基于dvr的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)，其特征在于它包括動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR、有功功率釋放電路、網(wǎng)側(cè)無功電流注入逆變器和控制器，其優(yōu)越性在于：低電壓穿越能力強；改造所需的成本低、可靠性高；使光伏系統(tǒng)具有低電壓穿越的能力，還可向電網(wǎng)提供一定的無功功率，降低故障造成的損失，提高了電網(wǎng)供電的可靠性。
【專利說明】基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)
(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿 越支撐系統(tǒng)。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]光伏發(fā)電是世界上增長最快的可再生能源，是未來基于可持續(xù)發(fā)展和零污染電 能的一線希望，其開發(fā)利用是最終解決常規(guī)能源尤其是化石能源帶來的能源短缺、環(huán)境污 染以及溫室效應(yīng)等問題的有效途徑之一，是理想的替代能源。針對中國發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的 實際情況，光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃和建設(shè)是當(dāng)前最關(guān)鍵的問題。由于光伏發(fā)電的不可 控性，如何將太陽能開發(fā)出來并入電網(wǎng)，并且保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，這是一個急需解決 的問題。因此隨著光伏發(fā)電的電網(wǎng)穿透率(即光伏發(fā)電占電網(wǎng)的比重)不斷提高，世界 各國在提高電網(wǎng)光伏發(fā)電承受能力的同時，對并網(wǎng)光伏發(fā)電場提出了比以往更高的技術(shù)要 求，如低電壓穿越(LVRT)能力、有功功率控制能力等。其中光伏發(fā)電的低電壓穿越能力是 光伏發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電的最大挑戰(zhàn)。低電壓穿越LVRT，指在光伏發(fā)電并網(wǎng)點電壓跌落的時候， 光伏發(fā)電能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù) 正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區(qū)域)。若光伏發(fā)電場在電壓跌落時仍采取被動保護(hù) 式解列，則會增加整個系統(tǒng)的恢復(fù)難度，甚至可能加劇故障，最終導(dǎo)致系統(tǒng)其它機(jī)組全部 解列，因此必須采取有效的LVRT措施，以維護(hù)光伏發(fā)電場電網(wǎng)的穩(wěn)定。
[0003]目前低電壓穿越技術(shù)具有以下缺點:1、在電網(wǎng)故障發(fā)生電壓跌落時現(xiàn)有低電壓穿 越技術(shù)動態(tài)響應(yīng)速度慢；2、當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，光伏逆變器無法均流穩(wěn)定輸出并網(wǎng)電流。由 此引起在電網(wǎng)故障時造成巨大損失。
[0004]動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR (dynamicvoltagerestore簡稱DVR)是一種串聯(lián)在線路中的 電力電子設(shè)備，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，造成電壓跌落時，動態(tài)電壓恢復(fù)器可以在l-2ms內(nèi)輸出補 償電壓，使得負(fù)荷側(cè)電壓正常。它可以看作是一個串聯(lián)在負(fù)荷與電網(wǎng)之間的受控電壓源，只 有在電網(wǎng)電壓異常時，它才會輸出補償電壓保證負(fù)荷側(cè)電壓正常。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)，它可 以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可以有效提高電網(wǎng)供電可靠性的系 統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng),其特征 在于它包括動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR、有功功率釋放電路、網(wǎng)側(cè)無功電流注入逆變器和控制器， 其中，所述低電壓穿越支撐系統(tǒng)安裝在光伏系統(tǒng)與并網(wǎng)變壓器之間；所述動態(tài)電壓恢復(fù)器 DVR設(shè)有A端口、B端口和C端口，A端口與B端口之間每相之間串聯(lián)對應(yīng)的獨立工作單元， 所述每個獨立工作單元均含有一個濾波器和一個H橋逆變器；所述DVR的A端口與光伏系 統(tǒng)輸出端并網(wǎng)開關(guān)連接，DVR的B端口與電網(wǎng)連接，每相H橋逆變器的交流輸入側(cè)經(jīng)濾波器濾波串聯(lián)在對應(yīng)各相的A端口與B端口之間，輸入濾波器主要用來濾除H橋逆變器的高頻 諧波橋逆變器的直流輸出側(cè)為C端口，C端中設(shè)有直流電容，其中每相H橋逆變器的直流 輸出側(cè)可以共用一個直流電容或單獨使用一個直流電容；所述無功電流注入逆變器設(shè)有B 端口和C端口，與動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR的B端口并聯(lián)；所述的H橋逆變器、無功電流注入逆 變器和有功功率釋放電路的輸入端接收控制器發(fā)出的控制信號。
[0007]所述動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR的C端口可以作為為三個H橋逆變器輸出側(cè)的獨立端 口，也可為三個H橋逆變器輸出側(cè)并聯(lián)后形成的一個公用端口。
[0008]所述動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR的每相H橋逆變器濾波器輸入側(cè)分別以串聯(lián)的方式連接 在光伏逆變器輸出端與電網(wǎng)之間，或在光伏逆變器輸出端和電網(wǎng)之間分別串接一個隔離變 壓器，每相H橋逆變器濾波器的輸入側(cè)分別通過對應(yīng)的隔離變壓器串接在主回路中。
