一種適用于光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的三相并網(wǎng)功率逆變模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三相并網(wǎng)功率逆變模塊，具體涉及一種適用于光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的三相并網(wǎng)功率逆變模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)能、太陽能等間歇式電源并網(wǎng)及輸配技術(shù)的深入發(fā)展，電池儲能系統(tǒng)也得到廣泛應(yīng)用；能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(power convers1n system, PCS)作為電池儲能系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵器件，用于實(shí)現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)直流電池與交流電網(wǎng)之間的雙向能量傳遞，通過控制策略實(shí)現(xiàn)對電池系統(tǒng)的充放電管理、對網(wǎng)側(cè)負(fù)荷功率的跟蹤、對電池儲能系統(tǒng)充放電功率的控制、對正常及孤島運(yùn)行方式下網(wǎng)側(cè)電壓的控制等。
[0003]目前PCS裝置已在太陽能、風(fēng)能等分布式發(fā)電技術(shù)中有較多的應(yīng)用，并逐漸應(yīng)用于飛輪儲能、超級電容器、電池儲能等小容量雙向功率傳遞的儲能系統(tǒng)中。然而在光儲一體化的發(fā)電系統(tǒng)中由于太陽光強(qiáng)度、溫度等客觀環(huán)境條件的變化，光伏電池板的輸出特性不同，從而導(dǎo)致在一些情況下光伏電站發(fā)電能力不足，而在某些情況下光伏電站發(fā)電能力過剩。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中PCS裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重要采用一級DC/DC模塊用來將光伏逆變器的輸出電壓變換為一個(gè)固定電壓的直流電，然后采用一個(gè)三相并網(wǎng)PCS將直流電變?yōu)榻涣麟姴⑺腿腚娋W(wǎng)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在下述缺陷:
[0005]①:DC/DC模塊中包括的電感了增加電池儲能系統(tǒng)的體積、重量和成本；
[0006]②:三相并網(wǎng)PCS不具備能量存儲能力，即當(dāng)光伏資源越豐富，并網(wǎng)PCS向電網(wǎng)輸送的功率也越多；當(dāng)光伏資源匱乏時(shí)，并網(wǎng)PCS向電網(wǎng)輸送的功率相應(yīng)降低。因此并網(wǎng)PCS發(fā)出的功率波動性較強(qiáng)，而當(dāng)對并網(wǎng)PCS的并網(wǎng)功率進(jìn)行限制時(shí)，就會出現(xiàn)犧牲發(fā)電量等現(xiàn)象，帶來了大量的能量浪費(fèi)。
[0007]因此，提供一種適用于光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的三相并網(wǎng)功率逆變模塊，從而提高能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS的能量轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種適用于光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的三相并網(wǎng)功率逆變模塊，所述功率逆變模塊包括通過三相全橋逆變電路接入電網(wǎng)的太陽能電池板；
[0009]所述三相全橋逆變電路中的任意一相橋臂的電力電子器件連接點(diǎn)依次通過蓄電池功率逆變單元和電抗器接入電網(wǎng)；所述三相全橋逆變電路中的其余兩相橋臂的電力電子器件連接點(diǎn)分別通過電抗器直接與電網(wǎng)相連。
[0010]優(yōu)選的，所述蓄電池功率逆變單元包括連接于兩相全橋逆變電路兩端的蓄電池；所述兩相全橋逆變電路的另外兩端分別與所述三相全橋逆變電路的任意一相橋臂的電力電子器件連接點(diǎn)和所述電抗器相連；
