一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏陣列、DC/DC變換器、固態(tài)變壓器陣列和交流電網(wǎng)；所述的光伏陣列共有m個，m為大于等于2的正整數(shù)，每個光伏陣列的輸出端均與一個DC/DC變換器的輸入端連接，所有的DC/DC變換器的輸出端共同并聯(lián)到固態(tài)變壓器陣列的直流總輸入端，所述的固態(tài)變壓器陣列的交流總輸出端直接與交流高壓電網(wǎng)連接；本發(fā)明具有體積小、重量輕、環(huán)保無污染的優(yōu)點，以電流并聯(lián)、電壓串聯(lián)的模塊化的陣列方式解決了高電壓大容量發(fā)電的技術(shù)難題，模塊化的設(shè)計，便利了整個系統(tǒng)的生產(chǎn)、安裝、維護。
【專利說明】
一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，主要應(yīng)用在太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前主流的光伏電場的結(jié)構(gòu)為多個光伏陣列在輸出端通過匯流箱和直流配電柜分別連接至多個低壓光伏并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)，多個低壓并網(wǎng)逆變器在輸入端通過最大功率跟蹤算法(Maximum Power Point Tracking，MPPT)使得光伏陣列輸出最大功率，在逆變器的輸出側(cè)通過同步控制將能量以電流源形式向電網(wǎng)饋送能量，逆變器輸出通過工頻變壓器逐級升壓至高壓(超高壓)交流電網(wǎng)，實現(xiàn)太陽能能源的高壓大功率輸送。
[0003]隨著新能源發(fā)電容量和電壓等級的不斷增加，輸電、配電技術(shù)的日益進步，智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，現(xiàn)行光伏發(fā)電、輸電模式存在如下限制:
[0004](I)使用傳統(tǒng)的工頻變壓器，體積大、重量重、變壓器油對環(huán)境有污染，同時不具備能量的智能控制和信息的智能通訊。
[0005](2)難以靈活、方便應(yīng)對未來新能源發(fā)電更高電壓、更大容量的趨勢。
[0006](3)傳統(tǒng)逆變器需要集中式的網(wǎng)側(cè)濾波器，體積大、重量重、成本高。
[0007](4)以光伏逆變器為單元進行最大功率跟蹤控制，MPPT的滲透率較低，導(dǎo)致整體系統(tǒng)的效率較低，其針對光照不均問題(比如云朵的遮擋，光伏陣列本身特性的不一致性)的抗擾性也相對較弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問題，提出了一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，本發(fā)明由光伏陣列、DC/DC變換器、DC/AC固態(tài)變壓器陣列和交流電網(wǎng)構(gòu)成，具有體積小、重量輕和環(huán)保無污染的優(yōu)點，實現(xiàn)了對電能進行智能控制、保護、通訊的目的。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括光伏陣列、DC/DC變換器、固態(tài)變壓器陣列和交流電網(wǎng);所述的光伏陣列共有m個，m為大于等于2的正整數(shù)，每個光伏陣列的輸出端均與一個DC/DC變換器的輸入端連接，所有的DC/DC變換器的輸出端共同并聯(lián)到固態(tài)變壓器陣列的直流總輸入端，所述的固態(tài)變壓器陣列的交流總輸出端直接與交流高壓電網(wǎng)連接。
[0010]所述的DC/DC變換器采用boost電路拓?fù)?，DC/DC變換器獨立控制和跟蹤與其輸入端相連的光伏陣列的最大功率點，用于實現(xiàn)所有光伏陣列同時實現(xiàn)最大功率。
[0011]所述的固態(tài)變壓器陣列由3n個固態(tài)變壓器單元構(gòu)成，η為大于等于2的正整數(shù)，所述的3η個固態(tài)變壓器單元的直流輸入端全部并聯(lián)，形成直流總輸入端;所述的3η個固態(tài)變壓器單元平均分為3組，每組的η個固態(tài)變壓器單元的交流輸出端串聯(lián)形成一相，共形成3相，3相再按照星型或角型連接構(gòu)成交流總輸出端。
[0012]所述的固態(tài)變壓器單元采用模塊化設(shè)計。
[0013]所述的固態(tài)變壓器單元包括依次連接的低壓DC/AC變換器、高頻變壓器、高壓AC/DC變換器和高壓DC/AC變換器，所述的固態(tài)變壓器單元的直流輸入端首先連接低壓DC/AC變換器的直流輸入端，低壓DC/AC變換器的交流輸出端與高頻變壓器的輸入端相連，高頻變壓器的輸出端與高壓AC/DC變換器的交流輸入端相連，高壓AC/DC變換器的直流輸出端與高壓DC/AC變換器的直流輸入端相連，高壓DC/AC變換器的交流輸出端即為固態(tài)變壓器單元的交流輸出端。