[0009]所述基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)中還設(shè)有與動態(tài)電壓恢復(fù)器 DVR并聯(lián)的快速開關(guān)GK，所述快速開關(guān)GK含有三個獨立單元，獨立單元由功率雙向開關(guān)SCR 或IGBT或其他可控關(guān)斷的功率開關(guān)器件與強制關(guān)斷電路組成，它們分別與動態(tài)電壓恢復(fù) 器DVR的三個獨立工作單元對應(yīng)。
[0010]所述有功功率釋放電路為設(shè)在動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR中C端口的直流卸荷單元 DBU(DCBrakeUnit)，C端口與光伏系統(tǒng)中的DC-DC輸出端連接。
[0011 ] 所述無功電流注入逆變器B端口和C端口的直流母線電容與動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR 中C端口的直流卸荷單元DBU直流母線連接。
[0012]本發(fā)明的工作原理:當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時DVR將輸出補償電壓使光伏逆變器端電壓 保持穩(wěn)定不變，同時光伏系統(tǒng)輸出的有功功率可以通過有功功率釋放單元消耗，網(wǎng)側(cè)無功 電流注入逆變器將向電網(wǎng)輸入一定的無功電流以幫助電網(wǎng)電壓恢復(fù)，如圖4所示。為了提 高電網(wǎng)電壓正常時系統(tǒng)工作效率，當(dāng)電網(wǎng)正常時利用快速開關(guān)將DVR短路，使DVR工作在待 機(jī)模式。在電網(wǎng)電壓跌落時快速開關(guān)將快速分開，同時DVR將迅速從待機(jī)模式切換到電壓 補償模式，電網(wǎng)電壓恢復(fù)時DVR將退回到準(zhǔn)備模式同時快速開關(guān)將DVR短接。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)越性在于:由于米用動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR,可以使光伏發(fā)電系統(tǒng)具有 完美的低電壓穿越能力，包含零電壓跌落、電壓對稱及不對稱、電網(wǎng)電壓恢復(fù)時的高電壓等 在內(nèi)的故障均能可靠穿越；電網(wǎng)跌落期間一直與電網(wǎng)保持連接，可以提供無功和有功功率 的傳輸通道；在故障期間仍然可以給電網(wǎng)提供有功和無功支持；對現(xiàn)有光伏系統(tǒng)進(jìn)行改造 所需的成本低、可靠性高；在電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障的情況下，系統(tǒng)可快速輸出補償電壓以補 償電網(wǎng)電壓的跌落，使光伏逆變器輸出端口的電壓基本保持恒定，從而使得光伏系統(tǒng)具有 低電壓穿越的能力，根據(jù)需要動態(tài)電壓恢復(fù)器可以采用最小能量補償策略還可向電網(wǎng)提供 一定的無功功率，幫助電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而降低了電網(wǎng)發(fā)生故障時造成的損失，提高了電網(wǎng) 供電的可靠性。
(四)【專利附圖】
【附圖說明】:
[0014]圖1為本發(fā)明所涉一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0015]圖2為本發(fā)明所涉一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)的一種動態(tài) 電壓恢復(fù)器DVR的原理結(jié)構(gòu)不意圖。[0016]圖3是本發(fā)明所涉一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)的另一種用 于本發(fā)明的動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR的原理不意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明所涉一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)無功 電流注入逆變器的原理示意圖。
[0018]圖5為本發(fā)明所涉一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)的含有直流 卸荷單元DBU電路的原理示意圖。
[0019]圖6為本發(fā)明所涉一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)的有功功率 釋放電路采用直流卸荷單元DBU的低電壓穿越支撐裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖7為本發(fā)明所涉一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)的另一種有 功功率釋放電路采用直流卸荷單元DBU的低電壓穿越支撐裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
(五)【具體實施方式】:
[0021]實施例:一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)(見圖1)，其特征在于 它包括動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR、有功功率釋放電路、網(wǎng)側(cè)無功電流注入逆變器和控制器，其中， 所述低電壓穿越支撐系統(tǒng)安裝在光伏系統(tǒng)與并網(wǎng)變壓器之間；所述動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR設(shè) 有A端口、B端口和C端口，A端口與B端口之間每相之間串聯(lián)對應(yīng)的獨立工作單元，所述 每個獨立工作單元均含有一個濾波器和一個H橋逆變器；所述DVR的A端口與光伏系統(tǒng)輸 出端并網(wǎng)開關(guān)連接，DVR的B端口與電網(wǎng)連接，每相H橋逆變器的交流輸入側(cè)經(jīng)濾波器濾波 串聯(lián)在對應(yīng)各相的A端口與B端口之間，輸入濾波器主要用來濾除H橋逆變器的高頻諧波； H橋逆變器的直流輸出側(cè)為C端口，C端中設(shè)有直流電容，其中每相H橋逆變器的直流輸出 側(cè)可以共用一個直流電容或單獨使用一個直流電容；所述無功電流注入逆變器設(shè)有B端口 和C端口，與動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR的B端口并聯(lián)；所述的H橋逆變器、無功電流注入逆變器 和有功功率釋放電路的輸入端接收控制器發(fā)出的控制信號。
