專利名稱：智能光伏逆變方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種智能光伏逆變方法。
背景技術(shù)：
能源是人類社會存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前能源緊缺、環(huán)境惡化的日趨嚴(yán)重是關(guān)乎人類生存及發(fā)展的全球性問題。可再生能源屬于可循環(huán)使用的清潔能源，由于其資源十分豐富，且不受地域限制，可就地利用，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，是未來能源系統(tǒng)的希望。太陽能是一種巨量的可再生能源，太陽直接輻射到地球的能量十分豐富，分布廣泛，不會污染環(huán)境，清潔干凈。中國也擁有豐富的太陽能資源，目前可開發(fā)的太陽能是21039 億千瓦，若將的中國沙漠裝上光伏，總?cè)萘繉⑦_到13億千瓦，超過我國目前所有能源發(fā)電的裝機容量。當(dāng)今世界各國特別是發(fā)達國家對光伏發(fā)電技術(shù)十分重視，其開發(fā)和利用已經(jīng)歷了幾十年，逐漸成為綠色能源領(lǐng)域的前沿技術(shù)。國際上，光伏發(fā)電無論從技術(shù)上還是從規(guī)模上已經(jīng)比較成熟，已進入商業(yè)化運作階段，并且已主要用于城市的并網(wǎng)發(fā)電。我國太陽能光伏發(fā)電起步較晚，80年代中后期初具規(guī)模，90年代以來技術(shù)在不斷成熟，無論是產(chǎn)業(yè)化方面還是應(yīng)用方面都發(fā)展很快，目前多應(yīng)用在邊遠(yuǎn)無電地區(qū)獨立式發(fā)電，例如在甘肅、西藏、新疆等地建立了以光伏發(fā)電為基礎(chǔ)的電力設(shè)施。而并網(wǎng)發(fā)電及城市應(yīng)用起步較晚，隨著國家對新能源的日益重視及一系列優(yōu)惠政策的頒布，我國太陽能發(fā)電增長迅速，為了使光伏電池得到最大效率的使用，光伏逆變系統(tǒng)希望能夠輸出最大功率。由于光伏發(fā)電受日照輻射、溫度等氣候條件的影響，它是一種間歇式能源，隨著光伏發(fā)電在電網(wǎng)中的比例越來越大，這個特點對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)已成熟的運行模式是個很大的沖擊，它將會影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，對電網(wǎng)的運行帶來負(fù)面影響當(dāng)大量的光伏發(fā)電接入電網(wǎng)時，將嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的功率平衡，因此根據(jù)電網(wǎng)平衡負(fù)荷的需要，對光伏發(fā)電進行功率控制，使電網(wǎng)達到功率平衡，是目前急需解決的問題。為了盡可能地利用太陽能，整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率很重要，其中太陽能光伏電池板的發(fā)電效率至關(guān)重要。由于電池板組件中各塊電池板特性不同，其最大功率點所對應(yīng)的電壓/電流也不相同，其差異隨著時間將會更加明顯。因此將多塊電池板組合后采用單路的輸入設(shè)計，顯然不能充分利用電池板的效率。光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率不僅與光伏電池板的發(fā)電效率相關(guān)，而且還和光伏逆變效率相關(guān)，目前光伏逆變大都采用簡單的兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但兩電平結(jié)構(gòu)損耗較大，且諧波含量大。此外，隨著我國電網(wǎng)規(guī)模日益增大，電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性顯得非常重要，電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電網(wǎng)安全運行的關(guān)鍵，一旦遭到破壞，必將造成巨大的經(jīng)濟損失和災(zāi)難性后果。而由于間歇性可再生能源的大量接入，使得系統(tǒng)穩(wěn)定性面臨更大的挑戰(zhàn)，因此，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，將出現(xiàn)功率振蕩，這時，需要依靠光伏逆變器調(diào)節(jié)其有功功率和無功功率的輸出，來提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和阻尼，從而有助于電網(wǎng)快速地恢復(fù)穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種智能光伏逆變方法，以解決目前的光伏發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)無法達到功率平衡、電網(wǎng)穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種智能光伏逆變方法，包括如下步驟步驟1-1將太陽能電池板輸出的直流電通過光伏逆變器逆變成交流電；步驟1-2判斷是否接到上級調(diào)控中心的命令；若是，則執(zhí)行步驟1-3，否則進入步驟1-4 ；步驟1-3 接受上級調(diào)控中心的命令，對太陽能光伏電池板的輸出功率進行控制后回到步驟1-2 ；步驟1-4 判斷太陽能光伏電池板的輸出是否出現(xiàn)功率振蕩；若是，則執(zhí)行步驟1-5，否則進入步驟1-6 ；步驟1-5 通過控制器對太陽能光伏電池板的輸出進行有功功率和無功功率調(diào)節(jié)控制后回到步驟1-2 ；步驟1-6 對太陽能光伏電池板執(zhí)行最大功率點跟蹤，并通過所述控制器控制后回到步驟1-2。本發(fā)明的智能光伏逆變方法，基于電網(wǎng)功率平衡、穩(wěn)定性出發(fā)，將太陽能直流電逆變成交流電輸送給電網(wǎng)，可以進行動態(tài)的功率(功率包括有功功率和無功功率)調(diào)節(jié)，可向電網(wǎng)發(fā)出有功功率，也可對系統(tǒng)進行大范圍雙向無功功率調(diào)節(jié)；正常運行時，智能光伏逆變器進行最大功率點跟蹤(MPPT，Maximum Power Point Tracking)控制，輸出全部有功功率， 也可以根據(jù)上級調(diào)控中心對有功功率平衡的要求，進行有功功率控制；當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)功率振蕩時，調(diào)節(jié)其有功功率和無功功率的輸出，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和阻尼，有助于電網(wǎng)盡快地恢復(fù)穩(wěn)定。利用了潔凈的、可再生能源-太陽能，既能實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制，又能滿足電網(wǎng)滿足功率平衡而控制光伏發(fā)電功率，具有功率可控制的功能，符合智能電網(wǎng)對各接入電源調(diào)控的要求，更能協(xié)助電網(wǎng)抑制功率振蕩。本發(fā)明的又一目的在于，提供一種智能光伏逆變方法，進一步克服發(fā)電效率低、難以充分利用電池板效率的技術(shù)問題。對此，本發(fā)明的光伏逆變器包括多路并行的直流升壓電路，所述控制器為MPPT控制器，該MPPT控制器與多路并行的直流升壓主電路相連并控制多路直流升壓主電路中的每一路進行獨立的最大功率點跟蹤控制。


圖1是本發(fā)明的智能光伏逆變方法的執(zhí)行步驟框圖；圖2是具有智能光伏逆變器的發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3是本發(fā)明的多輸入多電平光伏逆變器的拓?fù)鋱D；圖4是圖3中多電平逆變主電路的以三電平為例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面將結(jié)合具體實施例及其附圖對本發(fā)明進一步詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明的智能光伏逆變方法，用于將太陽能電池板輸出的直流電通過光伏逆變器逆變成交流電，基本還包括如下步驟步驟1 判斷是否接到上級調(diào)控中心的命令？若是，則執(zhí)行步驟2，否則進入步驟 3 ；
步驟2 接受上級調(diào)控中心的命令，對輸出功率進行控制后重復(fù)步驟1 ；步驟3 判斷電網(wǎng)是否出現(xiàn)功率振蕩？若是，則執(zhí)行步驟4，否則進入步驟5 ；步驟4 對電網(wǎng)進行有功功率和無功功率調(diào)節(jié)控制后重復(fù)步驟1 ；步驟5 對電網(wǎng)執(zhí)行最大功率點跟蹤(MPPT)控制后重復(fù)步驟1。如圖2所示，執(zhí)行上述智能光伏逆變方法的太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括智能光伏逆變器 1、上級調(diào)控中心7、以及光伏電池板8和電網(wǎng)9。其中的智能光伏逆變器1包括光伏逆變器6、濾波器12、控制器2、電壓互感器 (PT) 14、電流互感器(CT) 15。光伏逆變器6的直流輸入端與太陽能光伏電池板8的直流輸出端相連。濾波器12的輸入端與光伏逆變器6的輸出端相連，該濾波器12的輸出端與電網(wǎng)9相連。PT 14輸出端和控制器2相應(yīng)的輸入端口相連。CT 15的輸入端和濾波器12與電網(wǎng)9的連接端相連，CT 15的輸出端和控制器2相應(yīng)的輸入端口相連，即與所述PT 14形成在濾波器12輸出端和控制器2之間的并聯(lián)?？刂破?是一種數(shù)字控制電路，可以采用數(shù)字信號處理器、單片機、計算機中的任何一種?？刂破?采集上述PT14輸出的電壓信號、CT 15輸出的電流信號，通過串口與上級調(diào)控中心7進行通訊，實現(xiàn)對光伏電池板8最大輸出功率，對輸出功率進行控制和對輸出有功功率和無功功率進行調(diào)節(jié)。