一种光伏并网发电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种光伏并网发电系统，包括用于将光能转化成电能光伏系统和具有公共连接点和并网控制开关的电网，所述光伏系统包括由多个由若干个串联有光伏电池板的光伏电池并联组成的光伏阵列以及采用N+1集群控制策略的电压源逆变器，所述光伏阵列与所述电压源逆变器电气连接，电压源逆变器通过并网控制开关连接到电网。本实用新型的有益效果为：（1）电压源逆变器作为光伏并网发电系统的核心，采用N+1集群控制策略能够对系统的整体进行优化，系统的稳定性高，并且因而延长了使用寿命；（2）电压源逆变器在实现能量转换的同时，控制着交流母线电压的稳定；（3）电压源逆变器采用双闭环结构，系统能够获得较快的电流跟随性能，同时得到稳定的直流电压。
【专利说明】 —种光伏并网发电系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于新能源【技术领域】，尤其涉及一种可靠稳定且效率高的光伏并网发电系统。
【背景技术】
[0002]随着我国可持续发展对清洁能源需求的不断增加，光伏发电规模不断扩大，并网容量也越来越大，光伏并网发电系统的非线性行为对稳定性的影响日益突出，严重影响了光伏并网发电系统的大规模发展。
[0003]近几十年来，随着科学技术的飞速发展，有关电力系统稳定性研究的技术也日新月异，取得了很大进步。光伏并网发电系统要实现并网运行，必须将太阳能电池板发出的直流电逆变为适合电网的交流电能，这就需要性能良好的并网逆变器，光伏并网发电系统的控制目的，就是通过控制并网逆变器实现系统输出电流与电网同频同相，并实现功率因数可控，提高系统的工作效率。
[0004]传统的光伏并网系统均为直流母线独立连接拓扑，逆变器由各自的电池阵列供能。在这种连接方式下，光伏并网系统可根据使用的逆变器台数分类为单台运行模式和多台独立运行模式，然而这些模式下的系统整体可靠性、工作效率以及工作寿命均较低下，目前还没有能够解决这些问题的产品或者方法出现。
实用新型内容
[0005]针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种光伏并网发电系统，采用N+1集群控制的电压源逆变器，系统整体安全可靠，工作效率高，使用寿命长。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]—种光伏并网发电系统,包括:
[0008]光伏系统，用于将光能转化成电能；
[0009]电网，具有公共连接点和并网控制开关；
[0010]所述光伏系统包括:
[0011]光伏阵列，由多个由若干个串联有光伏电池板的光伏电池并联组成；
[0012]采用N+1集群控制策略的电压源逆变器；
[0013]所述光伏阵列与所述电压源逆变器电气连接，所述电压源逆变器通过并网控制开关连接到电网。
[0014]上述的光伏并网发电系统，还包括接口电抗器，所述接口电抗器将电压源逆变器的交流侧末端与公共连接点对应的相连接。
[0015]上述的光伏并网发电系统，还包括直流母线电容，所述直流母线电容并联在所述光伏阵列和所述电压源逆变器之间。
[0016]上述的光伏并网发电系统，所述电压源逆变器具备CAN通讯或者以太网通讯能力，并且包含隔离变压器。[0017]上述的光伏并网发电系统，所述电压源逆变器采用全桥并网逆变器。
[0018]上述的光伏并网发电系统，所述公共连接点上连接有断路器。
[0019]本实用新型的有益效果是:
[0020](I)电压源逆变器作为光伏并网发电系统的核心，采用N+1集群控制策略能够对系统的整体进行优化，系统的稳定性高，并且因而延长了使用寿命；
[0021](2)电压源逆变器在实现能量转换的同时，控制着交流母线电压的稳定；
[0022](3)电压源逆变器采用双闭环结构，系统能够获得较快的电流跟随性能，同时得到稳定的直流电压。
[0023]说明书附图
[0024]图1是本实用新型所述光伏并网发电系统的结构简图；
[0025]图2是本实用新型所述光伏并网发电系统的实施例三相单级光伏并网发电系统拓扑结构图。
[0026]图中:
[0027]1-光伏阵列；2_电压源逆变器；3_电网；4_直流母线电容；5_接口电抗器。【具体实施方式】
[0028]以下描述和附图充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本实用新型的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，本实用新型所述的一种光伏并网发电系统，包括光伏系统、变压器以及电网3，在一些特殊情况下还具有负载，所述光伏系统用于将光能转化成电能，所述变压器用于将所述光伏系统输出的直流电压进行变换以后再经过一定电路提供给电网，所述电网具有公共连接点和并网控制开关。
[0031]在采用中央集控模式和主从控制模式的直流并联连接拓扑基础上，传统的方式是多台小功率并网逆变器交流侧并联，无论系统功率有多大，只要阵列输出功率达到启动功率，所有设备均要启动，这就无法从减少设备运行时长达到寿命优化的目的，然而这样的多机运行实质上仍为单机运行，并没有加入优化集群控制的概念。另外，当前的小功率逆变器和大功率逆变器相比，系统最大效率不高，因此这样的系统设计也无法保证较高的系统效率。
[0032]对本实用新型光伏并网发电系统的核心电压源逆变器采用优化的N+1集群控制策略对系统运行进行优化，这种集群控制策略是较为简便的控制策略。
