一种模块集成化光伏电站输电系统的制作方法

本实用新型属于光伏电站输电技术和电力电子技术领域，具体涉及一种模块集成化光伏电站输电系统。

背景技术：

根据我国“十三五”能源规划，光伏发电要在2020年实现用户侧平价上网，除了要提高光伏组件、逆变器等关键设备自身的效率外，从系统集成的角度提升系统效率和降低工程投资是非常必要的。

常规的光伏电站光伏发电单元的逆变器和箱式升压变压器分离布置，逆变器和变压器间的连接的大电流电缆距离偏长，损耗大；接入的变电站房建工程量大、分离的户外设备多，不利于施工。因此，常规的光伏发电输电方法涉及的环节多、设计采购工作量大、工期长、系统效率低。

目前光伏发电系统在用的输电方法实施方案原理如图1所示，包括光伏组件串、一级直流汇流电缆、汇流箱、二级直流汇流电缆、光伏逆变器、中压交流电缆、集成变电站、高压交流电缆和电网。二级直流汇流电缆接入光伏逆变器，光伏逆变器通过低压交流电缆和工频变压器相连，工频变压器通过中压交流电缆和集成变电站相连。光伏产生的直流电经过汇流箱汇流后通过光伏逆变器由直流电变成工频 交流电，工频交流电经过工频变压器升压后再送入集中变电站。由于光伏逆变器的输出为工频交流电，因此工频变压器体积大，成本也高，并且光伏逆变器、低压交流电缆和工频变压器也不具备无功补偿功能。

光伏电站箱式升压变压器采用的传统工频电力变压器体积大、重量重，变压器绝缘油对环境存在威胁，空载损耗高，负载投切或大范围变化时负荷侧电压随负荷波动大；无论是电源侧还是负荷侧发生故障，另一侧都将受到影响；电源侧电压发生跌落、闪变、不平衡和含有谐波时都将直接影响到负荷侧，而负荷侧的谐波电流也会通过变压器的直接耦合进入电源侧；铁芯饱和时所产生的谐波电流将对电网造成谐波污染。而太阳能资源的随机性要求光伏电站中箱式升压变压器的空载损耗尽可能低；随着光伏电站单机容量的不断增大，与之配套的箱式升压变压器体积将变得越来越大、重量也将变得越来越重、基础也将相应增大，既增加了成本，又加大了风险。

技术实现要素：
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为了克服上述背景技术的缺陷，本实用新型提供一种模块集成化光伏电站输电系统，减少了设计采购工作量，缩短了工期，降低了工作造价，提高了系统效率。

为了解决上述技术问题本实用新型的所采用的技术方案为：

一种模块集成化光伏电站输电系统，包括连接于电网的集成变电站，和用于输出低压直流电力的光伏组件串，数个光伏组件串的连接 于一个汇流箱，数个汇流箱连接于一个箱式逆变压器，数个箱式逆变压器连接一个集成变电站；箱式逆变压器包括依次连接的方波调制器、中高频变压器、中高频整流器和逆变器，方波调制器与汇流箱连接，逆变器与集成变电站连接。

光伏组件串通过一级直流汇流电缆与汇流箱连接，汇流箱通过二级直流汇流电缆与箱式逆变压器连接，箱式逆变压器经第一中压交流电缆连接集成变电站，集成变电站经高压交流电缆连接电网。

较佳地，方波调制器经低压交流电缆连接中高频变压器，中高频变压器经第二中压交流电缆连接中高频整流器，中高频整流器经中压直流电缆连接逆变器。

较佳地，集成变电站包括中高压配电设备，以及连接于中高压配电设备的二次设备。

较佳地，集成变电站还包括依次连接于中压配电设备的无功补偿设备、主变压器和高压配电设备，中压配电设备与箱式逆变压器连接，高压配电设备与电网连接；二次设备分别与中压配电设备、无功补偿设备、主变压器和高压配电设备连接。

较佳地，二次设备包括测控屏、通信屏、电源屏和保护屏。

本实用新型的有益效果在于：与常规光伏电站输电方法相比，本实用新型所述输电方法涉及环节少，减少了设计、采购、施工各过程工作量，既降低了工程总造价，又提高了系统效率。

箱式逆变压器形式上集成了常规光伏电站中分离的逆变器和变压器，减少了永久征地面积及逆变器和变压器之间连接的大电流电 缆，方便了施工和运输，既降低了基础和施工安装造价，又减少了传输损耗。

