CN102904276B - 一种用于新能源并网的谐振升降压装置及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于新能源并网的谐振升降压装置及其实现方法,谐振升降压装置包括谐振升压环节、整流环节和谐振降压环节;所述谐振升压环节与整流环节连接后通过直流电缆或直流传输线与所述谐振降压环节连接。本发明采用基于晶闸管技术的谐振升、降压环节代替变压器、高压大容量VSC装置和DC/DC变换器等装置,本发明提供的谐振升降压装置技术难度低、造价低,适用于新型新能源并网方式。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域的装置及其实现方法,具体涉及一种用于新能源并网的谐振升降压装置及其实现方法。
背景技术
目前新能源并网结构,交流电压与直流电压间转变的方式主要采用升压/降压变压器与高压大容量VSC整流/逆变器共同作用,和高压大容量DC/DC升/降压环节与低压小容量VSC整流/逆变器共同作用两种方式,其中高压大容量VSC成本高,DC/DC装置技术难点大,不利于制造。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种用于新能源并网的谐振升降压装置及其实现方法,本发明采用基于晶闸管技术的谐振升、降压环节代替变压器、高压大容量VSC装置和DC/DC变换器等装置,本发明提供的谐振升降压装置技术难度低、造价低,适用于新型新能源并网方式。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
一种用于新能源并网的谐振升降压装置,其改进之处在于,所述谐振升降压装置包括谐振升压环节、整流环节和谐振降压环节;所述谐振升压环节与整流环节连接后通过直流电缆或直流传输线与所述谐振降压环节连接。
其中,所述谐振升压环节包括直流电源DC、低压大电容C10、高压小电容C11、晶闸管T11、晶闸管T13和谐振电抗器L11;
所述低压大电容C10、晶闸管T11、谐振电抗器L11和高压小电容C11依次连接,形成低压大电容C10-晶闸管T11-谐振电抗器L11-高压小电容C11闭合回路;
所述直流电源DC并联在低压大电容C10两端;
所述晶闸管T13并联在高压小电容C11与谐振电抗器L11两端,形成谐振电抗器L11-晶闸管T13-高压小电容C11闭合回路。
其中,所述谐振降压环节包括直流电源DC、电容C20、高压小电容C21、低压大电容C22、晶闸管T21、晶闸管T22、晶闸管T23、电抗器L21、电抗器L22和负载电阻R2;
所述电容C20、晶闸管T21和电抗器L21依次连接;所述晶闸管T22、电抗器L22和低压大电容C22依次连接,所述高压小电容C21并联在晶闸管T22、电抗器L22和低压大电容C22支路两端,形成晶闸管T22-电抗器L22-低压大电容C22-高压小电容C21闭合回路;
所述直流电源DC并联在电容C20两端;
所述晶闸管T23并联在电容C20与晶闸管T21两端;晶闸管T23、电抗器L21和高压小电容C21依次连接,形成高压小电容C21-晶闸管T23-电抗器L21闭合回路;
所述高压小电容C21分别并联在电容C20、晶闸管T21与电抗器L21两端,形成电容C20-晶闸管T21-电抗器L21-电容器C21闭合回路;
所述负载电阻R2并联在低压大电容C22两端。
其中,所述整流环节包括半波整流桥D11、平波电抗器L12、支撑电容器C12和续流二极管D12;
其中半波整流桥D11、平波电抗器L12与支撑电容器C12依次连接;
所述续流二极管D12并联在平波电抗器L12及支撑电容器C12两端。
其中,至少一个的新能源电场分别通过VSC整流器与直流母线连接;所述直流母线与所述谐振升压环节连接后再与整流环节连接;所述整流环节通过直流电缆或直流传输线与谐振降压环节连接;谐振降压环节通过直流母线与至少一个的VCS逆变器分别连接。
本发明基于另一目的提供的一种用于新能源并网的谐振升降压装置的实现方法,其改进之处在于,所述实现方法包括下述步骤:
A、至少一个的新能源电场分别通过VSC整流器与直流母线连接后通过所述谐振升压环节升压;
