CN103326622A - 适用于高压直流输电的光伏*** - Google Patents

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张群
王柏恒
马仪成
陈明
赵倩
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State Grid Corp of China SGCC
Xuji Group Co Ltd
XJ Electric Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
Xuji Group Co Ltd
XJ Electric Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种适用于高压直流输电的光伏***，光伏阵列产生的电能，经最大功率跟踪控制器控制的直流变换电路进行输出，作为功率单元的能量来源，***控制器根据采集的相关数据控制各功率单元中开关器件的导通和关断，进而维持电容电压稳定，并在输出端获得由各投入功率单元电容电压叠加形成的高压直流电。采用模块化功率单元，不仅能够通过功率单元相互叠加的方式达到高压直流输出，进行远距离输电，还可实现冗余控制，便于***维护；控制策略简单可靠，占地面积小且传输功率大。

Description

适用于高压直流输电的光伏***
技术领域
本发明涉及一种适用于高压直流输电的光伏***。
背景技术
随着能源环境问题的加剧，太阳能等可再生资源的利用越来越得到重视。据预测，到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。中国国土面积大，据推算太阳能年辐射量超过600KJ/cm2，故我国每年地表吸收的太阳能相当于17000亿吨标准煤，因此太阳能的利用具有很好的前景。我国地域辽阔，人口众多，电能的生产和需求量都较大，但是经济发达区域与发电资源丰富区域分布极不均衡，全国近2/3可开发光伏发电资源分布在四川、云南、西藏等西北地区，而用电量占全国2/3的地区却主要集中在京广铁路沿线以东和东部沿海等经济发达的地区，这样，电能从西部发电能源密集区到东部电能需求中心需要传输2000～3000km。因此，通过高压直流输电来满足东西2000～3000km、南北800～2000km的远距离、大容量输电需求，从而进一步加大光伏发电的开发规模，实现西电东用，将西部和北部生产的清洁电能通过高压直流输电网络大规模输送到中、东部用电量高度集中的地区，满足经济快速发展地区对电力的需求。
然而，传统的光伏***容量小，仅仅作为分布电源使用。光伏阵列输电电能经过调整和逆变后，通过并网设备并入电网。需要的设备多，占地面积大。所以现有的光伏***并不适于直接用于高压直流输电。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高压直流输电的光伏***，用以解决现有光伏***针对于交流电网使用，不能直接用于高压直流输电的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：适用于高压直流输电的光伏***，包括直流侧用于直接连接高压直流输电线路的三相换流器，其交流侧设有一个辅助交流***，每相均由两桥臂串联而成，每个桥臂均包括至少一个光伏发电装置，光伏发电装置的输出端串联；光伏发电装置由输出端输入端依次相接的光伏阵列、直流变换电路和功率单元构成，所述功率单元为模块化的开关电路功率单元，功率单元的输出端为对应光伏发电装置的输出端。
每相桥臂上均串设有换流电抗器。
所述功率单元包括一个直流电容，该直流电容与上、下两个串联的IGBT并联，每个IGBT均并联有一个反向二极管，功率单元的输入端连接所述下IGBT的两端，功率单元的输出端连接所述直流电容的两端。
所述光伏***还包括***控制器，***控制器分别控制连接所述各功率单元中的IGBT。
对于所述直流变换电路，其正、负两输入端之间连接一个输入电容，正输入端与正输出端之间依次串联一个电感与一个整流二极管，负输入端连接负输出端，电感与整流二极管串联点与负输入端之间连接有一个开关管。
每个直流变换电路均对应设有一个用于为直流变换电路中的开关管提供触发信号的最大功率跟踪控制器。
所述辅助交流***与三相换流器交流侧之间还设有升压变压器。
所述三相换流器为全桥结构的三相换流器。
由于现有的光伏***为分布电源，容量往往较小，而且为了进行并网，所需要的设备也较多。本发明的光伏***采用模块化结构，每个桥臂能够串联几十甚至几百个光伏发电装置，成比例体现单个光伏发电装置的电气特性，有效提升了换流器功率，也将直流侧母线电压维持在很高的电压等级，使远距离高压直流输电称为可能；采用模块化功率单元，控制策略相对简单，还可实现冗余控制，便于***维护，占地面积小且传输功率大。辅助交流***维持整个换流器功率输出稳定。
光伏发电装置中的功率单元为标准功率单元，缩短了制造周期并且节省了成本。
辅助交流***可以直接连接合适等级的电网或者通过升压变压器达到合适的电压等级。
每个光伏阵列的直流变换电路均配备有最大功率跟踪控制器（MPPT），降低了遮挡或受照不均匀对其产生的影响，提高了效率。
附图说明
图1是本发明的输电***拓扑结构示意图；
图2是直流变换电路示意图；
图3是功率单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，适用于高压直流输电的光伏***，包括直流侧用于直接连接高压直流输电线路的三相换流器，交流侧设有一个辅助交流***，每相均由两桥臂串联而成，每个桥臂均包括至少一个光伏发电装置，光伏发电装置的输出端串联；光伏发电装置由输出端输入端依次相接的光伏阵列、直流变换电路和功率单元构成，功率单元为开关电路功率单元，功率单元的输出端为对应光伏发电装置的输出端。显然，每个桥臂的光伏发电装置数量相等。
作为一种实施方式，功率单元可采用半桥结构，如图3所示，包括一个直流电容，该直流电容与上、下两个串联的IGBT并联，每个IGBT均并联有一个反向二极管，功率单元的输入端连接下IGBT的两端，功率单元的输出端连接直流电容的两端。光伏***还包括***控制器，***控制器控制连接各功率单元中的IGBT。***控制器通过采集回来的相关数据控制功率单元中相应的IGBT关断与导通，使电容充放电，维持直流电容电压稳定。
作为一种实施方式，每个直流变换电路均对应设有一个用于为直流变换电路中的开关管提供触发信号的最大功率跟踪控制器。MPPT，测量光伏阵列输出电流及其两端电压，通过扰动观察法（Perturb and Observe）获得最大功率点电压参考值，将实际测得的光伏阵列两端电压与该电压进行比较，其差值经PI调节器，输出与三角波比较后作为直流变换电路中IGBT的触发信号，进而控制光伏阵列工作在最大功率点处。
作为其他实施方式，每相桥臂上均串设有换流电抗器，用于进一步稳定维持直流母线电压在较高电压等级。
作为一种实施方式，直流变换电路可以采用如图2所示的电路形式，其正、负两输入端之间连接一个输入电容，正输入端与正输出端之间依次串联一个电感与一个整流二极管，负输入端连接负输出端，电感与整流二极管串联点与负输入端之间连接有一个开关管。
作为其他实施方式，辅助交流***与三相换流器交流侧之间还设有升压变压器，以便连接更高电压等级的电网。由于光伏阵列输出功率不稳定，通过升压变压器达到合适的电压等级作为其补充。
作为一种实施方式，三相换流器采用全桥结构的三相换流器。换流器为三相，每相包括2N个标准功率单元组成，分为上下两组（一个桥臂为一组），每组的功率单元数为N个，输出相电压电平阶梯数为N+1，上下两组功率单元之间以耦合或者非耦合的电感进行连接。