箱式逆变压器既能有效抑制负荷侧的谐波电流通过变压单元的直接耦合进入电源侧，又能有效防止电源侧电压发生跌落、闪变、不平衡和含有谐波时直接影响到负荷侧。箱式逆变压器既能减少谐波污染，又能减少环境污染。箱式逆变压器中高频变压器体积小、重量轻，能减少基础的承载力。箱式逆变压器本身就是一个无功功率发生器，既可以发出感性无功功率，又可以吸收感性无功功率，接入站无需单独装设无功补偿装置。利用箱式逆变压器对接入电网的电压或电流幅值和相角的有效控制可以提高系统的稳定性。

本实用新型采用形式和功能上均集成化的箱式逆变压器和集成变电站减少了电缆用量，减少设备或厂房基础的工作量等，从设计、生成、采购的整个过程来看，本实用新型降低了工程总造价，比现有分开布置的输电形式至少节省造价5％以上。

附图说明

图1为目前光伏发电在用的输电方法的具体实施方案原理图；

图2为本实用新型实施例一模块集成化光伏发电输电系统连接结构示意图；

图3为本实用新型实施例一箱式逆变压器结构示意图；

图4为本实用新型实施例一模块集成化光伏发电输电系统总体结构示意图。

图中：

1-光伏组件串，2-一级直流汇流电缆，3-汇流箱，4-二级直流汇流电缆，5-箱式逆变压器，51-方波调制器，52-低压交流电缆，53-中高频变压器，54-第二中压交流电缆，55-中高频整流器，56-中压直流电缆，57-逆变器，6-第一中压交流电缆，7-集成变电站，8-高压交流电缆，9-电网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

一种模块集成化光伏电站输电系统，包括连接于电网9的集成变电站7，和用于输出低压直流电力的光伏组件串1，数个光伏组件串1的连接于一个汇流箱3，数个汇流箱3连接于一个箱式逆变压器5，数个箱式逆变压器5连接一个集成变电站7；箱式逆变压器5包括依次连接的方波调制器51、中高频变压器53、中高频整流器55和逆变器57，方波调制器51与汇流箱3连接，逆变器57与集成变电站7连接。

光伏组件串1通过一级直流汇流电缆2与汇流箱3连接，汇流箱3通过二级直流汇流电缆4与箱式逆变压器5连接，箱式逆变压器5经第一中压交流电缆6连接集成变电站7，集成变电站7经高压交流电缆8连接电网9。

方波调制器51经低压交流电缆52连接中高频变压器53，中高频变压器53经第二中压交流电缆54连接中高频整流器55，中高频 整流器55经中压直流电缆56连接逆变器57。

集成变电站7包括中压配电设备，以及连接于中压配电设备的二次设备。

作为一种改进，可以选择具有升压功能的集成变电站7，在上述集成变电站7的基础上还增加了依次连接于中压配电设备的无功补偿设备、主变压器和高压配电设备，中压配电设备与箱式逆变压器5连接，高压配电设备与电网9连接；二次设备分别与中压配电设备、无功补偿设备、主变压器和高压配电设备连接。

上述的二次设备均包括测控屏、通信屏、电源屏和保护屏等。

本实施例中整个光伏电站包含(n×d×b)个光伏组件串1，(d×n)个汇流箱3，n个箱逆变压器，一个集成变电站7。b个光伏组件串1经b回一级直流汇流电缆2接入一个汇流箱3；d个汇流箱3经d回二级直流汇流电缆4接入一个箱式逆变压器；n个箱式逆变压器经n回第一中压交流电缆6接入一个集成变电站7；集成变电站7经高压交流电缆8接至电网9。

上述的模块集成化光伏发电输电系统中，光伏电池组件串发出的低压直流电力经汇流箱3汇流后接至箱式逆变压器；箱式逆变压器将汇流后的低压直流电力经变频升压后转换为中压工频电力；箱式逆变压器经中压交流电缆集电后接至集成变电站7，将中压工频电力经升压后变换为高压工频电力，升压后的高压电输送至电网9。

光伏组件串1发出的直流电力经一级直流汇流电缆2连接至汇流箱3，这一过程为光伏电池组件串发出的直流电力经多路汇流箱3汇 聚的过程。汇流箱3再经二级直流汇流电缆4连接至箱式逆变压器，这一过程主要为直流电力转换为高频电力再转换为交流电力的过程。箱式逆变压器形式上集成了方波调制器51、中高频变压器53、中高频整流器55和常规逆变器57，功能上集成实现了变压、逆变及无功补偿三大主要功能。箱式逆变压器经第一中压交流电缆6接至集成变电站7，这一过程为中压交流电力转为高压交流电力的过程。

