一种兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口，包括储粉罐体、内盖及支撑套，所述支撑套的上部和下部分别设有储粉罐体、内盖；所述储粉罐体顶端为带有内螺纹的盖子形状，所述支撑套筒体上半端设有外螺纹槽，支撑套的下半端分为内外双层，储粉罐体穿过支撑套的中空部位，所述储粉罐体的顶盖与支撑套上半端的外螺纹槽相吻合；支撑套的外层内侧设有内螺纹。使用方便，可在保证粉末质量的前提下进行茶饮料或中草药现冲现喝；可避免粉末的空气氧化与粉末褪色问题；可直接安装在现有带螺纹口的任何瓶子之上，从而减少了大量的设备投资和人力投资。
【专利说明】
一种兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功 率接口。
【背景技术】
[0002] 太阳能光伏发电作为所有可再生能源中最具发展潜力的发电技术之一，近年来得 到广泛发展。光伏发电是太阳能光伏发电的重要方式之一，为了更好地发挥光伏发电的效 能，最有效的途径是将光伏电源接入主电网使光伏电源和常规电力系统联合运行。
[0003] 功率接口是光伏电源与主电网联合运行必不可少的核心元件，是连接光伏电源和 主电网的唯一功率通道。由于并联模式在简便性、经济性、灵活性、独立性、可靠性方面具有 显著优势，现有的光伏电源接入主电网的联接方式主要为并联模式。但是，并联模式存在一 些固有缺陷，突出的表现是：在正常运行状态下，光伏电源与主电网并网运行，公共连接点 的电压由主电网支撑，通过调节公共连接线的电流来实现光伏发电系统与主电网之间的功 率交换，在电压型谐波源接入的场合，难以取得满意的电压电能质量改善效果，在异常运行 状态下，即当主电网或光伏发电系统内部出现故障时，光伏发电系统与主电网解列，光伏发 电系统进入孤岛运行模式，光伏电源不能给主电网提供功率支撑和电能质量支撑。光伏电 源容量较小，特别是路灯光伏发电、家庭光伏发电等光伏电源，通常接入低压单相主电网。 由于低压单相主电网处于电力系统的末端，故障率高，电压波动大，光伏电源并联模式容易 造成孤岛运行和电压电能质量低劣。为了弥补并联模式的缺陷，需要对光伏电源接入主电 网的并联模式进行改进，目前采用的改进方法是采用光伏电源串并联模式或者额外接入串 联型电力电子装置。
[0004] 光伏电源串并联模式充分发挥了并联模式和串联模式的各自优势，较好地解决 了并联模式存在的问题，为更大限度发挥光伏电源的效能提供坚实的物质基础。但是，采用 串并联模式，在光伏电源正常并网运行时，串联功率接口处于闲置的待命状态，只有在主电 网故障情况才启动串联功率接口用于动态电压恢复，而此时的并联功率接口又需要退出并 网运行处于闲置状态。因此，光伏电源串并联模式在实际运行过程中只有部分功率接口投 入运行，造成投资大、利用效率低等问题；采用额外接入串联型电力电子装置，不但增加了 投资，而且不能解决异常运行状态下光伏发电系统与主电网离网运行的问题。
[0005] 鉴于现有的光伏电源接入单相主电网的并联模式和串并联模式的上述不足，本发 明提出一种新的兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口，它具有根据外部信息和指 令自动调节光伏电源与主电网联接的联接方式和功率接口的运行拓扑的能力，可以弥补现 有的光伏电源并联模式缺乏动态电压恢复能力的不足，可以改善现有的光伏电源并联模式 未能有效抑制电压型电能质量扰动的不足，可以消除现有的光伏电源串并联模式存在功率 接口闲置状态的弊端，可以设置少于串并联模式变流器数量来实现相同的功效，既能降低 设备投资和运行功率损耗，又能简化功率接口，提高光伏电源接入单相主电网运行的可靠 性、高效性和经济性，实现了高效性、经济性、可靠性的良好结合，具有广泛的实用性，工程 应用价值重大。
[0006] 因此，针对以上方面，需要对现有技术进行有效创新。
【发明内容】
[0007] 针对以上缺陷，本发明提供一种兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口， 具有更经济、高效、简单、普适的光伏电源接入单相主电网的兼柔性调压功能的光伏电源接 入单相功率接口，克服了现有接入模式的不足，解决了现有的光伏电源接入功率接口因使 用单一的并联模式而产生的电压电能质量改善效果不确定、缺乏动态电压恢复能力以及在 孤岛运行模式下不能给主电网提供功率和电能质量支撑的技术问题，解决了现有的光伏电 源单相串并联功率接口因使用串并联模式而产生的功率接口闲置和运行损耗大的技术问 题和经济问题。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口，由DC/DC变流器、DC/AC变流 器和柔性串并联转换电路组成；
[0010] DC/DC变流器的主电路采用双可控功率器件并联的BUCK-BOOST斩波电路，通过合 适的最大功率跟踪控制方法，根据光伏电源的最高电压电流值实时调节可控功率器件占空 比，使光伏电源的光伏阵列输出最大的功率；
