中压光伏并网逆变系统及光伏发电系统的制作方法

[0001]
本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种中压光伏并网逆变系统及光伏发电系统。


背景技术：

[0002]
现有的技术方案，例如《一种光伏并网逆变系统及应用其的光伏发电系统》，通常将中压并网接触器接于升压变压器高压侧与中压电网之间，并网电压检测电路的两个检测端口分别接到中压并网接触器的两端，将中压接触器两端电压检测结果输出给第一控制电路。直流电压检测电路检测直流电压udc并将结果输出给第一和第二控制电路。并网电流检测电路检测光伏逆变器交流输出端的并网电流，并将结果输出给第二控制电路。第二控制电路根据直流电压和并网电流的检测结果，控制逆变器的启动和停止。第一控制电路根据直流输入电压和并网电压检测结果，对中压并网接触器进行分/合闸控制，从而实现光伏逆变器的离/并网。但是其缺点在于：中压并网接触器并未集成电压传感器，需要外置电压传感器来检测并网电压，扩大了设备的安装空间和成本。


技术实现要素：

[0003]
本发明的主要目的是提出一种中压光伏并网逆变系统及光伏发电系统，旨在在取消环网柜及外置电压传感器的情况下，实现中压并网。
[0004]
为实现上述目的，本发明提出一种中压光伏并网逆变系统，所述中压光伏并网逆变系统包括：
[0005]
光伏逆变器，所述光伏逆变器的直流输入端与直流母线连接；
[0006]
中压变压器，所述中压变压器的低压侧与所述光伏逆变器的交流输出端连接；
[0007]
中压开关，所述中压开关的输入端子与所述中压变压器的高压侧连接，所述中压开关的输出端子用于接入中压电网；其中，所述中压开关内集成有电压传感器，所述电压传感器用于检测所述中压变压器高压侧的线电压和所述中压电网侧的线电压，并生成并网电压检测信号；
[0008]
逆变器并网控制器，与所述中压开关的受控端及电压传感器输出端连接；所述逆变器并网控制器，用于在根据并网电压检测信号确定当前中压变压器高压侧的线电压和所述中压电网侧的线电压满足并网条件时，控制所述中压开关合闸。
[0009]
可选地，所述中压光伏并网逆变系统还包括：
[0010]
直流母线电压检测电路，所述直流母线电压检测电路的检测端与所述直流母线连接，所述直流母线电压检测电路的输出端与所述逆变器并网控制器连接；所述直流母线电压检测电路用于检测所述直流母线的电压，并生成直流母线电压检测信号；
[0011]
所述逆变器并网控制器，还用于在根据所述直流母线电压检测信号确定所述直流母线的电压大于第一预设电压阈值时，控制所述光伏逆变器启动。
[0012]
可选地，所述中压光伏并网逆变系统还包括：
[0013]
交流母线电压检测电路，与所述光伏逆变器的交流输出端连接，所述交流母线电压检测电路，用于检测所述光伏逆变器输出的交流母线电压；
[0014]
所述逆变器并网控制器，还用于在根据交流母线电压确定当前中压变压器高压侧的线电压和所述中压电网侧的线电压满足并网条件时，控制所述中压开关合闸。
[0015]
可选地，所述中压光伏并网逆变系统还包括并网电流检测电路，所述并网电流检测电路用于中压光伏并网逆变系统的并网电流，并输出电流检测信号；
[0016]
所述逆变器并网控制器，还用于在控制所述中压开关合闸后，若根据所述电流检测信号和所述并网电压检测信号确定中压光伏并网逆变系统的并网功率小于预设功率阈值，则控制光伏逆变器停止。
[0017]
可选地，所述逆变器并网控制器，还用于在控制所述中压开关合闸后，若根据所述直流母线电压检测信号确定所述直流母线的电压小于所述第一预设电压阈值并持续第一预设时间后，控制所述中压开关分闸。
[0018]
可选地，所述并网条件为，中压变压器高压侧的线电压和所述中压电网侧的线电压相位、相序及幅值均相同。