[0014]所述的低壓DC/AC變換器、高壓AC/DC變換器和高壓DC/AC變換器均采用單相H橋電路。
[0015]所述的高壓DC/AC變換器內(nèi)部包含交流濾波電感，交流濾波電感直接與固態(tài)變壓器單元的交流輸出端相連。
[0016]所述的固態(tài)變壓器單元采用模塊化設(shè)計，將其所有組成部分集成為一個模塊整體，便于生產(chǎn)、安裝、維護。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果:
[0018]I)該系統(tǒng)以固態(tài)變壓器的拓?fù)涮攸c省掉了工頻并網(wǎng)變壓器，獲得了體積小、重量輕、環(huán)保無污染的優(yōu)點，同時能夠?qū)﹄娔苓M行智能控制、保護、通訊。
[0019]2)該系統(tǒng)以電流并聯(lián)、電壓串聯(lián)的模塊化的陣列方式解決了高電壓大容量發(fā)電的技術(shù)難題，通過調(diào)整并聯(lián)和串聯(lián)模塊的多少，可以靈活接入不同容量、不同電壓等級的系統(tǒng)。
[0020]3)該系統(tǒng)可以將傳統(tǒng)的集中式的大濾波電感分解于串聯(lián)的各模塊中，安裝在高壓DC/AC變換器內(nèi)部，減小了系統(tǒng)的體積和成本。
[0021]4)該系統(tǒng)采用高度模塊化的結(jié)構(gòu)。便于系統(tǒng)擴容，有利于縮短工程設(shè)計和加工周期，降低成本，模塊化的功率單元采用相同容量的功率開關(guān)和無源器件，具有很強的可替代性，便于系統(tǒng)維護和冗余設(shè)計。
[0022]5)每個光伏陣列均配有一個DC/DC變換器，可以獨立進行最大功率點跟蹤，使得系統(tǒng)的效率要明顯高于傳統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0023]圖1為傳統(tǒng)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為所述高壓DC/AC變換器的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0027]如圖1所示為傳統(tǒng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，包括光伏陣列1、匯流箱2、直流配電柜3、光伏并網(wǎng)逆變器4、工頻升壓變壓器5、測控裝置6和無功補償裝置7，光伏陣列I輸出端通過匯流箱和直流配電柜連接至光伏并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)，并網(wǎng)逆變器在輸入端通過最大功率跟蹤算法使得光伏陣列輸出最大功率，在逆變器的輸出側(cè)通過同步控制將能量以電流源形式向電網(wǎng)饋送能量，逆變器輸出與電網(wǎng)電壓同頻率的電流源的形式將電能通過工頻變壓器逐級升壓至高壓超高壓交流電網(wǎng)，實現(xiàn)能源的長距離輸送。
[0028]如圖2所示，本發(fā)明的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列1、DC/DC變換器2、固態(tài)變壓器陣列3和交流電網(wǎng)構(gòu)成。
[0029]如圖2所示，太陽能板通過串、并聯(lián)的方式組成不同輸出直流電壓和功率等級的光伏陣列I，這樣的光伏陣列I共有m個，m的數(shù)值取決于整個系統(tǒng)的發(fā)電容量。每個光伏陣列I的輸出均與一個DC/DC變換器2的輸入連接，所述的DC/DC變換器2同樣有m個，采用boost電路拓?fù)?，每個DC/DC變換器2分別對各自連接的光伏陣列I進行最大功率點跟蹤和能量控制，以保證各個光伏陣列I的發(fā)電效率最高。所有DC/DC變換器2的輸出共同并聯(lián)到固態(tài)變壓器陣列3的直流總輸入端，所述的固態(tài)變壓器陣列3由3n個固態(tài)變壓器單元4構(gòu)成，η的數(shù)值取決于發(fā)電系統(tǒng)的容量和電網(wǎng)電壓。所述的3η個固態(tài)變壓器單元4的直流輸入端全部并聯(lián)，形成直流總輸入端;所述的3η個固態(tài)變壓器單元4的交流輸出端按照η個一相，相內(nèi)串聯(lián)的方式，形成3相，3相再按照星型或角型連接構(gòu)成交流總輸出端。所述的固態(tài)變壓器陣列3將所有DC/DC變換器2并聯(lián)輸送的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，通過交流總輸出端與交流高壓電網(wǎng)直接連接。固態(tài)變壓器陣列3與交流電網(wǎng)之間不再需要傳統(tǒng)的工頻變壓器和濾波器，并且通過直流側(cè)并聯(lián)模塊單元和交流側(cè)串聯(lián)模塊單元的數(shù)量變化，可以滿足各種大容量、高電壓并網(wǎng)發(fā)電的需求。
