市場(chǎng)對(duì)光伏并網(wǎng)的核心部件一逆變器提出了嚴(yán)格的要求具備低電壓穿越功能，即在電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器不僅不能脫網(wǎng)，還要向電網(wǎng)提供無功支撐，以幫助電網(wǎng)盡快恢復(fù)，在O時(shí)刻，電網(wǎng)發(fā)生低壓穿越故障，電網(wǎng)電壓跌落，(ΓΤ1時(shí)刻光伏電站必須保持并網(wǎng)運(yùn)行，ΤΓΤ2時(shí)刻當(dāng)電網(wǎng)電壓逐漸恢復(fù)，光伏電站才可以從電網(wǎng)切 出。但目前光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)供電方案在電網(wǎng)低電壓穿越時(shí)存在如下2個(gè)問題
1)系統(tǒng)發(fā)生低電壓穿越時(shí)，電網(wǎng)電壓跌落，傳統(tǒng)內(nèi)取電模式(即通過電網(wǎng)側(cè)取電)在跌落時(shí)間段內(nèi)失電，無法滿足低電壓穿越下逆變器控制系統(tǒng)供電要求；
2)系統(tǒng)發(fā)生低電壓穿越時(shí)，電網(wǎng)電壓跌落，接觸器線包失電，會(huì)造成接觸器主觸點(diǎn)斷開而脫網(wǎng)。針對(duì)光伏逆變器控制系統(tǒng)及接觸器低電壓穿越下的供電要求，可以考慮從光伏陣列直流側(cè)取電，組成交直流冗余供電系統(tǒng)，但即使采用這種模式仍存在一個(gè)問題接觸器線包的供電問題。接觸器線包為感性負(fù)載，其吸合時(shí)功率很大，但維持吸合時(shí)功率很小，吸合及維持損耗比例高達(dá)100:1，舉500kW光伏逆變器用ABB接觸器AF1350為例，其吸合瞬間功率可達(dá)1900VA，但維持功耗僅需17W，這種特殊的負(fù)載情況給控制系統(tǒng)供電回路的設(shè)計(jì)帶來了困擾，如果前端直流電源功率小，則可能正常工作情況下接觸器無法吸合啟動(dòng)或者即使接觸器可以吸合，但造成供電電壓波動(dòng)太大，影響接觸器吸合瞬間控制系統(tǒng)的正常工作，如果因?yàn)榻佑|器吸合功率前端直流電源選的很大，穩(wěn)態(tài)時(shí)功率需求卻很小，會(huì)造成成本浪費(fèi)。綜上，從光伏電站實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，光伏逆變器控制系統(tǒng)供電方案除需要滿足低電壓穿越時(shí)供電需求外，還要考慮交流及直流取電的配置組合模式，保證可靠性及經(jīng)濟(jì)性。基于此，一種高效且適用于低電壓穿越要求的冗余供電方式便應(yīng)運(yùn)而生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng)及其供電方法，用以解決電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時(shí)接觸器線包失電脫網(wǎng)的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的系統(tǒng)方案是一種適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng),包括交流供電電源,該交流供電電源連接并網(wǎng)側(cè)，并通過一個(gè)橋式整流模塊連接接觸器線包和控制系統(tǒng)，還包括直流供電電源，該直流供電電源連接光伏陣列直流側(cè)，并通過一個(gè)DC/DC變換器連接接觸器線包和控制系統(tǒng)。
所述交流供電電源通過橋式整流模塊(DBl)連接到控制系統(tǒng)，并通過橋式整流模塊(DB2)連接到接觸器線包。在所述控制系統(tǒng)與所述接觸器線包的直流供電母線上還串接有限流電阻，所述限流電阻的一端連接所述控制系統(tǒng)的正極，另一端連接所述接觸器線包的正極。所述橋式整流模塊(DBl)的正負(fù)直流輸出端并聯(lián)有濾波電容(Cl)，所述橋式整流模塊(DB2)的正負(fù)直流輸出端并聯(lián)有儲(chǔ)能電容(C2)。所述交流供電電源的輸出電壓大于直流供電電源的輸出電壓。本發(fā)明的方法方案是一種適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng)的供電方法，包括如下步驟
(1)在接觸器線包上電吸合時(shí)，供電母線電壓發(fā)生瞬時(shí)跌落，由交流側(cè)為其供電；
(2)光伏逆變器正常運(yùn)行后，仍由交流側(cè)供電，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生低壓穿越故障時(shí)，交流側(cè)斷電，由直流側(cè)為控制系統(tǒng)和接觸器線包供電；