B、升压后的电压值经过整流环节转变为正向电压值;
C、所述正向电压值通过直流电缆或直流输电线传输到电网后经过谐振降压环节降压;
D、降压后的直流电压通过直流母线与至少一个的VSC逆变器分别连接,将直流电压逆变为交流电压;
E、所述交流电压传输至电网。
其中,所述步骤A中,谐振升压环节升压由两个工作模式实现,包括下述步骤:
I、实施第一个工作模式,所述晶闸管T13导通,所述晶闸管T11关断,高压小电容C11将沿谐振电抗器L11-晶闸管T13闭合回路振荡半个周期,对高压小电容C11反向电压;
II、实施第二工作模式,即晶闸管T11导通,晶闸管T13关断,此时高压小电容将沿低压大电容C10-晶闸管T11-谐振电抗器L11闭合回路振荡,对高压小电容C11正向充电。
其中,所述步骤C中,谐振降压环节降压由三个工作模式实现,包括下述步骤:
(1)实施第一个工作模式,即晶闸管T21导通,晶闸管T22和晶闸管T23关断,电容C20将沿晶闸管T21-电抗器L21-电容器C21闭合回路振荡半个周期,对高压小电容C21充电;
(2)实施第二个工作模式,即晶闸管T22闭合,晶闸管T21和晶闸管T23断开,高压小电容C21沿晶闸管T22-电抗器L22-低压大电容C22闭合回路振荡半个周期,对低压大电容C22充电;
(3)实施第三个工作模式,即晶闸管T23闭合,晶闸管T21和晶闸管T22断开,电抗器L21沿高压小电容C21与晶闸管T23闭合回路振荡半个周期,将电抗器L21上的能量转移到电容器C21上。
本发明所描述的低压大电容与高压小电容是相对而言的,低压大电容承受电压为10kV以下,电容值5000uF以上,高压小电容承受电压10kV以上,电容值1000uF以下。
与现有技术比,本发明达到的有益效果是:
本发明提供的用于新能源并网的谐振升降压装置,应用一次大型设备,即谐振升压环节和谐振降压环节替代变压器、高压大容量VSC装置和DC/DC变换器等设备,电路设计简单,控制策略容易实现,可靠性高,成本低,器件易于选取且制造容易。
附图说明
图1是本发明提供的新能源并网的拓扑结构图;
图2是本发明提供的用于新能源并网的谐振升降压装置的原理图;
图3是本发明提供的谐振升压环节拓扑结构图;
图4是本发明提供的谐振降压环节拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供的用于新能源并网的谐振升降压装置,采用基于晶闸管技术的谐振升、降压环节代替变压器、高压大容量VSC装置和DC/DC变换器等装置,该谐振升降压装置技术难度低、造价低的新型新能源并网方式。
本发明提供的用于新能源并网的谐振升降压装置原理图如图2所示,该谐振升降压装置包括谐振升压环节、整流环节和谐振降压环节;谐振升压环节与整流环节连接后通过直流电缆或直流传输线与所述谐振降压环节连接。
本发明提供的谐振升压环节拓扑结构如图3所示,谐振升压环节包括直流电源DC、低压大电容C10、高压小电容C11、晶闸管T11、晶闸管T13和谐振电抗器L11;低压大电容C10、晶闸管T11、谐振电抗器L11和高压小电容C11依次连接,形成低压大电容C10-晶闸管T11-谐振电抗器L11-高压小电容C11闭合回路;直流电源DC并联在低压大电容C10两端;晶闸管T13并联在高压小电容C11与谐振电抗器L11两端,形成谐振电抗器L11-晶闸管T13-高压小电容C11闭合回路。
本发明提供的谐振降压环节拓扑结构如图4所示,谐振降压环节包括直流电源DC、电容C20、高压小电容C21、低压大电容C22、晶闸管T21、晶闸管T22、晶闸管T23、电抗器L21、电抗器L22和负载电阻R2;电容C20、晶闸管T21和电抗器L21依次连接;所述晶闸管T22、电抗器L22和低压大电容C22依次连接,所述高压小电容C21并联在晶闸管T22、电抗器L22和低压大电容C22支路两端,形成晶闸管T22-电抗器L22-低压大电容C22-高压小电容C21闭合回路;直流电源DC并联在电容C20两端;晶闸管T23并联在电容C20与晶闸管T21两端;晶闸管T23、电抗器L21和高压小电容C21依次连接,形成高压小电容C21-晶闸管T23-电抗器L21闭合回路;高压小电容C21同时并联在电容C20、晶闸管T21与电抗器L21两端,形成电容C20-晶闸管T21-电抗器L21-电容器C21闭合回路;负载电阻R2并联在低压大电容C22两端。
