CN102593864A - 一种光伏储能一体化变流器 - Google Patents

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张雪松
葛晓慧
周金辉
刘志超
陈健
李逢兵
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Abstract

本发明提供了一种光伏储能一体化变流器，由DC/DC、DC/AC两部分组成。其中，DC/DC部分采用模块化设计，支持多组电池接入，DC/DC侧各支路支持蓄电池及光伏电池的接入，各支路可独立控制。在并网运行时，DC/DC侧蓄电池支路采用恒功率充放电控制、光伏支路进行最大功率点跟踪控制(MPPT)，DC/AC侧功率模块采用PQ控制；在离网运行时，DC/DC侧蓄电池支路进行直流母线电压恒压控制、光伏支路进行大功率点跟踪控制(MPPT)，DC/AC侧功率模块进行独立逆变控制。有效的解决了现有技术中储能系统中各单元之间信号不能同步以及需要为蓄电池、光伏电池板等直流电压源单独配置变流器导致成本大的问题。

Description

一种光伏储能一体化变流器
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，更具体的说，是涉及一种光伏储能一体化变流器。
背景技术
在由分布式电源所组成的微网系统中，当新能源所占电源容量比重较大时，由于新能源出力具有随机性、间歇式的特点，新能源出力波动会对电网造成较大冲击，成为不可控的垃圾电。目前，通过多种储能元件包括各种类型的蓄电池、超级电容以及压缩空气等等以平滑新能源出力，使之成为可控源，从而保证系统内功率平衡。
对于现有的储能系统而言，协调控制时就需进行多个工作单元之间的通信，通常各单元之间信号不能同步，导致控制效果很难达到预期的目标。此外，在储能系统对蓄电池、光伏电池板等直流电压源进行配置时，需要为储能元件配置单独的变流器，这样导致储能系统的成本增大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光伏储能一体化变流器，以克服现有技术中储能系统中各单元之间信号不能同步以及单独配置变流器导致成本大的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光伏储能一体化变流器，包括DC/AC回路、DC/DC回路以及直流母线支撑电容，
所述DC/AC回路包括三桥臂整流逆变功率单元和LCL滤波电路，所述三桥臂整流逆变功率单元通过所述LCL滤波电路与外接交流电网相连；
所述DC/DC回路包括多组DC/DC功率模块，每组所述DC/DC功率模块包括三桥臂升降压功率单元和直流滤波电感，所述三桥臂升降压功率单元通过所述直流滤波电感与外接电池相连；
所述DC/DC回路的三桥臂升降压功率单元通过所述直流母线支撑电容与所述DC/AC回路的三桥臂整流逆变功率单元相连。
优选的，所述LCL滤波电路分为三相，
各相分别包括网侧滤波电感、滤波电容、机侧滤波电感和电阻，所述网侧滤波电感的第一端与所述DC/AC回路的三桥臂整流逆变功率单元对应相桥臂的中点处相连，所述网侧滤波电感的第二端与所述机侧滤波电感的第一端相连，所述机侧滤波电感的第二端与外接交流电网相连；所述网侧滤波电感的第二端与所述滤波电容的第一端相连，所述滤波电容的第二端与所述电阻的第一端相连；
各相中的所述电阻的第二端相连接。
优选的，
所述光伏储能一体化变流器DC/AC侧在并网运行时采用PQ控制，在离网运行时采用V/f控制；
所述光伏储能一体化变流器DC/DC功率模块接蓄电池时，在并网运行模式下采用恒功率充放电控制，在离网运行模式时采用直流母线电压恒压控制；
所述光伏储能一体化变流器DC/DC功率模块接光伏电池时，在并网运行模式和离网运行模式下均采用MPPT控制。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种光伏储能一体化变流器，采用两级式结构，由DC/DC、DC/AC两部分组成。其中，DC/DC部分采用模块化设计，支持多组电池接入，DC/DC侧各支路支持蓄电池及光伏电池的接入，各支路可独立控制。在并网运行时，DC/DC侧蓄电池支路采用恒功率充放电控制、光伏支路进行最大功率点跟踪控制(MPPT)，DC/AC侧功率模块采用PQ控制；在离网运行时，DC/DC侧蓄电池支路进行直流母线电压恒压控制、光伏支路进行大功率点跟踪控制(MPPT)，DC/AC侧功率模块进行独立逆变控制。有效的克服了现有技术中储能系统中各单元之间信号不能同步以及需要为蓄电池、光伏电池板等直流电压源单独配置变流器导致成本大的问题。