[0019]
可选地，所述电压传感器的数量为两个，两个所述电压传感器分别检测所述中压变压器高压侧的线电压和所述中压电网侧的线电压。
[0020]
可选地，所述逆变器并网控制器，还用于在接收到无功输送信号时，控制所述中压开关合闸。
[0021]
可选地，所述中压开关包括中压断路器、中压负荷开关、中压接触器中的任意一中或者多种组合。
[0022]
本发明还提出一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括中压电力系统及如上所述的中压光伏并网逆变系统。
[0023]
本发明将光伏逆变器的交流输出侧与中压变压器的低压侧相连，中压变压器的高压侧接一台中压开关，中压开关输出侧接入中压电网，从而构成一个基于中压开关的中压光伏并网逆变系统，并在中压开关中集成电压传感器，可以实现并网侧的电压检测，从而使得在并网前，逆变器并网控制器30在接收到并网指令时根据所述并网电压检测信号控制所述环网开关分闸/合闸，以实现脱网/并网。本发明使用集成了电压传感器的中压开关，相较于使用外置电压传感器，节省了系统安装空间及成本。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0025]
图1为本发明中压光伏并网逆变系统一实施例的电路结构示意图；
[0026]
图2为本发明中压光伏并网逆变系统另一实施例的电路结构示意图；
[0027]
图3为本发明中压光伏并网逆变系统又一实施例的电路结构示意图；
[0028]
图4为本发明中光伏发电系统一实施例的电路结构示意图。
[0029]
附图标号说明：
[0030]
标号名称标号名称10光伏逆变器50电压传感器20中压变压器60并网电流检测电路30逆变器并网控制器k10中压开关40直流母线电压检测电路pt1、pt2电压传感器
[0031]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0034]
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0035]
本发明提出一种中压光伏并网逆变系统，应用于光伏发电系统中。
[0036]
参照图1至图4，在本发明一实施例中，该中压光伏并网逆变系统包括：
[0037]
光伏逆变器10，所述光伏逆变器10的直流输入端与直流母线连接；
[0038]
中压变压器20，所述中压变压器20的低压侧与所述光伏逆变器10的交流输出端连接；
[0039]
中压开关k10，所述中压开关k10的输入端子与所述中压变压器20的高压侧连接，所述中压开关k10的输出端子用于接入中压电网；其中，所述中压开关k10内集成有两个电压传感器pt1和pt2，其中，所述电压传感器pt2用于检测所述中压变压器20高压侧的线电压u，所述电压传感器pt1用于检测所述中压电网侧的线电压u’，并生成并网电压检测信号；
[0040]
逆变器并网控制器30，与所述中压开关k10的受控端及电压传感器pt1和pt2的输出端连接，所述逆变器并网控制器30用于根据所述并网电压检测信号控制所述环网开关分闸/合闸，以实现脱网/并网。
[0041]
本实施例中，逆变器将太阳能电池产生的直流电源或电池释放的直流电源转换成负载所需的交流电源。逆变器的数量可以为多个，各个逆变器的交流侧可直接并联连接，也可以设置其他器件，比如开关等。中压变压器20用于完成低压至中压的升压过程，根据系统的不同，变压器的变比、电压等级、功率等级、类型也将有所不同；该变压器可以是双分裂变压器，也可以是双绕组变压器，此处不做具体限定。中压开关k10可以是中压断路器、中压负荷开关或者中压接触器中的任意一种。可以理解的是，本实施例中，中压开关k10包括但不
