一种直流升压系统的启动方法及直流升压系统与流程

本发明涉及一种直流升压系统的启动方法及直流升压系统，属于新能源并网发电技术领域。

背景技术

目前光伏电站采用交流汇集送出，大量逆变器与长距离电缆相互耦合，电压越限和宽频域振荡问题制约光伏电站送出能力，交流线路损耗大影响系统整体效率。

随着电力电子和直流输电技术的发展和成熟，使得光伏电站采用直流升压汇集送出成为可能。直流汇集系统稳定性更高、无需无功补偿，且同样电压等级下输送能力更强、损耗更小。光伏电站直流升压汇集技术，有望成为解决目前光伏电站稳定问题和整体效率低下的有效途径。

直流升压汇集系统的正常启动，是光伏电站采用直流升压汇集系统进行功率汇集送出的前提，但现有技术鲜有对光伏直流升压汇集系统的启动策略进行研究，现有启动方法启动慢，且启动时容易冲击交流电网造成电力不平稳。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种直流升压系统的启动方法及直流升压系统，用于解决现有启动方法启动慢，且启动时容易冲击交流电网造成电力不平稳的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种直流升压系统的启动方法及直流升压系统，一种直流升压系统的启动方法，包括以下步骤：

(1)通过mppt对直流升压变流器及并网逆变器进行充电，其中对并网逆变器的充电包括自然充电和主动充电，

自然充电，并网逆变器桥臂子模块中开关器件处于断开状态，将并网逆变器桥臂子模块中电容电压充电至此阶段的电压最大值，

主动充电，自然充电完成后切除设定个数的并网逆变器桥臂子模块，将并网逆变器桥臂子模块中电容电压充电至额定值；

(2)充电完成后，若并网逆变器桥臂子模块电容的平均电压大于电压设定值，且持续时间不小于时间设定值，则控制并网逆变器与交流电网连接。

通过对并网逆变器进行自然充电和主动充电，使得并网逆变器桥臂子模块电容电压达到额定值，可以保证直流升压系统与交流电网进行连接时，减少直流升压系统的不稳定对交流电网的冲击，实现直流升压系统快速平稳的启动。

进一步的，主动充电阶段切除的设定个数为n/2，n为并网逆变器桥臂子模块个数。

切除n/2个并网逆变器桥臂子模块，有效的实现电容电压充电至额定电压。

进一步的，电压设定值为0.9pu，时间设定值为1ms。

此数值经过多次实验得到，在此数据的基础上，直流升压系统启动更加平稳。

一种直流升压系统，包括并网逆变器、至少一组光伏板控制器与直流升压变流器，各光伏板控制器用于连接对应的pv阵列，各直流升压变流器的输入端连接对应光伏板控制器，各直流升压变流器的输出端汇集后连接并网逆变器，并网逆变器通过交流断路器用于连接交流电网，在直流升压系统并网前，利用pv阵列通过光伏板控制器对直流升压变流器及并网逆变器进行充电，其中对并网逆变器的充电包括自然充电和主动充电，

自然充电，并网逆变器桥臂子模块中开关器件处于断开状态，将并网逆变器桥臂子模块中电容电压充电至此阶段的电压最大值，

主动充电，自然充电完成后切除设定个数的并网逆变器桥臂子模块，将并网逆变器桥臂子模块中电容电压充电至额定值；

充电完成后，若并网逆变器桥臂子模块电容的平均电压大于电压设定值，且持续时间不小于时间设定值，则控制并网逆变器与交流电网连接。

通过对并网逆变器进行自然充电和主动充电，使得并网逆变器桥臂子模块电容电压达到额定值，可以保证直流升压系统与交流电网进行连接时，减少直流升压系统的不稳定对交流电网的冲击，实现直流升压系统快速平稳的启动。