(3)電網(wǎng)電壓恢復(fù)后，重新由交流側(cè)為控制系統(tǒng)和接觸器線包供電。進(jìn)一步地，為接觸器線包和控制系統(tǒng)的供電采用的是不同的工作母線分別供電的方式。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果
(I)對(duì)逆變器控制系統(tǒng)和接觸器線包分別供電，避免了由于接觸器線包上電吸合功率大引起供電母線波動(dòng)，對(duì)逆變器控制系統(tǒng)的供電產(chǎn)生影響；
(2 )采用交直流冗余供電的方式，由于電網(wǎng)側(cè)交流電主要通過變壓器轉(zhuǎn)變而來，帶載能力強(qiáng)，因此在接觸器線包上電吸合時(shí)主要從交流側(cè)取電，本發(fā)明在接觸器線包供電母線上設(shè)有電容用以儲(chǔ)能，同時(shí)并入直流電源，待低電壓穿越交流側(cè)失電時(shí)，控制系統(tǒng)和接觸器線包轉(zhuǎn)由直流電源供電，由于接觸器線包保持功率很小，可以最大程度的減小直流電源的功率需求，減小系統(tǒng)成本；
(3)系統(tǒng)接觸器線包和控制系統(tǒng)之間的供電母線上設(shè)有限流電阻，使接觸器線包吸合時(shí)主要功率由交流側(cè)提供，直流電源只起輔助支撐作用，在接觸器線包吸合瞬間，系統(tǒng)供電更加穩(wěn)定。


圖1是電網(wǎng)發(fā)生低壓穿越故障時(shí)的電網(wǎng)電壓變化曲線 圖2是本發(fā)明的電路原理 圖3是接觸器線包上電吸合控制系統(tǒng)母線電壓波形 圖4是交流側(cè)失電時(shí)控制系統(tǒng)母線電壓波形 圖5是交流側(cè)電壓恢復(fù)時(shí)控制系統(tǒng)母線電壓波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖2所示的供電系統(tǒng)電路原理圖，包括DC/DC變換器、限流電阻R、整流橋DBl、整流橋DB2、接觸器開關(guān)QS、電容Cl、電容C2。由于接觸器線包上電吸合功率很大，如果將控制系統(tǒng)與接觸器線包供電共用一個(gè)供電母線，則接觸器線包上電時(shí)功率過大會(huì)引起母線波動(dòng)而影響控制系統(tǒng)供電，本發(fā)明將接觸器線包和控制系統(tǒng)分別供電；同時(shí)，為防止接觸器線包在低壓穿越時(shí)斷開，本發(fā)明采用交直流冗余供電方式，主要由電網(wǎng)側(cè)的交流電供電，直流電源起輔助支撐的作用。供電系統(tǒng)的直流側(cè)連接一個(gè)DC/DC變換器，其輸出電壓為V2，輸出功率為控制系統(tǒng)和接觸器線包維持吸合的功率即可；電網(wǎng)側(cè)分別通過兩個(gè)整流橋DBl和DB2給控制系統(tǒng)及接觸器線包供電，輸出電壓為VI，考慮到對(duì)供電紋波的要求，整流橋DBl的輸出端并入濾波電容C2 ;在兩個(gè)交流供電母線之間設(shè)有限流電阻R，用于在接觸器線包吸合時(shí)主要功率由電網(wǎng)側(cè)提供，使接觸器線包吸合瞬間控制系統(tǒng)供電穩(wěn)定；在接觸器線包的交流供電母線之間并有電容Cl用于儲(chǔ)能，同時(shí)還有直流電源為其供電，以防止接觸器線包上電吸合時(shí)電壓跌落過多導(dǎo)致接觸器斷開；交流側(cè)整流橋DBl和整流橋DB2的輸入端設(shè)有接觸器開關(guān)QS，用于在電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時(shí)將交流側(cè)斷電，使直流側(cè)為接觸器線包和控制系統(tǒng)供電?？紤]到經(jīng)濟(jì)性和可靠性，通常設(shè)置V1>V2，這樣在電網(wǎng)正常時(shí)，控制系統(tǒng)及接觸器線包均由交流側(cè)供電，直流電源被鉗位，在電網(wǎng)低電壓穿越故障時(shí)，交流側(cè)失電，改為由直流側(cè)供電。如圖3，在接觸器線包上電吸合時(shí)，瞬時(shí)功率大，因此其供電母線電壓會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)跌落，但由于交流電主要是通過電網(wǎng)側(cè)變壓器轉(zhuǎn)變而來，所以帶載能力強(qiáng)，且控制系統(tǒng)與接觸器線包的交流供電母線之間并入限流電阻，因此接觸器線包啟動(dòng)功率主要由該路交流供電提供，并且對(duì)控制系統(tǒng)供電母線的影響很小。如圖4，在光伏逆變器正常運(yùn)行后，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時(shí)，交流側(cè)失電，此時(shí)供電母線會(huì)平滑過渡到由直流電源提供，并保持穩(wěn)定，可確保低電壓穿越時(shí)控制系統(tǒng)及接觸器供電需求。如圖5，在電網(wǎng)低電壓穿越故障恢復(fù)后，交流側(cè)供電恢復(fù)，此時(shí)供電母線又會(huì)平滑過渡到由交流側(cè)提供，并保持穩(wěn)定，直流電源再次被鉗位，控制系統(tǒng)及接觸器線包供電正