限于上述例举的各种可以实现并网/脱网的开关，在其他实施例中还可以采用其他中压开关k10来实现，此处不做限制。并且在光伏发电系统之间，可以采用相同或者不同的中压开关k10。该中压开关k10输出端的每相都有两个接线端子。由该中压光伏并网逆变系统可以组成的光伏发电系统，多个中压光伏并网逆变系统通过中压开关k10的输出端子，用母线电缆直接互相连接，最外侧的两个中压光伏并网逆变系统的中压开关k10则与中压电力系统连接，最后形成环网。
[0042]
在中压开关k10进线侧和出线侧中分别集成有电压传感器pt2和pt1，例如电压检测芯片、电压检测探头等，以检测光伏发电系统中压变压器20高压侧的线电压u和所述中压电网侧的线电压u’，并生成并网电压检测信号，通过将电压传感器pt1和pt2集成于中压开关k10中，无需占用设备的安装空间，同时还可以降低设备的生产成本。此外，中压开关k10中集成有电压传感器pt2和pt1，可以检测中压变压器20高压侧的线电压和中压电网侧的线电压，可以实现并网点线电压的实时监控。
[0043]
逆变器并网控制器30负责完成通讯，具备完成中压测控以及电站中压投切智能控制等功能，逆变器并网控制器30能够根据光伏发电系统中各种检测信号，例如电流检测信号，在需要使该光伏发电系统进行并网，也即接收到并网指令时，通过控制中压开关k10合闸来实现，或者在需要使该光伏发电系统进在一实施例中，所述中压光伏并网逆变系统还包括：
[0044]
直流母线电压检测电路40，所述直流母线电压检测电路40的检测端与所述直流母线连接，所述直流母线电压检测电路40的输出端与所述逆变器并网控制器30连接；所述直流母线电压检测电路40用于检测所述直流母线的电压，并生成直流母线电压检测信号；
[0045]
所述逆变器并网控制器30，还用于在根据所述直流母线电压检测信号确定所述直流母线的电压大于第一预设电压阈值时，控制所述光伏逆变器10启动。
[0046]
本实施例中，直流母线电压检测电路40可以采用直流母线电压互感器来实现。直流母线电压检测电路40检测光伏逆变器10输入端的直流母线电压udc，并将生成的直流母线电压检测信号发送给逆变器并网控制器30。其中，第一预设电压阈值为最低并网电压，也即最小启动电压，当光伏逆变器10处于待机状态时，在直流母线电压检测电路检测的直流母线电压大于预设的最小启动电压，使得逆变器并网控制器30根据所述直流母线电压检测信号确定所述直流母线的电压大于第一预设电压阈值时，控制所述光伏逆变器10启动。
[0047]
当光伏逆变器10处于并网工作状态时，若直流母线电压udc的值小于最小启动电压时，光伏逆变器10停止，也即光伏逆变器10进入待机状态。若逆变器并网控制器30确定输入光伏逆变器10的直流母线电压小于最低工作电压，逆变器并网控制器30给中压开关k10发送分闸指令，中压开关k10分闸，基于中压开关k10的中压并网逆变系统脱网。其中，最低工作电压具体为所述中压开关任一端的电压与所述升压变压器的变比的比值的1.414倍。
[0048]
本发明将光伏逆变器10的交流输出侧与中压变压器20的低压侧相连，中压变压器20的高压侧接一台中压开关k10，中压开关k10输出侧接入中压电网，从而构成一个基于中压开关k10的中压光伏并网逆变系统，并在中压开关k10进线侧和出线侧分别集成电压传感器pt2和pt1，可以实现并网侧的电压检测，从而使得在并网前，逆变器并网控制器30在接收到并网指令时根据所述并网电压检测信号控制所述环网开关分闸/合闸，以实现脱网/并网。本发明使用集成了电压传感器pt1和pt2的中压开关k10，相较于使用外置电压传感器，