附图说明
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种光伏储能一体化变流器的结构示意图；
图2为本发明提供的光伏储能一体化变流器的DC/DC侧蓄电池支路恒功率充放电控制框图；
图3为本发明提供的光伏储能一体化变流器的DC/DC侧蓄电池支路直流母线电压恒压控制框图。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：
PQ控制：即恒功率控制，控制变流器的输出有功和输出无功为设定值。
V/f控制：即电压频率控制，控制变流器输出电压和频率为设定值，作为参考电源提供参考电压和频率。
恒功率充放电控制：控制接有蓄电池的DC/DC功率模块输出功率恒定(恒功率放电控制)或输入功率恒定(恒功率充电控制)。
直流母线电压恒压控制：以接有蓄电池的DC/DC功率模块直流侧母线电压恒定为控制目标，这种控制方式使蓄电池自动充放电以维持直流母线电压恒定。
MPPT控制：利用控制方法实现光伏电池的最大功率输出运行，被称为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)控制。在不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且唯一的最大功率点上(光伏电池输出功率特性曲线是一个以最大功率点位极值的单峰值函数)。
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做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。
本发明提供了一种光伏储能一体化变流器，采用两级式结构，由DC/DC、DC/AC两部分组成。其中，DC/DC部分采用模块化设计，支持多组电池接入，DC/DC侧各支路支持蓄电池及光伏电池的接入，各支路可独立控制。在并网运行时，DC/DC侧蓄电池支路采用恒功率充放电控制、光伏支路进行最大功率点跟踪控制(MPPT)，DC/AC侧功率模块采用PQ控制；在离网运行时，DC/DC侧蓄电池支路进行直流母线电压恒压控制、光伏支路进行大功率点跟踪控制(MPPT)，DC/AC侧功率模块进行独立逆变控制。有效的克服了现有技术中储能系统中各单元之间信号不能同步以及需要为蓄电池、光伏电池板等直流电压源单独配置变流器导致成本大的问题。
实施例一
请参阅附图1，为本发明提供的一种光伏储能一体化变流器的结构示意图，包括DC/AC回路1、DC/DC回路2以及直流母线支撑电容3，
所述DC/AC回路1包括三桥臂整流逆变功率单元和LCL滤波电路，所述DC/AC回路的三桥臂整流逆变功率单元通过所述LCL滤波电路与外接交流电网相连；
所述DC/DC回路2包括至少一组DC/DC功率模块，每组所述DC/DC功率模块包括三桥臂升降压功率单元和直流滤波电感，所述DC/DC功率模块的三桥臂升降压功率单元通过所述直流滤波电感与外接电池相连；
所述DC/DC回路2的三桥臂升降压功率单元通过所述直流母线支撑电容3与所述DC/AC回路1的三桥臂整流逆变功率单元相连。
优选的，所述LCL滤波电路分为三相，
各相分别包括网侧滤波电感、滤波电容、机侧滤波电感和电阻，所述网侧滤波电感的第一端与所述DC/AC回路的三桥臂整流逆变功率单元对应相桥臂的中点处相连，所述网侧滤波电感的第二端与所述机侧滤波电感的第一端相连，所述机侧滤波电感的第二端与外接交流电网相连；所述网侧滤波电感的第二端与所述滤波电容的第一端相连，所述滤波电容的第二端与所述电阻的第一端相连；
各相中的所述电阻的第二端相连接。
优选的，
所述光伏储能一体化变流器DC/AC侧在并网运行时采用PQ控制，在离网运行时采用V/f控制；
所述光伏储能一体化变流器DC/DC功率模块接蓄电池时，在并网运行模式下采用恒功率充放电控制，在离网运行模式时采用直流母线电压恒压控制；
所述光伏储能一体化变流器DC/DC功率模块接光伏电池时，在并网运行模式和离网运行模式下均采用MPPT控制。
所述光伏储能一体化变流器DC/AC侧控制策略具体为：
1)并网运行
所述光伏储能一体化变流器并网运行时，所述变流器DC/AC侧与外部电网联接。所述变流器DC/AC侧功率模块采用电网电压矢量定向控制，通过坐标变换，基于DQ旋转坐标系下实现有功、无功解耦控制，通过双闭环控制以实现DC/AC侧有功功率、无功功率的定功率控制；采用电压空间矢量脉宽调制方法控制DC/AC功率模块开关器件的占空比；所述光伏储能一体化变流器并网运行时，DC/AC侧功率模块以直流母线电压恒定为控制目标。