整流环节包括半波整流桥D11、平波电抗器L12、支撑电容器C12和续流二极管D12;半波整流桥D11、平波电抗器L12与支撑电容器C12依次连接;续流二极管D12并联在平波电抗器L12及支撑电容器C12两端。
本发明提供的新能源并网的拓扑结构如图1所示,多个新能源电场分别通过VSC整流器与直流母线连接;所述直流母线与所述谐振升压环节连接后再与整流环节连接;所述整流环节通过直流电缆或直流传输线与谐振降压环节连接;谐振降压环节通过直流母线与多个VCS逆变器分别连接。
本发明提供的用于新能源并网的谐振升降压装置的实现方法,包括下述步骤:
A、多个小型新能源电场分别通过VSC整流器与直流母线相连,直流母线连接谐振升压环节升压,电压波形为逐渐增大的正负振荡波;
谐振升压由二个工作模式配合实现,I、实施第一个工作模式,所述晶闸管T13导通,所述晶闸管T11关断,高压小电容C11将沿谐振电抗器L11-晶闸管T13闭合回路振荡半个周期,第一工作模式起到高压小电容C11反向电压的作用;
II、实施第二工作模式,即晶闸管T11导通,晶闸管T13关断,此时高压小电容将沿低压大电容C10-晶闸管T11-谐振电抗器L11闭合回路振荡,第二工作模式起到将高压小电容C11正向充电的作用。
理想工况下两个工作模式各运行一次为一个周期,电容C上电压升高2U(U为直流源DC电压),经过第一个工作模式和第二个工作模式的多次振荡即可得到试验高电压,当线路损耗与电源功率达到平衡时,电路进入稳定运行状态,得到稳定的高电压,通过电源电压U的大小可以调节高电压的大小。
B、高电压为正负振荡的波形,为了能够将电压变成直流电压,升压环节后需连接整流环节,整流环节包括半波整流桥D11,平波电抗器L12,支撑电容器C12,续流二极管D12。其中半波整流桥D11、平波电抗器L12与支撑电容器C12顺序相连,续流二极管D12并联在平波电抗器L12及支撑电容器C12两端。将升压环节与整流环节相连才能够得到稳定的直流电压,经传输后才能与降压环节相连。
C、所述正向电压值通过直流电缆或直流输电线传输到电网后经过谐振降压环节降压:谐振降压环节降压由三个工作模式实现,包括下述步骤:
(1)实施第一个工作模式,即晶闸管T21导通,晶闸管T22和晶闸管T23关断,电容C20将沿晶闸管T21-电抗器L21-电容器C21闭合回路振荡半个周期,第一工作模式起到为高压小电容C21充电的作用;
(2)实施第二个工作模式,即晶闸管T22闭合,晶闸管T21和晶闸管T23断开,高压小电容C21沿晶闸管T22-电抗器L22-低压大电容C22闭合回路振荡半个周期,第二个工作模式起到为低压大电容C22充电的作用;
(3)实施第三个工作模式,即晶闸管T23闭合,晶闸管T21和晶闸管T22断开,电抗器L21沿高压小电容C21与晶闸管T23闭合回路振荡半个周期,第三个工作模式起到将电抗器上的能量转移到电容器上的作用。低压大电容C22与负载R2形成稳定运行回路,负载两端电压为低电压,达到降压的作用。通过调节低压大电容的容值就可以控制低电压的大小。
D、降压后的直流电压通过直流母线与多个VSC逆变器分别连接,将直流电压逆变为交流电压;
E、所述交流电压传输至电网,成功完成新能源并网。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种用于新能源并网的谐振升降压装置,其特征在于,所述谐振升降压装置包括谐振升压环节、整流环节和谐振降压环节;所述谐振升压环节与整流环节连接后通过直流电缆或直流传输线与所述谐振降压环节连接;
所述谐振升压环节包括低压大电容C10、高压小电容C11、晶闸管T11、晶闸管T13和谐振电抗器L11;所述低压大电容C10的一端与晶闸管T11的阳极连接,所述晶闸管T11的阴极分别与谐振电抗器L11的一端和晶闸管T13的阳极连接;所述谐振电抗器L11的另一端分别与高压小电容C11的一端和整流环节中半波整流桥D11的阳极连接,所述低压大电容C10的另一端、晶闸管T13的阴极和高压小电容C11的另一端均与直流电缆或直流传输线连接;
