CN102624030A - 一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电***，包括第一电压/电流变换器或第二、第三电压/电流变换器、蓄电池、与蓄电池相连接的双向功率升压直流/直流变换器、光伏电池板、与光伏电池板输出端相连接的单向功率升压直流/直流变换器和电流型并网逆变器，双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器通过第一电压/电流变换器与电流型并网逆变器相连接，或双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器分别通过第二、第三电压/电流变换器与电流型并网逆变器相连接。本发明基于电流型并网逆变器因此具有电流型并网逆变器的优点；光伏***和蓄电池***共用一个电流型并网逆变器，节约了成本。

Description

一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电***
技术领域
本发明涉及一种发电***，具体涉及一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电***，属于电工、电力电子、新能源发电技术领域。
背景技术
目前大功率并网逆变器主要有电压源型和电流源型两大类。由于直流母线电压恒定、交流电压控制直接、及电压源型变换器开关器件广泛使用，目前大部分逆变型分布发电研究都是基于电压源型逆变器。相比电压逆变型发电，电流逆变型分布发电具有自身的特点：(1)拓扑结构简单。(2)逆变器输出电压波形好，dv/dt小。(3)逆变器PWM策略简单。(4)短路电流保护能力强。电网发生短路故障时，逆变器直流侧电感有着较好的限流作用。(5)由于输出波形接近正弦波，逆变器的并网电缆长度允许较长。(6)电流型逆变器自身具有升压功能。可将可再生能源(如光伏电池)输出直接通过逆变器接入电网，无需DC/DC升压变换器。(7)部分直流母线电感可利用电缆的电感效应来实现，直流母线电感具有较长的寿命。(8)电流逆变型分布发电动态性能完全可满足风力、光伏等可再生能源功率变化要求。
目前国内外绝大多数光伏并网发电***均是基于电压源型逆变器的，而电流逆变型并网发电***很少；且基于电流型逆变器的蓄电池充放电***也非常少。
由于光伏等可再生能源发电***的输出功率具有间歇性的特点，因此给输电电网带来的不稳定因素，限制了基于可再生能源分布发电的大规模并网。所以实际中需要储能***如蓄电池***参与输出功率的平滑，来补偿可再生能源的不稳定输出功率。另一方面，当主电网进行检修或发生故障时，基于可再生能源的分布发电会从主电网中断开，和当地负荷一起形成孤岛电网，这时分布发电需给孤岛电网中的当地负荷提供能源。而基于可再生能源的分布发电由于其输出功率不稳定，和孤岛电网中的当地用电负荷不能平衡，因此必需借助储能***配合来填补分布发电***输出功率和孤岛电网中当地用电负荷之间的功率差异。
传统的光伏和蓄电池***通过各自的并网逆变器在电网侧相联，这样需要至少两套并网逆变器，从而增加了***的成本。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种可降低成本、且具有电流型并网逆变器优点的光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电***，不仅可平滑光伏电池板的不稳定功率输出，而且在孤岛电网下具有支撑电网电压的能力。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明包括第一电压/电流变换器或串联的第二电压/电流变换器与第三电压/电流变换器，均用于将电压转换成电流；蓄电池；双向功率升压直流/直流变换器，与蓄电池相连接，用于对蓄电池进行充放电；光伏电池板；单向功率升压直流/直流变换器，与光伏电池板输出端相连接，用于将光伏电池板发出的能量传送给第一电压/电流变换器或第三电压/电流变换器；和电流型并网逆变器，与电网输入端相连接，用于将第一电压/电流变换器或第二电压/电流变换器及第三电压/电流变换器输出的直流电流转换成交流电流；双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器输出端均通过第一电压/电流变换器与电流型并网逆变器输入端相连接，或双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器输出端分别通过第二电压/电流变换器和第三电压/电流变换器与电流型并网逆变器输入端相连接。
上述蓄电池、光伏电池板、双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器的两输出端均并联有电容，用于减小电压纹波。
上述电流型并网逆变器通过电感与电网相连接，用于减小并网电流谐波，实现并网电流控制。
上述***结构具有一般性，可适用于其它可再生能源和储能***的集成。其中，光伏电池板可由燃料电池取代，蓄电池可由超级电容取代。