[0011]優(yōu)選的，所述兩相全橋逆變電路包括第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂；
[0012]所述第一橋臂和第四橋臂的連接點(diǎn)與蓄電池的正極端相連；所述第二橋臂和所述第三橋臂的連接點(diǎn)與蓄電池的負(fù)極端相連；所述第一橋臂和第三橋臂的連接點(diǎn)與所述三相全橋逆變電路相連；所述第二橋臂和第四橋臂的連接點(diǎn)與所述電抗器相連；
[0013]優(yōu)選的，所述蓄電池功率逆變模塊的充電工作模式包括:
[0014]當(dāng)電流方向?yàn)橛伤鰞上嗳珮蚰孀冸娐废蛩鲭娍蛊髁鲃訒r(shí)，所述第一橋臂和第三橋臂導(dǎo)通，所述第二橋臂和第四橋臂閉鎖，太陽能電池板對蓄電池進(jìn)行充電；
[0015]當(dāng)電流方向?yàn)橛伤鲭娍蛊飨蛩鰞上嗳珮蚰孀冸娐妨鲃訒r(shí)，所述第一橋臂和第三橋臂閉鎖，所述第二橋臂和第四橋臂導(dǎo)通，太陽能電池板對蓄電池進(jìn)行充電；
[0016]優(yōu)選的，所述蓄電池功率逆變模塊的放電工作模式包括:
[0017]當(dāng)電流方向?yàn)橛伤鰞上嗳珮蚰孀冸娐废蛩鲭娍蛊髁鲃訒r(shí)，所述第一橋臂和第三橋臂閉鎖，所述第二橋臂和第四橋臂導(dǎo)通，蓄電池向電網(wǎng)進(jìn)行放電；
[0018]當(dāng)電流方向?yàn)橛伤鲭娍蛊飨蛩鰞上嗳珮蚰孀冸娐妨鲃訒r(shí)，所述第一橋臂和第三橋臂導(dǎo)通，所述第二橋臂和第四橋臂閉鎖，蓄電池向電網(wǎng)進(jìn)行放電；
[0019]優(yōu)選的，所述蓄電池功率逆變模塊的功率傳輸工作模式包括:
[0020]當(dāng)電流在所述兩相全橋逆變電路和所述電抗器之間任一方向流動時(shí)，所述第一橋臂和第四橋臂導(dǎo)通，所述第二橋臂和所述第三橋臂閉鎖，蓄電池不進(jìn)行放電動作和充電動作，僅將太陽能電池板發(fā)送的功率傳輸?shù)剿鲭娋W(wǎng)；
[0021]當(dāng)電流在所述兩相全橋逆變電路和所述電抗器之間任一方向流動時(shí)，所述第一橋臂和第四橋臂閉鎖，所述第二橋臂和所述第三橋臂導(dǎo)通，蓄電池不進(jìn)行放電動作和充電動作，僅將太陽能電池板發(fā)送的功率傳輸?shù)剿鲭娋W(wǎng)；
[0022]優(yōu)選的，所述三相全橋逆變電路中的電力電子器件采用IGBT和MOSFET中的任意一種；
[0023]優(yōu)選的，所述兩相全橋逆變電路中的電力電子器件采用IGBT和MOSFET中的任意一種。
[0024]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是:
[0025]1、本發(fā)明技術(shù)方案中，將蓄電池功率逆變模塊接入三相全橋逆變電路和電網(wǎng)之間，通過控制電路中各電力電子器件的工作狀態(tài)，將電能存儲在蓄電池中，并可以在任意需要的時(shí)候進(jìn)行釋放，實(shí)現(xiàn)了電能在時(shí)間軸上的平移，提高了發(fā)電效率，減小了發(fā)電功率波動；
[0026]2、在并網(wǎng)發(fā)電場合中，所述功率逆變模塊可以在陽光充足的時(shí)候?qū)⒁徊糠蛛娔艽鎯θ缧铍姵刂校苊夤夥娬鞠螂娋W(wǎng)送入的能量過多而導(dǎo)致相應(yīng)的火電廠處于低效率運(yùn)行狀態(tài)，便于進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度和協(xié)調(diào)；當(dāng)光伏資源不足的時(shí)候，則可以將蓄電池的能量送入電網(wǎng)中，補(bǔ)充功率缺口 ；當(dāng)光伏資源波動較劇烈時(shí)，使蓄電池工作于充放結(jié)合的模式，使光伏電站送入電網(wǎng)的功率近似平滑，避免電力系統(tǒng)頻繁進(jìn)行頻率調(diào)整，優(yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況；
[0027]3、在并網(wǎng)發(fā)電場合中，若采用傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器，則發(fā)電功率與并網(wǎng)功率相同，而發(fā)電量一般小于光伏電站的理論可發(fā)電能值，“棄光”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生即放棄光伏所發(fā)電力，降低了發(fā)電量；若采用本發(fā)明公開的功率逆變模塊，可以將超出電網(wǎng)調(diào)度方要求的能量進(jìn)行存儲，并在之后發(fā)電功率不足時(shí)送入電網(wǎng)，由此提高發(fā)電量；
