一種可抑制電網(wǎng)電壓不平衡的光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種可抑制電網(wǎng)電壓不平衡的光伏發(fā)電系統(tǒng)，該光伏發(fā)電系統(tǒng)在直流逆變成交流注入電網(wǎng)的同時(shí)，可自動(dòng)輸出補(bǔ)償電流，能夠有效解決三相電壓不平衡的問(wèn)題，且設(shè)備具有新結(jié)構(gòu)的旁路保護(hù)功能。包括光伏陣列、二極管、電容器、逆變單元、電抗器、濾波電容器、電流控制單元，設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)，濾波電容器輸出端串聯(lián)有設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)，電流控制單元輸出PWM波形完成對(duì)逆變單元的控制。
【專利說(shuō)明】—種可抑制電網(wǎng)電壓不平衡的光伏發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電是將光伏電池板的直流電能經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成可送入電網(wǎng)的交流電能，在光伏發(fā)電并入電網(wǎng)的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生電網(wǎng)電壓不平衡的問(wèn)題，同時(shí)也會(huì)對(duì)接在該公用電網(wǎng)中的其他用電設(shè)備帶來(lái)一些不良的影響甚至危害。不平衡電流注入系統(tǒng)后會(huì)造成三相電壓不平衡，工作在三相不平衡電壓的電網(wǎng)上的負(fù)荷，電機(jī)類負(fù)荷會(huì)造成電機(jī)軸振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞電機(jī)。
[0003]目前，針對(duì)三相電壓不平衡問(wèn)題解決方法是在電網(wǎng)中加SVC，SVC是靠改變阻抗來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于一個(gè)單相負(fù)荷相當(dāng)在另外兩項(xiàng)分別加電感、電容。對(duì)于在兩項(xiàng)或三相間變化(即不確定哪相負(fù)荷大)的單相負(fù)荷，其容性必須按三相中的最大值計(jì)算，而對(duì)于可變電感的容量是三相所需最大電感與最大電容之和。這種靠改變阻抗來(lái)調(diào)節(jié)電壓的方式，其調(diào)節(jié)能力很弱。且SVC主要缺點(diǎn)如下:
[0004]I)其安裝容量大，占地空間大，自身?yè)p耗大，通風(fēng)散熱困難。
[0005]2)自身產(chǎn)生諧波，需配置合適的濾波器來(lái)濾波。
[0006]3) SVC的主控器件是晶閘管，其響應(yīng)速度慢對(duì)于快速變化的負(fù)荷達(dá)不到理想的效果O
[0007]4) SVC輸出受電網(wǎng)電壓影響，其輸出能力與電網(wǎng)電壓平方成正比。
[0008]5)濾波器是靠改為諧波阻抗來(lái)濾波的，在系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生串并聯(lián)諧振，危害供電安全。
[0009]6)TCR的空芯電抗器對(duì)周圍產(chǎn)生電磁干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種可抑制電網(wǎng)電壓不平衡的光伏發(fā)電系統(tǒng)，該光伏發(fā)電系統(tǒng)在直流逆變成交流注入電網(wǎng)的同時(shí)，可依據(jù)當(dāng)時(shí)電流的情況，逆變器可自動(dòng)輸出補(bǔ)償電流，能夠有效解決三相電壓不平衡的問(wèn)題，且響應(yīng)速度快，跟蹤精度高，可大大提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性；且設(shè)備具有新結(jié)構(gòu)的旁路保護(hù)功能。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0012]一種可抑制電網(wǎng)電壓不平衡的光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏陣列、二極管D、電容器Cl、逆變單元、電抗器L、濾波電容器C2、電流控制單元，設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2、旁路開(kāi)關(guān)K1，光伏陣列直流輸出正極端設(shè)有二極管D，二極管負(fù)極端與電容器Cl正極相連接；電容器Cl輸出端接有逆變單元，逆變單元輸出端接有電抗器L，電抗器L輸出端接濾波電容器C2 ;濾波電容器C2輸出端串聯(lián)有設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2，輸出經(jīng)連接電纜與電網(wǎng)相連接；在電抗器輸出端還設(shè)有電流互感器CT和電壓互感器PT，電流互感器CT和電壓互感器PT經(jīng)信號(hào)傳輸線與電流控制單元相連接，電流控制單元輸出PWM波形完成對(duì)逆變單元的控制；在逆變單元的每一相進(jìn)線端和設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2的輸出端還設(shè)有旁路開(kāi)關(guān)Kl。