节省了系统安装空间及成本。本发明提供了一种基于集成电压传感器的开关的中压光伏并网逆变系统，将光伏逆变器的交流输出侧与中压变压器的低压侧相连，中压变压器的高压侧接一台集成了电压传感器的中压开关(包括但不限于中压断路器、接触器、负荷开关等中压开关电器)，中压开关输出侧接入中压电网。使用集成的电压传感器检测中压开关进、出线两侧电压，使用直流母线电压检测电路检测逆变器直流侧母线电压。在夜间或阴天，光伏系统不发电时，逆变器处于待机状态，控制电路使中压开关断开，从而使中压变压器与电网断开，消除了变压器的空载损耗；当逆变器需要向电网发送无功时，则控制电路使中压开关闭合。
[0049]
参照图1至图3，在一实施例中，所述逆变器并网控制器30，具体用于在根据并网电压检测信号确定当前中压变压器20高压侧的线电压和所述中压电网侧的线电压满足并网条件时，控制所述中压开关k10合闸。
[0050]
其中，并网条件为，中压变压器20高压侧的线电压和所述中压电网侧的线电压相位、相序及幅值均相同。
[0051]
具体地，电压传感器pt1检测的线电压u’可包括ab相线电压uab’和bc相线电压ubc’，电压传感器pt2检测的线电压u包括ab相的线电压uab和bc相线电压ubc。若在uab’、ubc’、uab和ubc四者的幅值均相同，且uab’与uab的相位相同，以及ubc’与ubc的相位相同。当然，亦可分别检测两个检测端的bc相线电压和ac相线电压(即ubc’、uac’、ubc和uac)，或者，分别检测两个检测端处的ab相线电压和ac相线电压(即uab’、uac’、uab和uac)，后续比较判断方法可参考上文，在此不再赘述。
[0052]
本实施例中，当基于中压开关k10的中压光伏并网逆变系统处于脱网状态时，光伏逆变器10启动，并处于待机状态，并压电网检测电路检测中压变压器20高压侧的线电压u和中压电网侧的线电压u＇，然后将并网电压检测信号发送给逆变器并网控制器30。当确定当前中压变压器20高压侧的线电压和所述中压电网侧的线电压满足并网条件时，则给中压开关k10发送合闸指令，使中压开关合闸，逆变器实现并网。其中，所述并网条件为，中压变压器20高压侧的线电压和所述中压电网侧的线电压相位、相序及幅值均相同。
[0053]
参照图2，在另一实施例中，所述中压光伏并网逆变系统还包括：
[0054]
交流母线电压检测电路50，与所述光伏逆变器10的交流输出端连接，所述交流母线电压检测电路50，用于检测所述所述光伏逆变器10输出的交流母线电压；
[0055]
所述逆变器并网控制器30，还用于在根据交流母线电压确定当前中压变压器20高压侧的线电压和所述中压电网侧的线电压满足并网条件时，控制所述中压开关k10合闸。
[0056]
本实施例中，当基于集成电压传感器pt1的开关的中压光伏并网逆变系统处于脱网状态时，光伏逆变器10启动后，交流母线电压检测电路50检测光伏逆变器10交流母线电压uac，中压开关k10内集成的电压传感器pt1检测中压开关k10并网侧的线电压u＇，然后将检测结果发送给逆变器并网控制器30，并网控制器将uac换算至中压开关k10的中压侧电压并与u’对比。若逆变器并网控制器30判断符合并网条件，则给中压开关k10发送合闸指令，使中压开关k10合闸，逆变器并网。本实施例中，当采用交流母线电压检测电路50检测光伏逆变器10交流母线电压，并换算成中压开关k10的中压侧电压时，则在中压开关中可以仅在出线侧集成电压传感器pt1，也即可以不用在中压开关k10进线侧集成另一套电压传感器。当然在其他实施例中，也可以同时在中压开关k10进线侧集成电压传感器以及设置检测光
伏逆变器10输出电压的交流母线电压检测电路50，以同时获得中压开关k10的中压侧电压，提高系统的检测精度。
[0057]
参照图3，在一实施例中，所述中压光伏并网逆变系统还包括并网电流检测电路60，所述并网电流检测电路60用于中压光伏并网逆变系统的并网电流，并输出电流检测信号；