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巾O綜上，本發(fā)明充分考慮了光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越下的供電需求，同時(shí)兼顧了方案可靠性及經(jīng)濟(jì)性，可有效的保障光伏并網(wǎng)逆變器在低電壓穿越故障下不脫網(wǎng)并提供無功支撐，此項(xiàng)專利受國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題資助，課題編號(hào)2012AA050206。
權(quán)利要求
1.一種適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng)，包括交流供電電源，該交流供電電源連接并網(wǎng)側(cè)，并通過一個(gè)橋式整流模塊連接接觸器線包和控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括直流供電電源，該直流供電電源連接光伏陣列直流側(cè)，并通過一個(gè)DC/DC變換器連接接觸器線包和控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng)，其特征在于，所述交流供電電源通過橋式整流模塊(DBl)連接到控制系統(tǒng)，并通過橋式整流模塊(DB2)連接到接觸器線包。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng)，其特征在于，在所述控制系統(tǒng)與所述接觸器線包的直流供電母線上還串接有限流電阻，所述限流電阻的一端連接所述控制系統(tǒng)的正極，另一端連接所述接觸器線包的正極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng)，其特征在于，所述橋式整流模塊(DBl)的正負(fù)直流輸出端并聯(lián)有濾波電容(Cl)，所述橋式整流模塊(DB2)的正負(fù)直流輸出端并聯(lián)有儲(chǔ)能電容(C2 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng)，其特征在于，所述交流供電電源的輸出電壓大于直流供電電源的輸出電壓。
6.—種如權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)的供電方法，其特征在于， (1)在接觸器線包上電吸合時(shí)，供電母線電壓發(fā)生瞬時(shí)跌落，由交流側(cè)為其供電； (2)光伏逆變器正常運(yùn)行后，仍由交流側(cè)供電，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生低壓穿越故障時(shí)，交流側(cè)斷電，由直流側(cè)為控制系統(tǒng)和接觸器線包供電； (3)電網(wǎng)電壓恢復(fù)后，重新由交流側(cè)為控制系統(tǒng)和接觸器線包供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，為接觸器線包和控制系統(tǒng)的供電采用的是不同的工作母線分別供電的方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適于低壓穿越要求的光伏逆變器供電系統(tǒng)及其供電方法，該供電系統(tǒng)包括交流供電電源和直流供電電源，該交流供電電源連接并網(wǎng)側(cè)，并通過分別通過橋式整流模塊(DB1)和橋式整流模塊(DB2)連接控制系統(tǒng)和接觸器線包，該直流供電電源連接光伏陣列直流側(cè)，并通過一個(gè)DC/DC變換器連接接觸器線包和控制系統(tǒng)，采取交直流冗余供電的方式，且將控制系統(tǒng)和接觸器線包分別供電，解決了現(xiàn)有技術(shù)中電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時(shí)接觸器線包失電脫網(wǎng)的問題。
文檔編號(hào)H02H9/02GK103001253SQ20121047820
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者姚為正, 張建, 劉漢民, 劉剛, 張海龍, 牛化鵬, 孟向軍, 汪海濤 申請(qǐng)人:許繼集團(tuán)有限公司, 西安許繼電力電子技術(shù)有限公司, 國(guó)網(wǎng)新源張家口風(fēng)光儲(chǔ)示范電站有限公司