进一步的，主动充电阶段切除的设定个数为n/2，n为并网逆变器桥臂子模块个数。

切除n/2个并网逆变器桥臂子模块，有效的实现电容电压充电至额定电压。

进一步的，电压设定值为0.9pu，时间设定值为1ms。

此数值经过多次实验得到，在此数据的基础上，直流升压系统启动更加平稳。

进一步的，光伏板控制器为mppt，当直流升压变流器及并网逆变器充电时，mppt为电压源工作模式；当交流断路器合闸后，mppt为电流源工作模式。

通过mppt对光伏信号进行控制，技术成熟，方法简单，可靠，成本低。

附图说明

图1是本发明的系统示意图；

图2是本发明的直流升压变流器拓扑；

图3是本发明的并网逆变器拓扑；

图4是本发明的并网逆变器充电回路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

直流升压系统实施例：

如图1所示，直流升压系统包括相同数目的pv阵列，mppt以及直流升压变流器(dc/dc)，其中每个pv阵列串联一个mppt和一个直流升压变流器，各直流升压变流器的输出端连接一个隔离开关，每个隔离开关连接汇集线，汇集线连接并网逆变器(vsc)的输入端，并网逆变器的输出端与交流电网通过交流断路器实现互联，且交流断路器与并网逆变器通过变压器连接。

直流升压系统的具体实施过程为：

步骤①：合闸每个直流升压变流器输出端的隔离开关，实现多个直流升压变流器和并网逆变器的互联，由于此时隔离开关非带电操作，因此无需配置直流断路器。

步骤②：通过mppt对直流升压变流器及并网逆变器同时充电。

mppt可以工作于电压源模式和电流源模式，当工作于电压源模式时，mppt控制输出端口电压，pv阵列端电压不受控，此时输出功率很少，可以实现对直流升压变流器充电；当工作于电流源模式时，mppt控制输入端口电压，可以实现pv阵列的最大功率跟踪控制。

直流升压变流器拓扑，如图2所示，其中包含储能电容，在正常运行之前需要首先对电容进行充电，同时需要保证充电电压在额定值附近，因此在合闸隔离开关后，将mppt输出端口电压控制为直流升压变流器额定工作电压；mppt作为电压源，对直流升压变流器电容进行充电，同时通过直流汇集线路对并网逆变器进行直流充电。

并网逆变器采用模块化多电平换流器拓扑结构，如图3所示，通过mppt对并网逆变器进行充电时，分为自然充电、主动充电两个阶段，在充电过程中并网逆变器桥臂子模块中的所有开关器件t1、t2等处于断开状态。

自然充电阶段，充电回路如图4所示，该过程中并网逆变器桥臂子模块中所有开关器件为断开状态，直流电对电容充电电压可计算为：

其中，usm1为自然充电阶段电容电压最大值；udc为额定直流母线电压；n为并网逆变器桥臂子模块个数；

主动充电阶段，采取切除并网逆变器桥臂子模块的方式继续对并网逆变器桥臂子模块电容进行充电，期望将并网逆变器桥臂子模块电容电压充电至额定值，此时切除的并网逆变器桥臂子模块个数可以计算为：

式中：npass为主动充电阶段需要切除的并网逆变器桥臂子模块个数；

步骤③：合闸交流断路器并将并网逆变器切换为直流电压控制模式。

当直流升压变流器和并网逆变器都基本完成充电之后，需要闭合交流断路器实现与交流电网的互联，为了降低合闸交流断路器过程中的冲击，设定在满足以下两个条件时合闸交流断路器：a.并网逆变器桥臂子模块电容平均电压大于ucr；b.持续时间不小于ts。

考虑主动充电阶段可以将并网逆变器桥臂子模块电容电压充电至额定值附近，且为了降低合闸交流断路器过程的冲击，可配置ucr为0.9pu，ts为1ms。

当a、b两个条件均满足的情况下，系统发出交流断路器合闸指令，闭合交流断路器，同时为了维持直流电压稳定，将并网逆变器切换为直流电压控制模式。

步骤④：切换mppt为电流源工作模式。

直流升压汇集系统充电完成，此时mppt工作于电压源工作模式，输出功率较小，无法实现功率正常产生和传输，需要将mppt切换为电流源工作模式，通过控制pv阵列的端口电压实现最大功率跟踪控制，进行功率传输。

至此可以实现直流升压系统的启动。

直流升压系统的启动方法已经代码化进行存储并实现于上述直流升压系统中，其具体实施过程在上述直流升压系统实施例中介绍，这里不做赘述。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体的说明，但本发明并不限于以上实例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以做出种种的等同变形和替换，这些等同变形和替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。