[0058]
所述逆变器并网控制器30，还用于在控制所述中压开关k10合闸后，若根据所述电流检测信号和所述并网电压检测信号确定中压光伏并网逆变系统的并网功率小于预设功率阈值，则控制光伏逆变器10停止。
[0059]
本实施例中，并网电流检测电路60可以采用电流传感器来实现，逆变器并网控制器30可以在接收到并网指令时，根据电流传感器检测的并网侧的电流，也即中压光伏并网逆变系统的并网电流传感器检测到的电流来确定中压侧短路或中压开关k10的触头熔焊，可停止并网。具体而言，当中压光伏并网逆变系统处于脱网状态时，若电流传感器检测到并网电流小于预设电流阈值，例如可以是i为0a或者接近0a时，则可以确定此时中压侧与并网侧之间是断开电连接的，逆变器并网控制器30可以控制光伏逆变器10启动，或者控制中压开关k10合闸。若电流传感器检测到并网电流i大于预设电流阈值时，则可以确定此时中压侧与并网侧之间出现短路的情况，逆变器并网控制器30可以控制光伏逆变器10停止，也即暂停启动，或者控制中压开关k10分闸，或者保持分闸动作。
[0060]
本实施例中，预设功率阈值可以是最低并网功率，当光伏逆变器10处于并网工作状态时，电流传感器将检测到并网侧的电流值输出至逆变器并网控制器30；逆变器并网控制器30根据上述并网侧的电流值和并网电压检测信号，具体可以是中压变压器20高压侧的线电压，计算并网功率p，并判断该并网功率p是否小于预设的最低并网功率p0，逆变器并网控制器30则生成逆变器停止控制信号，以控制下控制光伏逆变器10停止，即光伏逆变器10进入待机状态。
[0061]
参照图1至图4，在一实施例中，所述逆变器并网控制器30，还用于在控制所述中压开关k10合闸后，若根据所述直流母线电压检测信号确定所述直流母线的电压小于所述第一预设电压阈值并持续第一预设时间后，控制所述中压开关k10分闸。
[0062]
本实施例中，在光伏电池组件或蓄电池向直流母线输送电能时，可能会出现电压波动，使得直流母线电压检测电路40检测到直流母线电压udc的值小于最低并网电压仅仅出现较短的时间，若此时逆变器并网控制器30给中压开关k10发送分闸指令则可能会出现误动作。为此，本实施例中，当光伏逆变器10进入待机状态后，若直流母线电压udc的值小于最低并网电压并持续一段时间(第一预设时间)时，逆变器并网控制器30给中压开关发送分闸指令，中压开关k10分闸，基于中压开关k10的中压并网逆变系统脱网。
[0063]
本实施例通过中压开关k10将光伏发电系统的并网点由低压侧改为中压侧，并通过控制电路控制中压开关k10的开合，实现中压并网，即：光伏逆变器10启动后，中压开关k10合闸，实现中压并网；光伏逆变器10停止后，中压开关k10断开，光伏系统断网。本实施例，在中压开关k10分闸的同时，升压变压器也与中压电网断开，不会在光伏逆变器10待机状态下消耗电网能量，本实施例还可以消除了升压变压器待机时的空载损耗，提高了光伏系统的效率。
[0064]
参照图1至图4，在一实施例中，所述逆变器并网控制器30，还用于在接收到无功输
送信号时，控制所述中压开关k10合闸。
[0065]
本实施例中，逆变器并网控制器30还可以接收无功输送信号，该控制器可以是在接收到上级电网调度中心下发的夜间无功输送信号(svg工作指令)。当夜间需要光伏逆变器10向电网发送无功时，逆变器并网控制器30根据无功输送信号给中压开关发送合闸指令，使中压开关合闸，逆变器实现并网，从而实现中压并网并进行无功功率输出；当停止夜间svg功能时，则可以使逆变器并网控制器30给中压开关发送分闸指令，中压开关分闸，基于中压开关k10的中压并网逆变系统脱网。如此，即可在需要给电网发送无功时，又可以使中压变压器20并网。避免了环网中压变压器20的空载损耗，系统损耗电能相比现有技术中的常规方案要小很多。