Claims (8)

1.适用于高压直流输电的光伏***，其特征在于，包括直流侧用于直接连接高压直流输电线路的三相换流器，其交流侧设有一个辅助交流***，每相均由两桥臂串联而成，每个桥臂均包括至少一个光伏发电装置，光伏发电装置的输出端串联；光伏发电装置由输出端输入端依次相接的光伏阵列、直流变换电路和功率单元构成，所述功率单元为模块化的开关电路功率单元，功率单元的输出端为对应光伏发电装置的输出端。
2.根据权利要求1所述的光伏***，其特征在于，每相桥臂上均串设有换流电抗器。
3.根据权利要求1所述的光伏***，其特征在于，所述功率单元包括一个直流电容，该直流电容与上、下两个串联的IGBT并联，每个IGBT均并联有一个反向二极管，功率单元的输入端连接所述下IGBT的两端，功率单元的输出端连接所述直流电容的两端。
4.根据权利要求3所述的光伏***，其特征在于，所述光伏***还包括***控制器，***控制器分别控制连接所述各功率单元中的IGBT。
5.根据权利要求1所述的光伏***，其特征在于，对于所述直流变换电路，其正、负两输入端之间连接一个输入电容，正输入端与正输出端之间依次串联一个电感与一个整流二极管，负输入端连接负输出端，电感与整流二极管串联点与负输入端之间连接有一个开关管。
6.根据权利要求5所述的光伏***，其特征在于，每个直流变换电路均对应设有一个用于为直流变换电路中的开关管提供触发信号的最大功率跟踪控制器。
7.根据权利要求1所述的光伏***，其特征在于，所述辅助交流***与三相换流器交流侧之间还设有升压变压器。
8.根据权利要求1所述的光伏***，其特征在于，所述三相换流器为全桥结构的三相换流器。
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