具有升压功能的集成变电站7集成了中压配电设备、无功补偿设备(室)、主变压器(室)、高压配电设备及二次设备(室)，主要实现升压、无功补偿及必要的保护和测控功能。集成变电站7最后经高压交流电缆8接至电网9。

本实施例的箱式逆变压器包括顺次连接的方波调制器51、低压交流电缆52、中高频变压器53、第二中压交流电缆54、中高频整流器55、中压直流电缆56及逆变器57。方波调制器51将直流电力调制成中高频电力，经低压交流电缆52接至中高频变压器53。中高频变压器53将低压中高频电力转换为中压中高频电力，其采用的中高频变压器53体积小、重量轻，能减少基础的承载力，减小了逆变器57与变压器之间的传输损耗。中高频变压器53与方波调制器51、中高频整流器55、逆变器57的有机结合既能有效抑制负荷侧的谐波电流通过变压器的直接耦合进入电源侧，又可以防止电源侧电压发生跌落、闪变、不平衡和含有谐波时直接影响到负荷侧。中高频变压器53经第二中压交流电缆54接至中高频整流器55。中高频整流器55将中高频电力转换为直流电力。中高频整流器55经中压直流电缆56 接至逆变器57。逆变器57将直流电力转换为交流电力，采用合适的控制策略能实现有功功率和无功功率的综合调节且可以改善光伏电站接入电网9的电能质量。

本实施例中的系统工作方法为：

数个光伏组件串1输出的低压直流电接入一个汇流箱3进行汇流，数个汇流箱3输出的经汇流之后的低压直流电接入一个箱式逆变压器5，箱式逆变压器5将低压直流电进行变频升压转换为中压工频电力并输出，数个箱式逆变压器5分别将输出的中压工频电力接入一个集成变电站7；集成变电站7通过中压配电设备将中压工频电力输入电网9。

箱式逆变压器5通过将低压直流电进行变频升压转换为中压工频电力并输出的具体方法为：

方波调制器51将光伏组件串1输出的低压直流电调制成低压中高频电力并输出；中高频变压器53将低压中高频电力变换为中压高频电力并输出；中高频整流器55将中压高频电力变换为中压直流电力并输出；逆变器57将中压直流电力变换为工频电力并输出。

在上述技术方案中，视具体情况而增设高压配电室，集成变电站7通过无功补偿设备、主变压器对中压配电设备输出的中压工频电力进行无功补偿和升压，并经由高压配电设备变化为高压工频电力输入电网9。

作为一种改进，还通过二次设备对中压配电设备、无功补偿设备、主变压器和高压配电设备进行保护和监测。

本实施例的模块集成化光伏发电输电方法中：光伏电池组件串发出的低压直流电力经汇流箱3汇流后接至箱式逆变压器；箱式逆变压器将汇流后的低压直流电力经变频升压后转换为中压工频电力；箱式逆变压器经中压交流电缆集电后接至集成变电站7，将中压工频电力经升压后变换为高压工频电力，升压后的高压电输送至电网9。

在上述技术方案中，箱式逆变压器集成了方波调制器51、中高频变压器53、中高频整流器55和逆变器57；方波调制器51将低压直流电力调制成低压中高频电力；中高频变压器53将低压中高频电力变换为中压中高频电力；中高频整流器55将中高频电力变换为中压直流电力；逆变器57将中压直流电力变换为工频电力。

直流电力有多条支路，其包括多个光伏组件串1发出直流电力，分别经由多路汇流箱3输入至多个箱式逆变压器，经逆变和变压后多条支路的中压工频电力输送至一个集成变电站7。

本实用新型的方法通过模块化和集成化极大的简化了光伏发电输电所涉及的环节，减少了设计采购工作量，缩短了工期，降低了工作造价，提高了系统效率；能抑制负荷侧的谐波电流通过变压器的直接耦合进入电源侧，防止电源侧电压发生跌落、闪变、不平衡和含有谐波时直接影响到负荷侧，改善光伏电站接入电网处的电能质量和提高系统的稳定性；能够减少变压器的环境污染；便于箱式变压器与逆变器的集成。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权 利要求的保护范围。