[0011] DC/AC变流器的主电路采用全控型单相电压逆变器电路，合适的PWM信号生成方 法产生PWM信号，触发DC/AC变流器中的可控功率器件的触发极，控制可控功率器件通断的 时刻、时长和顺序；
[0012] 柔性串并联转换电路由固态开关和电容器组成。
[0013] 该接口是根据外部信息和指令自动调节分布式光伏电源与主电网联接的联接方 式和功率接口的运行拓扑；
[0014] 所述柔性串并联功率接口的动态拓扑包括并联功率接口拓扑、串联功率接口拓扑 和串并联功率接口拓扑。
[0015] 本发明所述的兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口的有益效果为：根据 外部信息和指令自动调节光伏发电系统与主电网联接的联接方式和功率接口的运行拓扑， 丰富光伏发电系统运行模式，减少工功率接口中的变流器设置量和运行过程的闲置量，降 低设备投资和运行功率损耗，增强功能的功能，简化功率接口，实现布式光伏电源接入单相 主电网运行的可靠性、高效性和经济性的良好结合。
【附图说明】
[0016] 下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
[0017] 图1是本发明实施例所述兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口的原理 结构框图；
[0018] 图2是本发明实施例所述兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口的DC/DC 变流器的主电路不意图；
[0019] 图3是本发明实施例所述兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口的DC/AC 变流器的主电路示意图；
[0020] 图4是本发明实施例所述兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口的柔性 串并联转换电路的主电路不意图；
[0021] 图5是基于单相兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口的光伏电源接入 单相交流主电网的主电路示意图。
【具体实施方式】
[0022] 如图1所示，本发明实施例所述的兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接 口，由DC/DC变流器、DC/AC变流器和柔性串并联转换电路的主电路组成。
[0023] 如图2所示，本发明实施例所述的兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接 口，DC/DC变流器的主电路采用双可控功率器件并联的BUCK-BOOST斩波电路，DC/DC变流器 的工作过程是：通过合适的最大功率跟踪控制方法，根据光伏电源的最高电压电流值实时 调节可控功率器件S11和S12的占空比，使光伏电源的光伏阵列输出最大的功率，使DC/DC 变流器的输出电压保持稳定。并联的双可控功率器件不仅使DC/DC变流器具有宽范围输入 电流的特性，从而可以适应光伏电源大范围变化的特征，还且可以在光伏电源小电流输出 时，通过减少可控功率器件的运行数量来降低可控功率器件的开关损耗。
[0024] 如图3所示，本发明实施例所述的兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接 口，DC/AC变流器的主电路采用全控型单相电压逆变器电路，全控型单相电压逆变器电路的 工作过程是：通过合适的PWM信号生成方法产生PWM信号，触发DC/AC变流器中的可控功 率器件的触发极，控制可控功率器件通断的时刻、时长和顺序，从而控制全控型单相电压逆 变器的输出电压和输出电流。光伏电源工作在与主电网处于正常并网运行状态时，公共连 接点的电压由主电网支撑，全控型单相电压逆变器的输出电压需要与之保持一致，全控型 单相电压逆变器的输出控制主要是通过PWM信号调节其输出电流。光伏电源工作在与主电 网串联运行状态时，公共连接线的电流由主电网支撑，全控型单相电压逆变器的输出电流 需要与之保持一致，全控型单相电压逆变器的输出控制主要是通过PWM信号调节其输出电 压。光伏电源工作在与主电网串并联运行状态时，公共连接点的电压和公共连接线的电流 均可以不由主电网支撑，通过PWM信号既可以调节全控型单相电压逆变器的输出电压，也 可以调节全控型单相电压逆变器的输出电流。