[0013]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]1、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)諧波就地補(bǔ)償功能，使并網(wǎng)逆變器輸出的電流波形平滑無(wú)諧波，不污染電網(wǎng)。使光伏發(fā)電更加穩(wěn)定，使光伏電站發(fā)出的電幾乎無(wú)諧波，更適應(yīng)市場(chǎng)需求。
[0015]2.本裝置具有保護(hù)和旁路功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)通過(guò)控制旁路開(kāi)關(guān)K1、設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2將系統(tǒng)退出運(yùn)行，對(duì)設(shè)備具有保護(hù)作用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是發(fā)明的主電路圖。
[0017]圖2是逆變單元的的電路圖。
[0018]圖3是電流控制單元的結(jié)構(gòu)原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說(shuō)明:
[0020]見(jiàn)圖1，一種可抑制電網(wǎng)電壓不平衡的光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏陣列、二極管D、電容器Cl、逆變單元、電抗器L、濾波電容器C2、電流控制單元，設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2、旁路開(kāi)關(guān)Kl，光伏陣列直流輸出正極端設(shè)有二極管D，二極管負(fù)極端與電容器Cl正極相連接；電容器Cl輸出端接有逆變單元，逆變單元輸出端接有電抗器L，電抗器L輸出端接濾波電容器C2 ;濾波電容器C2輸出端串聯(lián)有設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2，輸出經(jīng)連接電纜與電網(wǎng)相連接；在電抗器輸出端還設(shè)有電流互感器CT和電壓互感器PT，電流互感器CT和電壓互感器PT經(jīng)信號(hào)傳輸線與電流控制單元相連接，電流控制單元輸出PWM波形完成對(duì)逆變單元的控制；在逆變單元的每一相進(jìn)線端和設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2的輸出端還設(shè)有旁路開(kāi)關(guān)Kl。
[0021]由電抗器L、電容器C2串聯(lián)組成的LC濾波器的輸出端串聯(lián)有設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2，在逆變單元的進(jìn)線端和設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2的輸出端還設(shè)有旁路開(kāi)關(guān)K1。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)通過(guò)控制旁路開(kāi)關(guān)K1、設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2將系統(tǒng)退出運(yùn)行，對(duì)設(shè)備具有保護(hù)作用。
[0022]見(jiàn)圖2，逆變單元由六個(gè) IGBT 全控型器件(IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6)分別與二極管(D1、D2、D3、D4、D5、D6)反并聯(lián)組成兩電平PWM逆變，逆變后信號(hào)輸入由電抗器L、電容器C2串聯(lián)構(gòu)成的LC濾波支路。
[0023]圖3是電流控制單元原理圖，電流控制單元由FPGA芯片、CPU芯片、A/D芯片組成，電壓信號(hào)PT或電流信號(hào)CT經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入CPU芯片，經(jīng)CPU芯片處理后進(jìn)入FPGA芯片，經(jīng)FPGA芯片處理后輸出逆變單元的PWM控制信號(hào)。
