一种光伏电站并入电网的拓扑结构的制作方法

本发明属于配电网拓扑结构领域，尤其涉及一种光伏电站并入电网的拓扑结构。

背景技术：

随着社会的发展，用户用电需求不断增大，而传统资源的枯竭以及环境保护要求的不断提高，可持续利用及开发的新能源和新技术越来越多的进入人们视野，其中光伏发电技术以其优越的资源数量、广泛的分布性、可靠的持续性一直为人们看重和期待，但在我国，现有的大规模光伏电站工程仅为示范工程，主要用于积累商业经验，相比国外的大型化即规模化光伏产业而言，缺乏足够的技术积累以及标准体系。光伏电站并入电网的一个重要问题是解决其对电网带来的系列影响，包括电能质量、频率协调以及经济性、稳定性，特别是大型光伏电站，由于逆变器较多，并入电网时会产生大量的谐波电流，其与配电网系统的交互耦合也愈加复杂，谐波传播过程中，往往会被放大，二者相互影响导致电能质量恶化，因此为保证电能质量，应当在光伏电站并入电网过程中进行谐振抑制，以防止其对电网系统造成更加恶劣的影响。现有技术中针对谐波的治理，多数是涉及低频谐波，少数针对高频、宽频谐波进行治理的方法，一是在输电网两端并联电抗器来补偿分布电容的影响，但这不仅会破坏电站功率因素，也容易造成电网电压不稳定，二是安装滤波装置，但现有滤波装置多针对低频低次，在应用于高频的时候，滤波器本身将会引起谐波谐振，反而会产生更多的异常低频谐波。

技术实现要素：

针对上述现状，本发明的目的在于提出一种光伏电站并入电网的拓扑结构，其能够改善光伏电站的电能质量问题，消除和降低光伏电站并入电网时产生的谐波污染。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种光伏电站并入电网的拓扑结构，该拓扑结构设于光伏电站与电网连接部，即光伏电站的低压侧，并通过三相高压断路器挂接于光伏电站的母线，其特征在于，包括相互连接的信号引入部分以及谐振调节部分，还包括单独连接于光伏电站与电网连接部的无源滤波部分；所述个信号引入部分依次连接有无偏谐单调谐波滤波支路、耦合变压器以及分压电抗器；所述谐振调节部依次连接有隔离变压器、三相电压型逆变器、分压电抗器、控制部分以及有源滤波器，所述三相电压型逆变器与分压电抗器并联在隔离变压器的低压侧，并通过控制部分实现谐波指令的跟踪；所述控制部分包括信号获取部分及控制部分，其中信号获取部分分别获取谐波信号以及基波信号，其中谐波信号获取方式是基于瞬时功率理论对电网侧或负载侧的谐波电流进行检测，获取需要补偿的谐波幅值及相位；获取基波信号用于稳定直流侧电压，通过对直流侧实时采样值并与给定值作差，通过控制器对输出信号限幅后作为基波信号；有源滤波器与分压电抗器l1并联在耦合变压器的低压侧，由于分压电抗器l1相比于无偏谐单调谐波滤波支路基波阻抗较低，通过信号引入部分的分压可使得谐振调节部分承受较低的基波电压，所以这种拓扑结构可应用于高电压等级场合；所述无源滤波部分包括无源滤波器，所述无源滤波器单独挂接于光伏电站连接至电网的母线上。

较优地，所述有源滤波器的功率应当按照1.5-2.5倍额定功率进行选择。

进一步地，所述分压电抗器为有源滤波器提供适当的基波电压，通过控制分压电抗器与直流侧电容的基波有功交换，实现直流侧电容稳压。

进一步地，所述信号获取部分获取的信号经过脉冲宽度调制，由控制部分控制三相逆变器输出与信号同频值同相的电流。

进一步地，所述控制部分还包括一个控制电源，

较优地，所述电源为集成化直流斩波器供电电源。

其有益效果在于：

1、提供了一种适用于光伏电站并入电网的拓扑结构，其通过改进现有拓扑结构，利用谐振调节部分实现对系统谐振信号的跟踪控制，对电网中的谐振污染信号进行实时跟踪控制，并产生相应的注入信号，利用信号引入部分将附加信号接入电网进而消除电网谐振污染，该拓扑结构结构简单便于实现集成化以及工程安装设计，通过调节内部各部件的具体参数，可以在不同规模的光伏电站和电网接入系统中应用。

2、按照1.5-2.5倍豁余量进行选择，可以提高该拓扑结构的可靠性、安全性以及稳定性。

3、利用分压电抗器为为有源滤波器提供适当的基波电压，通过控制分压电抗器与直流侧电容的基波有功交换，实现直流侧电容稳压。通过组合控制，充分利用和协调各部件功能作用，减少零部件，降低拓扑结构的成本以及复杂度。