本发明所提出的光伏/蓄电池***基于电流型并网逆变器，因此具有电流逆变型分布式发电拓扑结构简单、故障电流保护能力强、具有升压功能、直流侧储能器件电感寿命长等优点；本发明的光伏***和蓄电池***共用一个电流型并网逆变器，节约了成本，而且控制直接、简单；本发明将蓄电池和光伏***在直流侧有效集成，不仅可平滑光伏电池板的不稳定功率输出，而且使***具有在孤岛电网下具有支撑电网电压的能力；当电网发生短路故障时，光伏中能量能够有效存储到蓄电池中，避免了并网电流过流。
附图说明
图1为本发明所提出的光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电***结构示意图；
图2为本发明所提出的光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电***结构示意图；
图3为本发明所提出的光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电***的具体实施方案示意图。
图中各标号：蓄电池1，双向功率升压直流/直流变换器2，光伏电池板3，单向功率升压直流/直流变换器4，第一电压/电流变换器5-1，第二电压/电流变换器5-2，第三电压/电流变换器5-3，电流型并网逆变器6，电网7，电流逆变型光伏发电***8，非线性负载9，光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电***10，电流逆变型风力发电***11，光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电***12，第一线性负载13，第一断路器14，第二断路器15，第二线性负载16。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明提出两种具体结构：第一种是光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电***10，第二种是光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电***12。
其中，光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电***10包括第一电压/电流变换器5-1、蓄电池1、与蓄电池1相连接的双向功率升压直流/直流变换器2、光伏电池板3、与光伏电池板3输出端相连接的单向功率升压直流/直流变换器4和与电网7输入端相连接的电流型并网逆变器6；双向功率升压直流/直流变换器2和单向功率升压直流/直流变换器4输出端均通过第一电压/电流变换器5-1与电流型并网逆变器6输入端相连接。
该***中，光伏***通过单向功率升压直流/直流变换器4、蓄电池***通过双向功率升压直流/直流变换器2在直流电压母线处并联，该直流电压母线通过一个公共的第一电压/电流变换器5-1和直流电流母线相联，该直流电流母线再通过电流型并网逆变器6接入电网7。
参见图1，蓄电池1通过双向功率升压直流/直流变换器2和第一电压/电流变换器5-1相联，双向功率升压直流/直流变换器2用于对蓄电池1进行充放电。光伏电池板3通过单向功率升压直流/直流变换器4和第一电压/电流变换器5-1相联，用于将光伏电池板3发出的能量传送给第一电压/电流变换器5-1。单向功率升压直流/直流变换器4和双向功率升压直流/直流变换器2在输出侧并联。第一电压/电流变换器5-1将双向功率升压直流/直流变换器2和单向功率升压直流/直流变换器4的输出电压转成电流，并和电流型并网逆变器6相联。电流型并网逆变器6将直流电流转成交流并网电流，和电网7相联。
其中，光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电***12包括串联的第二电压/电流变换器5-2与第三电压/电流变换器5-3、蓄电池1、与蓄电池1相连接的双向功率升压直流/直流变换器2、光伏电池板3、与光伏电池板3输出端相连接的单向功率升压直流/直流变换器4和与电网7输入端相连接的电流型并网逆变器6；双向功率升压直流/直流变换器2和单向功率升压直流/直流变换器4输出端分别通过第二电压/电流变换器5-2和第三电压/电流变换器5-3与电流型并网逆变器6输入端相连接。
该***中，光伏***和蓄电池***分别通过独立的电压/电流变换器(第二电压/电流变换器5-2、第三电压/电流变换器5-3)和公用的电流型并网逆变器6直流电流母线相联。这样，光伏***和蓄电池***的电压/电流变换器将在直流电流母线处形成串联。
参见图2，蓄电池1通过双向功率升压直流/直流变换器2和第二电压/电流变换器5-2相联，双向功率升压直流/直流变换器2用于对蓄电池1进行充放电。光伏电池板3通过单向功率升压直流/直流变换器4和第三电压/电流变换器5-3相联，将光伏电池板3发出的能量传送给第三电压/电流变换器5-3。第二电压/电流变换器5-2将双向功率升压直流/直流变换器2的输出电压转成电流，第三电压/电流变换器5-3将单向功率升压直流/直流变换器4的输出电压转成电流。第二电压/电流变换器5-2的输出和第三电压/电流变换器5-3的输出串联，并和电流型并网逆变器6的直流母线相联。电流型并网逆变器6将直流电流转成交流并网电流，和电网7相联。