[0030]如圖2所示，所述的固態(tài)變壓器單元4由低壓DC/AC變換器41、高頻變壓器42、高壓AC/DC變換器43、高壓DC/AC變換器44構(gòu)成。
[0031]如圖2所示，所述的固態(tài)變壓器單元4的直流輸入端首先連接低壓DC/AC變換器41的直流輸入端，低壓DC/AC變換器41將直流電能變換為高頻的交流電，低壓DC/AC變換器41的交流輸出端與高頻變壓器42的輸入端相連，高頻變壓器42對高頻交流電進行隔離變換，輸出同樣為高頻交流電，高頻變壓器42的輸出端與高壓AC/DC變換器43的交流輸入端相連，高壓AC/DC變換器43將高頻交流電變換為平穩(wěn)的直流電能，高壓AC/DC變換器43的直流輸出端與高壓DC/AC變換器44的直流輸入端相連，高壓DC/AC變換器44將直流電能進行變換，形成工頻的交流電，高壓DC/AC變換器44的交流輸出端即為固態(tài)變壓器單元4的交流輸出端。固態(tài)變壓器單元4實現(xiàn)了直流電能到工頻交流電能的隔離、功率控制、通訊、保護功能。如圖3所示，高壓DC/AC變換器44內(nèi)部包含交流濾波電感，交流濾波電感直接與固態(tài)變壓器單元4的交流輸出端相連。
[0032]所述的固態(tài)變壓器陣列3和DC/DC變換器2均采用模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)、安裝、維護。
【主權(quán)項】
1.一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括光伏陣列(1)、DC/DC變換器(2)、固態(tài)變壓器陣列⑶和交流電網(wǎng);所述的光伏陣列(I)共有m個，m為大于等于2的正整數(shù)，每個光伏陣列(I)的輸出端均與一個DC/DC變換器(2)的輸入端連接，所有的DC/DC變換器(2)的輸出端共同并聯(lián)到固態(tài)變壓器陣列(3)的直流總輸入端，所述的固態(tài)變壓器陣列(3)的交流總輸出端直接與交流高壓電網(wǎng)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的DC/DC變換器⑵采用boost電路拓?fù)洌珼C/DC變換器⑵獨立控制和跟蹤與其輸入端相連的光伏陣列(I)的最大功率點，用于實現(xiàn)所有光伏陣列(I)同時實現(xiàn)最大功率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的固態(tài)變壓器陣列(3)由3n個固態(tài)變壓器單元(4)構(gòu)成，η為大于等于2的正整數(shù)，所述的3η個固態(tài)變壓器單元(4)的直流輸入端全部并聯(lián)，形成直流總輸入端;所述的3η個固態(tài)變壓器單元(4)平均分為3組，每組的η個固態(tài)變壓器單元(4)的交流輸出端串聯(lián)形成一相，共形成3相，3相再按照星型或角型連接構(gòu)成交流總輸出端。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的固態(tài)變壓器單元(4)采用模塊化設(shè)計。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的固態(tài)變壓器單元(4)包括依次連接的低壓DC/AC變換器(41)、高頻變壓器(42)、高壓AC/DC變換器(43)和高壓DC/AC變換器(44)，所述的固態(tài)變壓器單元(4)的直流輸入端首先連接低壓DC/AC變換器(41)的直流輸入端，低壓DC/AC變換器(41)的交流輸出端與高頻變壓器(42)的輸入端相連，高頻變壓器(42)的輸出端與高壓AC/DC變換器(43)的交流輸入端相連，高壓AC/DC變換器(43)的直流輸出端與高壓DC/AC變換器(44)的直流輸入端相連，高壓DC/AC變換器(44)的交流輸出端即為固態(tài)變壓器單元(4)的交流輸出端。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的低壓DC/AC變換器(41)、高壓AC/DC變換器(43)和高壓DC/AC變換器(44)均采用單相H橋電路。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的高壓DC/AC變換器(44)內(nèi)部包含交流濾波電感，交流濾波電感直接與固態(tài)變壓器單元(4)的交流輸出端相連。
【文檔編號】H02J3/38GK105846458SQ201610222409
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】李直, 黃浪, 郝翔, 劉偉增
【申請人】特變電工新疆新能源股份有限公司, 特變電工西安柔性輸配電有限公司