[0025] 如图4所示，本发明实施例所述的兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接 口，柔性串并联转换电路的主电路由固态开关ΚΙ、K2、K3和电容器组成，固态开关ΚΙ、K2分 别由2组固态开关器件组成，固态开关K3只有1组固态开关器件。柔性串并联转换电路的 工作过程是：根据监测到的主电网、光伏电源和负荷的信息或者接收到的外部指令，合理控 制固态开关K1、K2、K3的通断，从而实现功率接口的串联模式和并联模式的柔性转换。固态 开关Kl、Κ2、Κ3的通断规则如表1所示。
[0026] 表1固态开关Kl、Κ2、Κ3的通断规则
[0027]
[0028]
[0029] 如图5所示，本发明实施例所述的兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接 口，光伏电源联网系统的主电路由光伏电源的光伏阵列、DC/DC变流器、DC/AC变流器，柔性 串并联转换电路，单相交流主电网以及光伏电源和主电网共同供电的直流负荷和交流负荷 组成。该光伏电源联网系统通过柔性串并联转换电路可以工作在并网运行模式、动态电压 恢复运行模式、潮流综合控制运行模式、孤岛运行模式。孤岛运行模式有三种状态，一种是 机械开关K闭合，固态开关K3导通，固态开关K1、K2断开，此时光伏电源只能向直流负荷供 电；二是机械开关Κ断开，固态开关Κ1导通、固态开关Κ2、Κ3断开，光伏电源可以同时向直 流负荷和交流负荷供电；三是机械开关Κ断开，固态开关Kl、Κ2、Κ3均断开，光伏电源则只 向直流负荷供电。
[0030] 本发明兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口，在光伏电源正常运行的情 况下，可以根据分布式电源容量的变化灵活调节DC/DC变流器的可控功率器件的运行数 量，适应分布式电源的宽电流范围变化，降低DC/DC变流器的功率损耗；在主电网正常运行 的情况下，可以根据公共连接点电压和公共连接线电流的变化，灵活调节DC/AC变流器与 主电网的联接模式以维持公共连接点电压的稳定，并且使光伏电源工作在光伏阵列输出最 大功率的状态；在主电网故障运行的情况下，可以根据主电网的暂态电压扰动和暂态电流 扰动的变化，平滑转换并联功率接口至串联联接模式，适应主电网故障中大扰动的宽范围 变化，高效支撑光伏发电系统低电压穿越和主电网的暂态稳定，平滑切除并联功率接口使 光伏电源进入孤岛运行模式，确保光伏电源和主电网的安全。兼柔性调压功能的光伏电源 接入单相功率接口可以提高光伏电源运行的灵活性，可以消除串并联功率接口存在闲置状 态的弊端，可以弥补现有的光伏电源并联模式缺乏动态电压恢复能力的不足和未能有效抑 制电压型电能质量扰动的不足，可以使用串并联功率接口中DC/AC变流器的一半数量实现 串并联功率接口所具有的功能，性价比得到明显提高，实现高效性、经济性、可靠性的良好 结合，具有广泛的实用性，工程应用价值重大。
[0031] 上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本 案技术，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一 般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，本领 域的技术人员根据本案的揭示，对于本案做出的改进和修改都应该在本案的保护范围内。
【主权项】
1. 一种兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口，其特征在于，由DC/DC变流器、 DC/AC变流器和柔性串并联转换电路组成； DC/DC变流器的主电路采用双可控功率器件并联的BUCK-BOOST斩波电路，通过合适的 最大功率跟踪控制方法，根据光伏电源的最高电压电流值实时调节可控功率器件占空比， 使光伏电源的光伏阵列输出最大的功率； DC/AC变流器的主电路采用全控型单相电压逆变器电路，合适的PWM信号生成方法产 生PWM信号，触发DC/AC变流器中的可控功率器件的触发极，控制可控功率器件通断的时 亥IJ、时长和顺序； 柔性串并联转换电路由固态开关和电容器组成。2. 根据权利要求1所述的兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口，其特征在 于：该接口是根据外部信息和指令自动调节分布式光伏电源与主电网联接的联接方式和功 率接口的运行拓扑。3. 根据权利要求1所述的兼柔性调压功能的光伏电源接入单相功率接口，其特征在 于：所述柔性串并联功率接口的动态拓扑包括并联功率接口拓扑、串联功率接口拓扑和串 并联功率接口拓扑。
【文档编号】H02J3/38GK105990851SQ201510076584
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月13日
【发明人】张捷, 粟时平, 胡世昊, 刘桂英, 粟渊恺, 邓宇恩, 刘庆峰
【申请人】国家电网公司, 国网江西省电力公司九江供电分公司, 长沙理工大学