光伏逆變器6是一種將太陽能光伏電池輸出的直流電逆變成交流電，并輸送給電網(wǎng)的逆變器，它不僅具有太陽能光伏電池最大功率點跟蹤功能，而且具有輸出功率可控與調(diào)節(jié)功能。本發(fā)明提出的智能光伏逆變方法，將太陽能電池板輸出的直流電逆變成交流電輸送給電網(wǎng)。正常情況下，它對太陽能光伏電池板進行最大功率點跟蹤，向電網(wǎng)輸出清潔的光伏電能；同時，可根據(jù)上級調(diào)控中心(上位機)調(diào)度電網(wǎng)的需要，進行功率控制；另外，電網(wǎng)出現(xiàn)功率振蕩時，它能對電網(wǎng)進行動態(tài)的功率調(diào)節(jié)，抑制電網(wǎng)的功率振蕩，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，符合智能電網(wǎng)對接入新能源功率可控、可調(diào)的要求。更為具體地，光伏逆變器6通常由直流升壓電路和逆變器組成。其中的直流升壓電路用來實現(xiàn)最大功率點跟蹤。所謂最大功率點跟蹤指的是，為了得到最大輸入功率，電路必須具備根據(jù)不同太陽光條件自動調(diào)節(jié)輸入電壓的功能，最大功率點一般在開環(huán)電壓的 70%左右，當(dāng)然這和具體使用的光伏電池的特性也有關(guān)。直流升壓電路通過對輸入電壓的調(diào)整實現(xiàn)最大功率點跟蹤。逆變器的作用是把直流電逆變?yōu)榭刹⒕W(wǎng)的正弦交流電。單相逆變器可以選用H 橋逆變器，三相逆變器需選用三橋臂或四橋臂逆變器，大功率一般為三相逆變器。逆變器主電路功率器件，可以是達林頓功率晶體管(BJT)，功率場效應(yīng)管(MOSFET)，絕緣柵晶體管(IGBT)和可關(guān)斷晶閘管(GTO)等，在小容量低壓系統(tǒng)中使用較多的器件為M0SFET，因為 MOSFET具有較低的通態(tài)壓降和較高的開關(guān)頻率，在高壓大容量系統(tǒng)中一般均采用IGBT模 ±夬，這是因為MOSFET隨著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大，而IGBT在中容量系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢，而在特大容量(IOOkVA以上)系統(tǒng)中，一般均采用GTO作為功率元件。在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對電網(wǎng)品質(zhì)有較高的要求，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，為避免與公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變器輸出正弦波電流。逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，若直流電壓較低，則通過交流變壓器升壓，即得到標(biāo)準(zhǔn)交流電壓和頻率。對大容量的逆變器，由于直流母線電壓較高，交流輸出一般不需要變壓器升壓即能達到220V，在中、小容量的逆變器中，由于直流電壓較低，如 12V34V，就必須設(shè)計升壓電路。中、小容量逆變器一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種，推挽電路，將升壓變壓器的中性插頭接于正電源，兩只功率管交替工作，輸出得到交流電力，由于功率晶體管共地邊接，驅(qū)動及控制電路簡單，另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點，功率晶體管調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。為了提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，在本發(fā)明申請中，我們提出了多輸入多電平光伏逆變器，基本由多路直流升壓和多電平逆變兩級構(gòu)成。如圖3所示的以三路直流輸入為例的拓?fù)鋱D，即對應(yīng)于多路光伏電池板8，例如三路，分別設(shè)置了直流升壓電路，其中的控制器2采用MPPT控制器。光伏逆變器6則采用多電平逆變器，由多電平逆變主電路4和逆變控制器5組成。直流升壓電路的各路直流輸入與對應(yīng)的太陽能光伏電池板8的各路直流輸出端相連，其直流升壓電路輸出端與多電平逆變主電路4的直流輸入端相連。多電平逆變主電路4的交流輸出端與電網(wǎng)9相連。MPPT控制器2與多路直流升壓主電路相連并控制多路直流升壓主電路中的每一路進行獨立的最大功率點跟蹤控制。逆變控制器5對多電平逆變主電路1進行并網(wǎng)控制。圖4是圖3中多電平逆變主電路的以三電平為例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，多電平逆變主電路4包括電感組件L，構(gòu)成圖4所示的虛線框內(nèi)的濾波電路，此處采用的是低損耗的濾波電感。