[0022]所述動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR的C端口可以作為為三個H橋逆變器輸出側(cè)的獨立端 口，也可為三個H橋逆變器輸出側(cè)并聯(lián)后形成的一個公用端口(見圖2、圖3)。
[0023]所述動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR的每相H橋逆變器濾波器輸入側(cè)分別以串聯(lián)的方式連接 在光伏逆變器輸出端與電網(wǎng)之間，或在光伏逆變器輸出端和電網(wǎng)之間分別串接一個隔離變 壓器，每相H橋逆變器濾波器的輸入側(cè)分別通過對應(yīng)的隔離變壓器串接在主回路中(見圖
2、圖 3)。
[0024]所述基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)中還設(shè)有與動態(tài)電壓恢復(fù)器 DVR并聯(lián)的快速開關(guān)GK，所述快速開關(guān)GK含有三個獨立單元，獨立單元由功率雙向開關(guān)SCR 或IGBT或其他可控關(guān)斷的功率開關(guān)器件與強制關(guān)斷電路組成，它們分別與動態(tài)電壓恢復(fù) 器DVR的三個獨立工作單元對應(yīng)。
[0025]所述有功功率釋放電路為設(shè)在動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR中C端口的直流卸荷單元 DBU(DCBrakeUnit)，C端口與光伏系統(tǒng)中的DC-DC輸出端連接(見圖5)。
[0026]所述無功電流注入逆變器B端口和C端口的直流母線電容與動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR 中C端口的直流卸荷單元DBU直流母線連接(見圖6、圖7)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng),其特征在于它包括動態(tài)電壓恢 復(fù)器DVR、有功功率釋放電路、網(wǎng)側(cè)無功電流注入逆變器和控制器，其中，所述低電壓穿越支 撐系統(tǒng)安裝在光伏系統(tǒng)與并網(wǎng)變壓器之間；所述動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR設(shè)有A端口、B端口和 C端口，A端口與B端口之間每相之間串聯(lián)對應(yīng)的獨立工作單元，所述每個獨立工作單元均 含有一個濾波器和一個H橋逆變器；所述DVR的A端口與光伏系統(tǒng)輸出端并網(wǎng)開關(guān)連接， DVR的B端口與電網(wǎng)連接，每相H橋逆變器的交流輸入側(cè)經(jīng)濾波器濾波串聯(lián)在對應(yīng)各相的A 端口與B端口之間，輸入濾波器主要用來濾除H橋逆變器的高頻諧波；H橋逆變器的直流輸 出側(cè)為C端口，C端中設(shè)有直流電容，其中每相H橋逆變器的直流輸出側(cè)可以共用一個直流 電容或單獨使用一個直流電容；所述無功電流注入逆變器設(shè)有B端口和C端口，與動態(tài)電壓 恢復(fù)器DVR的B端口并聯(lián)；所述的H橋逆變器、無功電流注入逆變器和有功功率釋放電路的 輸入端接收控制器發(fā)出的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)，其特征在 于所述動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR的C端口可以作為為三個H橋逆變器輸出側(cè)的獨立端口，也可 為三個H橋逆變器輸出側(cè)并聯(lián)后形成的一個公用端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)，其特征在 于所述動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR的每相H橋逆變器濾波器輸入側(cè)分別以串聯(lián)的方式連接在光伏 逆變器輸出端與電網(wǎng)之間，或在光伏逆變器輸出端和電網(wǎng)之間分別串接一個隔離變壓器， 每相H橋逆變器濾波器的輸入側(cè)分別通過對應(yīng)的隔離變壓器串接在主回路中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)，其特征在 于所述基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)中還設(shè)有與動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR并聯(lián) 的快速開關(guān)GK，所述快速開關(guān)GK含有三個獨立單元，獨立單元由功率雙向開關(guān)SCR或IGBT 或其他可控關(guān)斷的功率開關(guān)器件與強制關(guān)斷電路組成，它們分別與動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR的 三個獨立工作單元對應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)，其特征在 于所述有功功率釋放電路為設(shè)在動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR中C端口的直流卸荷單元DBU，C端口 與光伏系統(tǒng)中的DC-DC輸出端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于DVR的光伏發(fā)電機(jī)組低電壓穿越支撐系統(tǒng)，其特征在 于所述無功電流注入逆變器B端口和C端口的直流母線電容與動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR中C端 口的直流卸荷單元DBU直流母線連接。
【文檔編號】H02J3/16GK103560523SQ201310576574
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】岳巍澎, 馬幼捷, 孫兆亨, 周雪松, 朱斯, 王婧, 任巍曦, 董文琦, 劉志豪, 楊猛, 李明, 翟化欣, 程東霞 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新源張家口風(fēng)光儲示范電站有限公司, 天津理工大學(xué)