所述低压大电容C10、晶闸管T11、谐振电抗器L11和高压小电容C11形成低压大电容C10-晶闸管T11-谐振电抗器L11-高压小电容C11闭合回路;所述晶闸管T13、谐振电抗器L11和高压小电容C11形成谐振电抗器L11-晶闸管T13-高压小电容C11闭合回路;
所述整流环节包括半波整流桥D11、平波电抗器L12、支撑电容器C12和续流二极管D12;其中半波整流桥D11的阴极分别与平波电抗器L12的一端和续流二极管D12的阴极连接;平波电抗器L12的另一端与支撑电容器C12的一端连接;所述支撑电容器C12的一端通过直流电缆或直流传输线与晶闸管T21的阳极连接;所述支撑电容器C12的另一端与谐振降压环节的电容C20的另一端和晶闸管T23的阳极连接;
所述谐振降压环节包括电容C20、高压小电容C21、低压大电容C22、晶闸管T21、晶闸管T22、晶闸管T23、电抗器L21、电抗器L22和负载电阻R21;所述电容C20的一端与晶闸管T21的阳极连接;所述晶闸管T21的阴极分别与电抗器L21的一端和晶闸管T23的阴极连接;所述电抗器L21的另一端分别与晶闸管T22的阳极和高压小电容C21的一端连接;所述晶闸管T22的阴极与电抗器L22的一端连接,所述电抗器L22的另一端分别与低压大电容C22的一端和负载电阻R21的一端连接;所述电容C20的另一端、晶闸管T23的阳极、高压小电容C21的另一端、低压大电容C22的另一端和负载电阻R21的另一端均与直流电缆或直流传输线连接;
所述高压小电容C21、晶闸管T22、电抗器L22和低压大电容C22形成晶闸管T22-电抗器L22-低压大电容C22-高压小电容C21闭合回路;
所述高压小电容C21、晶闸管T23和电抗器L21形成高压小电容C21-晶闸管T23-电抗器L21闭合回路;
所述电容C20、晶闸管T21、电抗器L21和电容器C21形成电容C20-晶闸管T21-电抗器L21-电容器C21闭合回路;
至少一个的新能源电场分别通过VSC整流器与直流母线连接;所述直流母线与所述谐振升压环节连接后再与整流环节连接;所述整流环节通过直流电缆或直流传输线与谐振降压环节连接;谐振降压环节通过直流母线与VSC整流器连接。
2.一种如权利要求1中所述的用于新能源并网的谐振升降压装置的实现方法,其特征在于,所述实现方法包括下述步骤:
A、至少一个的新能源电场分别通过VSC整流器与直流母线连接后通过谐振升压环节升压;
B、升压后的电压值经过整流环节转变为正向电压值;
C、所述正向电压值通过直流电缆或直流输电线传输到电网后经过谐振降压环节降压;
D、降压后的直流电压通过直流母线与至少一个的VSC逆变器连接,将直流电压逆变为交流电压;
E、所述交流电压传输至电网;
所述步骤A中,谐振升压环节升压由两个工作模式实现,包括下述步骤:
I、实施第一个工作模式,所述晶闸管T13导通,所述晶闸管T11关断,高压小电容C11将沿谐振电抗器L11-晶闸管T13闭合回路振荡半个周期,对高压小电容C11反向放电;
II、实施第二工作模式,即晶闸管T11导通,晶闸管T13关断,此时高压小电容C11将沿低压大电容C10-晶闸管T11-谐振电抗器L11闭合回路振荡,对高压小电容C11正向充电;
所述步骤C中,谐振降压环节降压由三个工作模式实现,包括下述步骤:
(1)实施第一个工作模式,即晶闸管T21导通,晶闸管T22和晶闸管T23关断,电容C20将沿晶闸管T21-电抗器L21-电容器C21闭合回路振荡半个周期,对高压小电容C21充电;
(2)实施第二个工作模式,即晶闸管T22闭合,晶闸管T21和晶闸管T23断开,高压小电容C21沿晶闸管T22-电抗器L22-低压大电容C22闭合回路振荡半个周期,对低压大电容C22充电;
(3)实施第三个工作模式,即晶闸管T23闭合,晶闸管T21和晶闸管T22断开,电抗器L21沿高压小电容C21与晶闸管T23闭合回路振荡半个周期,将电抗器L21上的能量转移到高压小电容C21上。
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