4、所述信号获取部分获取的信号经过脉冲宽度调制，由控制部分控制三相逆变器输出与信号同频值同相的电流。通过信号调制，获取更准确合理的信号，便于针对信号进行分析处理，提高拓扑结构的准确度，提高其处理效率。

5、通过设置控制电源，使谐振调节部分中有源部分可以不用引入引出供电线路，使得该拓扑结构可以实现集成化、移动化。

6、使用集成化直流斩波器供电电源可以减小拓扑结构体积各结构，便于实现集成化制造。

附图说明

图1是本发明一种拓扑结构实施例的示意图；

图2为实施例中单相拓扑结构的简化示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。本实施例中，具体涉及一个母线电压为35kv的光伏电站并入电网的拓扑结构，其拓扑结构如图1所示。

该拓扑结构设于光伏电站与电网连接部，即光伏电站的低压侧，并通过三相高压断路器挂接于光伏电站的母线，高压断路器用以保护系统。该拓扑结构主要包括信号引入部分、谐振调节部分、无源滤波器组。其中信号引入部分以及谐振调节部分用于抑制光伏电站输出信号中含有的低频谐波，无源滤波器组用于抑制光伏电站输出信号中含有的高次谐波。其中信号引入部分及无源滤波器组都可提供固定的容性无功功率，以提高光伏电站并网点的电压，进而提高光伏电站功率输送能力。

所述每个信号引入部分依次连接有无偏谐单调谐波滤波支路、耦合变压器以及分压电抗器。无偏谐单调谐滤波支路主要为有源滤波器输出的低次谐波电流提供低阻抗通道以避免低次谐波污染电网电流；耦合变压器实现电压电流匹配及电气隔离；分压电抗器为有源滤波器提供适当的基波电压，可以通过控制分压电抗器与直流侧电容的基波有功交换，实现直流侧电容稳压，避免安装额外的直流侧电容充电装置。

谐振调节部包括一个三相电压型逆变器，与分压电抗器并联在隔离变压器的低压侧，并通过控制部分实现谐波指令的跟踪。控制部分主要由信号获取部分及控制部分组成。其中信号获取部分分别获取谐波信号以及基波信号。其中谐波信号获取方式是基于瞬时功率理论对电网侧或负载侧的谐波电流进行检测，获取需要补偿的谐波幅值及相位；获取基波信号用于稳定直流侧电压，通过对直流侧实时采样值并与给定值作差，通过pi控制器对输出信号限幅后作为基波信号。获取的信号经过脉冲宽度调制，由控制部分控制三相逆变器输出与信号同频值同相的电流。谐振调节部分在系统中除了用于对谐波进行动态滤除，还可改善无源滤波器组的滤波特性，采用特定的控制算法时，可以抑制电网与系统之间可能发生的谐振。特别的，控制部分的性能，决定了谐振调节部分的补偿效果，一般采用无差拍控制策略等，易于工程实现。控制部分还包括一个控制电源，从简化系统结构减小体积的目的出发，采用集成化直流斩波器供电电源。

有源滤波器与分压电抗器l1并联在耦合变压器的低压侧，由于分压电抗器l1相比于无偏谐单调谐波滤波支路基波阻抗较低，通过信号引入部分的分压可使得谐振调节部分承受较低的基波电压，所以这种拓扑结构可应用于高电压等级场合。为保证该拓扑模块系统的可靠性以及稳定性、安全性，有源滤波器的功率应当按照1.5-2.5倍额定功率进行选择。

通过耦合变压器实现谐振调节部分与信号引入部分的电气隔离，便于谐振调节部分的维护。此外，当谐振调节部分出现故障时，可以实现快速切除，使有源滤波器快速脱离系统，而无源滤波支路及分压电抗器构成的支路仍然可正常工作，不至于对电网造成过大的冲击。

本发明的一种光伏电站并入电网的拓扑结构，是由连接在3kv光伏电站与电网之间的三相分支线路组成，且其中单相线路的等效电路图如图2所示。

其中有源部分含有电流控制部分，因此对整个系统而言可等效为一个可控电流源，其发出电流为ic；将接入到隔离变压器原边的参数折合到副边，其中za为分压电抗器等效阻抗，zf为单调谐支路的等效阻抗，ig为通过该支路的谐波电流；zppf为为无源滤波器组的等效阻抗，us为电网侧电压，zs为电网等效阻抗，ipv为光伏电站作为负载的等效电流。当有源部分采用传统检测负载侧谐波电流的策略时，只需要检测光伏电站侧谐波电流ipv并作为控制指令控制有源部分发出相应的谐波电流，通过注入支路的分流，ig为流入电网与ipv相互抵消即可实现谐波滤除。注入支路需要为有源部分发出的谐波电流ic提供低阻抗通道，由于分压电抗的存在，一部分谐波电流不可避免地被分流，其余的谐波电流ig通过无源支路注入电网，这一部分谐波电流起实际谐波抑制作用。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。