2)离网运行
所述光伏储能一体化变流器离网运行时，所述变流器DC/AC侧与外部电网断开，与就地负载联接。所述光伏储能一体化变流器DC/AC侧功率模块采用V/f控制，通过交流电压有效值闭环控制方法，控制光伏储能一体化变流器DC/AC功率模块开关器件的占空比，实现DC/AC功率模块出口经滤波器后的端电压幅值及频率保持恒定的目标。
图2所示为所述光伏储能一体化变流器DC/DC侧蓄电池支路恒功率充放电控制框图。
所述光伏储能一体化变流器DC/DC侧控制策略具体如下：
1)并网运行
所述光伏储能一体化变流器并网运行时，所述变流器DC/DC侧蓄电池支路进行两段式充电(即恒功率充电、恒压充电)或恒功率放电。所述DC/DC侧蓄电池支路进行两段式充电时，功率模块按BUCK电路工作；所述DC/DC侧蓄电池支路进行恒功率放电时，功率模块按BOOST电路工作。所述光伏储能一体化变流器DC/DC侧光伏支路采用最大功率点跟踪控制(MPPT)，可通过直流母线耦合对蓄电池进行充电。
图3所示为所述光伏储能一体化变流器DC/DC侧蓄电池支路直流母线电压恒压控制框图。
2)离网运行
所述光伏储能一体化变流器离网运行时，所述变流器DC/DC侧蓄电池支路进行直流母线电压恒压控制。当直流母线电压大于设定的高值即Udc_bus＞Uset_H时，如图3中所示，则对蓄电池进行充电，对应功率模块按BUCK电路运行；当直流母线电压小于设定的低值即Udc_bus＜Uset_L时，如图3中所示，则对蓄电池进行放电，对应功率模块按BOOST电路运行。所述光伏储能一体化变流器DC/DC光伏支路进行最大功率点跟踪控制，通过直流母线耦合对蓄电池进行充电。
综上所述：本发明提供了一种光伏储能一体化变流器，采用两级式结构，由DC/DC、DC/AC两部分组成。其中，DC/DC部分采用模块化设计，支持多组电池接入，DC/DC侧各支路支持蓄电池及光伏电池的接入，各支路可独立控制。在并网运行时，DC/DC侧蓄电池支路采用恒功率充放电控制、光伏支路进行最大功率点跟踪控制(MPPT)，DC/AC侧功率模块采用PQ控制；在离网运行时，DC/DC侧蓄电池支路进行直流母线电压恒压控制、光伏支路进行大功率点跟踪控制(MPPT)，DC/AC侧功率模块进行独立逆变控制。有效的克服了现有技术中储能系统中各单元之间信号不能同步以及需要为蓄电池、光伏电池板等直流电压源单独配置变流器导致成本大的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种光伏储能一体化变流器，其特征在于，包括DC/AC回路、DC/DC回路以及直流母线支撑电容，
所述DC/AC回路包括三桥臂整流逆变功率单元和LCL滤波电路，所述三桥臂整流逆变功率单元通过所述LCL滤波电路与外接交流电网相连；
所述DC/DC回路包括至少一组DC/DC功率模块，每组所述DC/DC功率模块包括三桥臂升降压功率单元和直流滤波电感，所述三桥臂升降压功率单元通过所述直流滤波电感与外接电池相连；
所述DC/DC回路的三桥臂升降压功率单元通过所述直流母线支撑电容与所述DC/AC回路的三桥臂整流逆变功率单元相连。
2.根据权利要求1所述的光伏储能一体化变流器，其特征在于，所述LCL滤波电路分为三相，
各相分别包括网侧滤波电感、滤波电容、机侧滤波电感和电阻，所述网侧滤波电感的第一端与所述DC/AC回路的三桥臂整流逆变功率单元对应相桥臂的中点处相连，所述网侧滤波电感的第二端与所述机侧滤波电感的第一端相连，所述机侧滤波电感的第二端与外接交流电网相连；所述网侧滤波电感的第二端与所述滤波电容的第一端相连，所述滤波电容的第二端与所述电阻的第一端相连；
各相中的所述电阻的第二端相连接。
3.根据权利要求1所述的光伏储能一体化变流器，其特征在于，
所述光伏储能一体化变流器DC/AC侧在并网运行时采用PQ控制，在离网运行时采用V/f控制。
4.根据权利要求1所述的光伏储能一体化变流器，其特征在于，所述光伏储能一体化变流器DC/DC功率模块接蓄电池时，在并网运行模式下采用恒功率充放电控制，在离网运行模式时采用直流母线电压恒压控制。
5.根据权利要求1所述的光伏储能一体化变流器，其特征在于，
所述光伏储能一体化变流器DC/DC功率模块接光伏电池时，在并网运行模式和离网运行模式下均采用MPPT控制。
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