[0028]4、在獨(dú)立電網(wǎng)場合中，若采用本發(fā)明提供的功率逆變模塊，能夠?qū)冮g所發(fā)出的多余電能存儲于蓄電池中，可在夜間進(jìn)行釋放，滿足負(fù)載需要；
[0029]5、在獨(dú)立電網(wǎng)場合中，若采用傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器，則發(fā)電功率與負(fù)載功率相同，因此發(fā)電量一般等于負(fù)載消耗的電能，“棄光”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，降低了發(fā)電量；若采用本發(fā)明提供的功率逆變模塊，可以將超出負(fù)載需要的能量進(jìn)行存儲，并在之后發(fā)電功率不足時(shí)提供給負(fù)載，由此提高發(fā)電量，并可以實(shí)現(xiàn)長期可靠穩(wěn)定供電。
【附圖說明】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0031]圖1是:本發(fā)明實(shí)施例中適用于光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的三相并網(wǎng)功率逆變模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖2是:圖1中蓄電池充電時(shí)的狀態(tài)圖一；
[0033]圖3是:圖1中蓄電池充電時(shí)的狀態(tài)圖二；
[0034]圖4是:圖1中蓄電池放電時(shí)的狀態(tài)圖一；
[0035]圖5是:圖1中蓄電池放電時(shí)的狀態(tài)圖二 ；
[0036]圖6是:圖1中蓄電池電量維持時(shí)的狀態(tài)圖一；
[0037]圖7是:圖1中蓄電池電量維持時(shí)的狀態(tài)圖二 ；
[0038]圖8是:圖1中電力電子器件K1的發(fā)射極電壓為0時(shí)的狀態(tài)圖；
[0039]圖9是:圖1中電力電子器件K1的發(fā)射極電壓為太陽能電池板電壓時(shí)的狀態(tài)圖；
[0040]圖10是:圖1中電力電子器件K3的發(fā)射極電壓為0時(shí)的狀態(tài)圖；
[0041]圖11是:圖1中電力電子器件K3的發(fā)射極電壓為太陽能電池板電壓時(shí)的狀態(tài)圖；
[0042]圖12是:圖1中電力電子器件K9的發(fā)射極電壓為0時(shí)的狀態(tài)圖一；
[0043]圖13是:圖1中電力電子器件K9的發(fā)射極電壓為0時(shí)的狀態(tài)圖二 ；
[0044]圖14是:圖1中電力電子器件K9的發(fā)射極電壓為蓄電池電壓正值時(shí)的狀態(tài)圖；
[0045]圖15是:圖1中電力電子器件K9的發(fā)射極電壓為蓄電池電壓負(fù)值時(shí)的狀態(tài)圖；
[0046]圖16是:圖1中電力電子器件K9的發(fā)射極電壓為太陽能電池板電壓時(shí)的狀態(tài)圖
[0047]圖17是:圖1中電力電子器件K9的發(fā)射極電壓為太陽能電池板電壓時(shí)的狀態(tài)圖--，
[0048]圖18是:圖1中電力電子器件K9的發(fā)射極電壓為太陽能電池板電壓與蓄電池電壓之和時(shí)的狀態(tài)圖；
[0049]圖19是:圖1中電力電子器件K9的發(fā)射極電壓為太陽能電池板電壓與蓄電池電壓之差時(shí)的狀態(tài)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0051]本發(fā)明提供的一種適用于光儲一體化發(fā)電系統(tǒng)的三相并網(wǎng)功率逆變模塊，能夠?qū)崿F(xiàn):
[0052]①:當(dāng)光伏發(fā)電過剩時(shí)，將多余的能量存儲到儲能裝置中；
[0053]②:當(dāng)光伏發(fā)電不足時(shí)，儲能裝置將相應(yīng)缺少的能量發(fā)送電網(wǎng)中，保證電網(wǎng)穩(wěn)定。
[0054](1)如圖1所示本實(shí)施例中的功率逆變模塊包括太陽能電池板、三相全橋逆變電路、蓄電池、兩相全橋逆變電路和三相電抗器；
[0055]本實(shí)施例中三相全橋逆變電路包括三相橋臂，第一相橋