[0033]此系统只使用一种功率型号的逆变设备，系统的能量是按照每台设备的额定功率进行分配。随着系统光伏阵列输出到直流母线的能量达到第一台设备的切入功率时，第一台设备切入系统运行。当系统能量超过第一台设备额定功率达到第二台设备切入功率后，开启第二台设备，之后依系统能量增大逐次启动系统中的设备。在日照强度持续减少时，按同样原理，各台设备根据集中控制器或主机给定的指令值顺序停机。
[0034]采用优化的N+1集群控制策略，当系统光伏阵列输出功率不足以达到全部逆变器都启动的功率时，有些设备可以按照较大动率持续运行，有些设备停机。而由集中控制器或者主机可以通过对各个设备工作时长的数据采集，比较各台设备的实用时间，而率先启动那些工作时间较短的设备，而率先停止那些工作时间较长的设备，从而在整体控制上平衡各个设备的工作时长，达到优化系统寿命的目的；其次，采用此种控制策略还由于设备运行在较大效率点，因而系统整体运行效率很高；第三，此系统中各台设备并联运行，当个别设备故障检修时，可直接退出系统运行，而不会影响整个系统的运行状态，系统稳定性很高。
[0035]所述光伏系统包括光伏阵列I和电压源逆变器2，所述光伏阵列I由多个由若干个串联有光伏电池板的光伏电池并联组成，单位太阳能电池板的输出功率比较小，无法作为电源单独使用，因此，通过将单体太阳能电池板串联以及并联的组合可以获得负载所需求的输出功率，组成光伏阵列I并用以输出较稳定且较高的电压。
[0036]所述光伏阵列I与所述电压源逆变器2电气连接，因此所述光伏阵列I构成所述电压源逆变器2的电源，所述电压源逆变器2通过并网控制开关连接到电网3或者负载，因此所述电压源逆变器2构成电网3或者负载的电源，所述光伏阵列1、电压源逆变器2、电网3或负载三者是互相依赖和影响的一个整体。
[0037]光伏阵列I向电压源逆变器2提供电能，并实现稳定直流电压的作用，电压源逆变器2在实现能量转换的同时，控制着交流母线电压的稳定。
[0038]采用N+1集群控制策略的电压源逆变器2所述电压源逆变器均为外围系统的中央控制器进行控制，此外所述电压源逆变器2还采用二级闭环控制，通常采用电压外环控制变换器的直流输入端稳定，电流内环控制着并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相，比较实用且适用于较多场合，并且能够获得理想的正弦电流。
[0039]如图2所示为本实用新型三相单级光伏并网发电系统拓扑结构图，本实用新型还包括接口电抗器5以及直流母线电容4，所述接口电抗器5将电压源逆变器2的交流侧末端与公共连接点对应的相连接，所述接口电抗器5的电阻部分和电感部分分别包含了电压源逆变器2的电阻和滤波器的电感。
[0040]在光伏阵列与所述电压源逆变器的线路上还设有直流母线电容4，能够吸收由电压源逆变器2产生的高频开关频率及高效谐波电流，以及逆变器2升压后的储能，从而保证逆变器2有稳定、纯净的直流母线电压。
[0041]所述电压源逆变器2具备CAN通讯或者以太网通讯能力，并且包含隔离变压器，所述电压源逆变器与外围系统的中央控制器通讯连接以后，可通过中央控制器对其进行调控。
[0042]所述电压源逆变器2采用全桥并网逆变器，在相同的直流输入电压下，全桥并网逆变器2的输出电压是半桥并网逆变器的两倍，因此在相同的输出功率下，全桥并网逆变器2的输出电流和通过开关器件的电流是半桥并网逆变器的一半。
[0043]位于所述光伏系统与所述电网3之间的所述公共连接点上连接有断路器，当遇到紧急情况需要将光伏系统退出配电网时，可断开公共连接点处的断路器将光伏系统与配电网隔离开。[0044]上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型创造所作的举例，而并非对本实用新型创造【具体实施方式】的限定。为了清楚地说明各部件的组合关系，上面对各种说明性的部件及其连接关系围绕其功能进行了一般地描述，至于这种部件的组合是实现哪种功能，取决于特定的应用和对整个装置所施加的设计约束条件。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造权利要求的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种光伏并网发电系统，包括: 光伏系统，用于将光能转化成电能； 位于电网的公共连接点和并网控制开关； 其特征在于， 所述光伏系统包括: 光伏阵列，由多个由若干个串联有光伏电池板的光伏电池并联组成； 采用N+1集群控制策略的电压源逆变器； 所述光伏阵列与所述电压源逆变器电气连接，所述电压源逆变器通过并网控制开关连接到电网。
2.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，还包括接口电抗器，所述接口电抗器将电压源逆变器的交流侧末端与公共连接点对应的相连接。
3.根据权利要求2所述的光伏并网发电系统，其特征在于，还包括直流母线电容，所述直流母线电容并联在所述光伏阵列和所述电压源逆变器之间。
4.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述电压源逆变器具备CAN通讯或者以太网通讯能力，并且包含隔离变压器。
5.根据权利要求4所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述电压源逆变器采用全桥并网逆变器。
6.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述公共连接点上连接有断路器。
【文档编号】H02J3/38GK203674725SQ201320649879
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】马亮 申请人:北京京仪绿能电力系统工程有限公司