特別地，本發(fā)明將圖4所示的直流母線電容Cd。中點電壓的不平衡度控制在5%以內(nèi)。采用了多輸入多電平逆變器，將太陽能電池板組件分多路直流送給多輸入多電平光伏逆變器的升壓電路，各路升壓電路采用獨立的最大功率點跟蹤控制，充分發(fā)揮太陽能電池板的效率，再經(jīng)過多電平逆變器進行高效的逆變，將直流電逆變成交流電輸送給電網(wǎng)， 不僅逆變效率高，而且諧波小，有利于大規(guī)模的光伏發(fā)電并網(wǎng)；光伏逆變器由電壓源型的可快速關(guān)斷器件組成，動態(tài)響應(yīng)快。本發(fā)明的光伏逆變方法的優(yōu)勢如下1)根據(jù)上位機調(diào)度的需求，對輸出功率進行功率控制；2)通過其有功功率和無功功率的動態(tài)調(diào)節(jié)，抑制電網(wǎng)功率振蕩，改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性3)將潔凈的、可再生能源-太陽能光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換為交流電輸送給電網(wǎng)4)多路直流輸入，多路獨立的最大功率點跟蹤控制，光伏電池板利用效率高；5)多電平逆變設(shè)計，逆變效率高，諧波小，對電能質(zhì)量影響小，有利于大規(guī)模光伏發(fā)電的并網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種智能光伏逆變方法，包括如下步驟步驟1-1將太陽能電池板輸出的直流電通過光伏逆變器逆變成交流電；步驟1-2判斷是否接到上級調(diào)控中心的命令；若是，則執(zhí)行步驟1-3，否則進入步驟1-4 ；步驟1-3 接受上級調(diào)控中心的命令，對太陽能光伏電池板的輸出功率進行控制后回到步驟1-2 ；步驟1-4 判斷太陽能光伏電池板的輸出是否出現(xiàn)功率振蕩；若是，則執(zhí)行步驟1-5，否則進入步驟1-6 ；步驟1-5 通過控制器對太陽能光伏電池板的輸出進行有功功率和無功功率調(diào)節(jié)控制后回到步驟1-2;步驟1-6 對太陽能光伏電池板執(zhí)行最大功率點跟蹤，并通過所述控制器控制后回到步驟1-2。
2.如權(quán)利要求1所述的智能光伏逆變方法，其特征在于，所述光伏逆變器包括直流升壓電路，該直流升壓電路通過對輸入電壓的調(diào)整進行所述最大功率點跟蹤。
3.如權(quán)利要求1所述的智能光伏逆變方法，其特征在于，所述光伏逆變器包括逆變器， 該逆變器將直流電逆變?yōu)榭刹⒕W(wǎng)的正弦交流電。
4.如權(quán)利要求3所述的智能光伏逆變方法，其特征在于，所述將直流電逆變?yōu)榭刹⒕W(wǎng)的正弦交流電步驟后，進行濾波的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的智能光伏逆變方法，其特征在于，還包括對所述濾波步驟之后輸出的電壓信號和電流信號進行采集的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的智能光伏逆變方法，其特征在于，還包括所述控制器通過串口與上級調(diào)控中心進行通訊的步驟。
7.如權(quán)利要求2所述的智能光伏逆變方法，其特征在于，所述直流升壓電路為多路并行的直流升壓電路，所述控制器為MPPT控制器，該MPPT控制器與多路并行的直流升壓主電路相連并控制多路直流升壓主電路中的每一路進行獨立的最大功率點跟蹤控制。
8.如權(quán)利要求7所述的智能光伏逆變方法，其特征在于，所述逆變器包括多路逆變電路，每一路逆變電路將對應(yīng)的一路直流升壓主電路的輸出直流電逆變?yōu)榭刹⒕W(wǎng)的正弦交流電；同時將逆變器中與每一路逆變電路并聯(lián)的直流母線電容中點電壓的不平衡度控制在 5%以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種智能光伏逆變方法，包括將太陽能電池板輸出的直流電通過光伏逆變器逆變成交流電；判斷是否接到上級調(diào)控中心的命令；若是，則對太陽能光伏電池板的輸出功率進行控制，否則判斷太陽能光伏電池板的輸出是否出現(xiàn)功率振蕩；若是，則通過控制器對太陽能光伏電池板的輸出進行有功功率和無功功率調(diào)節(jié)控制，否則對太陽能光伏電池板執(zhí)行最大功率點跟蹤，并通過所述控制器控制。本發(fā)明可以進行動態(tài)的功率調(diào)節(jié)，可向電網(wǎng)發(fā)出有功功率，也可對系統(tǒng)進行大范圍雙向無功功率調(diào)節(jié)，利用了潔凈的、可再生能源——太陽能，能滿足電網(wǎng)滿足功率平衡而控制光伏發(fā)電功率，符合智能電網(wǎng)對各接入電源調(diào)控的要求，更能協(xié)助電網(wǎng)抑制功率振蕩。
文檔編號H02N6/00GK102185506SQ20111011329
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者于龍, 崔靜 申請人:山東魯億通電氣設(shè)備有限公司