光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电***10和光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电***12中，在蓄电池1、光伏电池板3、双向功率升压直流/直流变换器2和单向功率升压直流/直流变换器4的两输出端均并联有电容；电流型并网逆变器6通过电感与电网7相连接；光伏电池板3可由燃料电池取代，蓄电池1可由超级电容取代。且两种***均可拓展为多个由光伏电池板3和单向功率升压直流/直流变换器4构成的光伏通道和多个由蓄电池1和双向功率升压直流/直流变换器2构成的蓄电池通道组成。
本发明中提到的双向功率升压直流/直流变换器2，单向功率升压直流/直流变换器4，第一电压/电流变换器5-1，第二电压/电流变换器5-2，第三电压/电流变换器5-3和电流型并网逆变器6均为现有的器件，此处不再赘述。
参见图3，电流逆变型光伏发电***8、光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电***10、电流逆变型风力发电***11、光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电***12在电网7侧并联，且电网7中还联接了非线性负载9、第一线性负载13和第二线性负载16。
当第一断路器14及第二断路器15均闭合时，图3中所有***均并网运行。电流逆变型光伏发电***8、光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电***10、电流逆变型风力发电***11、光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电***12的交流侧输出有功，无功功率由各自并网逆变器控制。
当将第一断路器14断开时，图3中电流逆变型光伏发电***8、非线性负载9、光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电***10、电流逆变型风力发电***11、光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电***12、第二线性负载16形成孤岛电网。这时，光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电***10和光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电***12将实现相应的输出电压控制，进行协调控制。由于这两种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电***结构既可向电网中注入电能，也可从电网中吸收电能，因此可补偿孤岛电网中发电和用电负荷间的差异，可用于支撑孤岛电网的电压。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电***，其特征在于，包括
第一电压/电流变换器(5-1)或串联的第二电压/电流变换器(5-2)与第三电压/电流变换器(5-3)，均用于将电压转换成电流；
蓄电池(1)；
双向功率升压直流/直流变换器(2)，与蓄电池(1)相连接，用于对蓄电池(1)进行充放电；
光伏电池板(3)；
单向功率升压直流/直流变换器(4)，与光伏电池板(3)输出端相连接，用于将光伏电池板(3)发出的能量传送给第一电压/电流变换器(5-1)或第三电压/电流变换器(5-3)；
和电流型并网逆变器(6)，与电网(7)输入端相连接，用于将第一电压/电流变换器(5-1)或第二电压/电流变换器(5-2)及第三电压/电流变换器(5-3)输出的直流电流转换成交流电流；
所述双向功率升压直流/直流变换器(2)和单向功率升压直流/直流变换器(4)输出端均通过第一电压/电流变换器(5-1)与电流型并网逆变器(6)输入端相连接，或所述双向功率升压直流/直流变换器(2)和单向功率升压直流/直流变换器(4)输出端分别通过第二电压/电流变换器(5-2)和第三电压/电流变换器(5-3)与电流型并网逆变器(6)输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电***，其特征在于，
所述蓄电池(1)、光伏电池板(3)、双向功率升压直流/直流变换器(2)和单向功率升压直流/直流变换器(4)的两输出端均并联有电容。
3.根据权利要求1所述的光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电***，其特征在于，
所述电流型并网逆变器(6)通过电感与电网(7)相连接。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电***，其特征在于，
所述光伏电池板(3)可由燃料电池取代，所述蓄电池(1)可由超级电容取代。
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