[0024]本系統(tǒng)的工作過(guò)程是:諧波電流檢測(cè)裝置PT、CT采集得到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)諧波電壓，將諧波電壓或電流信號(hào)輸入電流控制單元，由電流控制單元計(jì)算得出一個(gè)與諧波電壓大小相等、方向相反的電壓，由逆變單元經(jīng)由電抗器L、電容器C2串聯(lián)構(gòu)成的LC濾波支路，該電流與諧波電流相疊加，使諧波電流輸出為零，達(dá)到濾除電網(wǎng)諧波電流的作用。
[0025]本裝置具有保護(hù)和旁路功能，由電抗器L、電容器C2串聯(lián)組成的LC濾波器的輸出端串聯(lián)有設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2，在逆變單元的進(jìn)線端和設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2的輸出端還設(shè)有旁路開(kāi)關(guān)κι。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)通過(guò)控制旁路開(kāi)關(guān)K1、設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2將系統(tǒng)退出運(yùn)行，對(duì)設(shè)備具有保護(hù)作用。
[0026]本裝置的電流控制單元具有以下功能:
[0027]I)采集分析由諧波檢測(cè)裝置PT、CT采集得到的系統(tǒng)的諧波電壓或諧波電流；
[0028]2)采集和分析諧波檢測(cè)裝置得到的諧波電流及逆變單元的目標(biāo)諧波電流并通過(guò)計(jì)算調(diào)整，使諧波檢測(cè)裝置的諧波電壓為“O” ；
[0029]4))保護(hù)和旁路功能，檢測(cè)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)裝置有故障時(shí)通過(guò)控制旁路開(kāi)關(guān)Kl和設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2來(lái)將設(shè)備退出運(yùn)行。
[0030]本裝置采用的電抗器L為工業(yè)用電抗器，其電抗不大于系統(tǒng)阻抗的10%且與電容器C2構(gòu)成50Hz濾波器，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0031]電抗器L與電容器C2綜合構(gòu)成LC濾波支路，諧振點(diǎn)低于濾除諧波的最小次數(shù)，一般選3次以下。
[0032]逆變單元的開(kāi)關(guān)器件選擇IGBT或更高開(kāi)關(guān)頻率的全控型器件，采用H橋或其他拓?fù)浞绞?，以電流作為控制目?biāo)。
[0033]光伏電站由光伏陣列構(gòu)成，光伏陣列輸出的直流電經(jīng)過(guò)匯流箱，送入逆變單元的直流輸入端，輸入的直流電經(jīng)過(guò)逆變單元的逆變作用，將直流電變?yōu)榕c電網(wǎng)電壓同頻同相的交流工頻電，然后經(jīng)過(guò)濾波單元的濾波，以及本發(fā)明諧波補(bǔ)償單元將諧波補(bǔ)償?shù)簦罱K將無(wú)諧波污染的交流電并入電網(wǎng)。本發(fā)明的保護(hù)和旁路功能，對(duì)設(shè)備具有保護(hù)作用。
【權(quán)利要求】
1.一種可抑制電網(wǎng)電壓不平衡的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括光伏陣列、二極管D、電容器Cl、逆變單元、電抗器L、濾波電容器C2、電流控制單元，設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2、旁路開(kāi)關(guān)Kl，光伏陣列直流輸出正極端設(shè)有二極管D，二極管負(fù)極端與電容器Cl正極相連接；電容器Cl輸出端接有逆變單元，逆變單元輸出端接有電抗器L，電抗器L輸出端接濾波電容器C2 ;濾波電容器C2輸出端串聯(lián)有設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2，輸出經(jīng)連接電纜與電網(wǎng)相連接；在電抗器輸出端還設(shè)有電流互感器CT和電壓互感器PT，電流互感器CT和電壓互感器PT經(jīng)信號(hào)傳輸線與電流控制單元相連接，電流控制單元輸出PWM波形完成對(duì)逆變單元的控制；在逆變單元的每一相進(jìn)線端和設(shè)備投入運(yùn)行開(kāi)關(guān)K2的輸出端還設(shè)有旁路開(kāi)關(guān)K1。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK104333035SQ201410592304
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】雷兆江, 呂明君, 劉利忠, 田福軍 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司朝陽(yáng)供電公司, 朝陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司