[0066]
结合上述中压光伏并网逆变系统的实施例，阐述本发明中压光伏并网逆变系统应用于光伏发电系统的工作原理：
[0067]
基于集成电压传感器的中压开关的中压光伏并网逆变系统，其由光伏逆变器10、中压变压器20、集成了电压传感器的中压开关k10(包括但不限于中压断路器、接触器、负荷开关等中压开关电器)、直流母线电压检测电路40、逆变器并网控制器30组成。
[0068]
其中，光伏逆变器10的交流输出侧接中压变压器20的低压侧，中压变压器20的高压侧接中压开关k10。直流母线电压检测电路40检测光伏逆变器10直流母线电压udc，中压开关k10内集成的电压传感器pt2和pt1分别检测中压开关k10进线端和出线端的线电压u(即变压器高压侧电压)和u＇(即电网电压)。直流母线电压检测电路40和集成的电压传感器将检测到的信号发送给逆变器并网控制器30。逆变器并网控制器30可控制中压开关k10的分闸和合闸。
[0069]
当基于集成电压传感器的中压开关k10的中压光伏并网逆变系统处于脱网状态时，光伏逆变器10启动后，中压开关k10内集成的电压传感器pt2和pt1分别检测中压开关k10进线端和出线端的线电压u和u＇，然后将检测结果发送给逆变器并网控制器30。若逆变器并网控制器30判断符合并网条件，则给中压开关k10发送合闸指令，使中压开关k10合闸，逆变器并网。
[0070]
当基于集成电压传感器的中压开关k10的中压光伏并网逆变系统处于并网状态时，直流母线电压检测电路40检测逆变器的直流侧输入母线电压udc，并将检测结果发送给逆变器并网控制系统。当udc的值小于最低并网电压并持续一段时间时，光伏逆变器10进入待机状态，逆变器并网控制器30给中压开关k10发送分闸指令，中压开关k10分闸，基于集成电压传感器的中压开关k10的中压光伏并网逆变系统脱网。
[0071]
当夜间需要光伏逆变器10向电网发送无功时，逆变器并网控制器30则给中压开关k10发送合闸指令，使光伏逆变器10并网。
[0072]
本发明还提出一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括中压电力系统及如上所述的中压光伏并网逆变系统。该中压光伏并网逆变系统的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明光伏发电系统中使用了上述中压光伏并网逆变系统，因此，本发明光伏发电系统的实施例包括上述中压光伏并网逆变系统全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
[0073]
参照图4，在一实施例中，中压光伏并网逆变系统的数量可以是多个，多个所述中压光伏并网逆变系统通过各自的中压开关k10的输出端相互连接。
[0074]
本实施例中，由该中压光伏并网逆变系统组成的光伏发电系统，多个中压光伏并网逆变系统通过中压开关的输出端子，用母线电缆直接互相连接，最外侧的两个中压光伏并网逆变系统的中压开关则与中压电力系统连接，最后形成环网。在形成环网，也即并网时，中间的多个中压光伏并网逆变系统通过中压开关的输出端子以及母线电缆互相连接，最外侧的两个中压光伏并网逆变系统的中压开关则与中压电力系统连接，最后各个中压光伏并网逆变系统之间形成环网。在形成断路，也即脱网时，两个输出端子与相邻的中压光伏并网逆变系统之间还形成环网连接，也即在单个的中压光伏并网逆变系统脱网时，不会影响其他中压光伏并网逆变系统之间的环网连接。
[0075]
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。