CN103001253B - 适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统及其供电方法，该供电系统包括交流供电电源和直流供电电源，该交流供电电源连接并网侧，并通过分别通过桥式整流模块（DB1）和桥式整流模块（DB2）连接控制系统和接触器线包，该直流供电电源连接光伏阵列直流侧，并通过一个DC/DC变换器连接接触器线包和控制系统，采取交直流冗余供电的方式，且将控制系统和接触器线包分别供电，解决了现有技术中电网发生低电压穿越故障时接触器线包失电脱网的问题。

Description

适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统及其供电方法

技术领域

本发明涉及一种适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统及其供电方法。

背景技术

近年来，光伏行业迅速发展壮大，为保持光伏行业良性发展，避免污染电网甚至损害用电设备，市场对光伏并网的核心部件——逆变器提出了严格的要求：具备低电压穿越功能，即在电网发生低电压穿越故障时，光伏并网逆变器不仅不能脱网，还要向电网提供无功支撑，以帮助电网尽快恢复，在0时刻，电网发生低压穿越故障，电网电压跌落，0~T1时刻光伏电站必须保持并网运行，T1~T2时刻当电网电压逐渐恢复，光伏电站才可以从电网切出。

但目前光伏并网逆变器控制系统供电方案在电网低电压穿越时存在如下2个问题：

1）系统发生低电压穿越时，电网电压跌落，传统内取电模式（即通过电网侧取电）在跌落时间段内失电，无法满足低电压穿越下逆变器控制系统供电要求；

2）系统发生低电压穿越时，电网电压跌落，接触器线包失电，会造成接触器主触点断开而脱网。

针对光伏逆变器控制系统及接触器低电压穿越下的供电要求，可以考虑从光伏阵列直流侧取电，组成交直流冗余供电系统，但即使采用这种模式仍存在一个问题：接触器线包的供电问题。

接触器线包为感性负载，其吸合时功率很大，但维持吸合时功率很小，吸合及维持损耗比例高达100:1，举500kW光伏逆变器用ABB接触器AF1350为例，其吸合瞬间功率可达1900VA，但维持功耗仅需17W，这种特殊的负载情况给控制系统供电回路的设计带来了困扰，如果前端直流电源功率小，则可能正常工作情况下接触器无法吸合启动或者即使接触器可以吸合，但造成供电电压波动太大，影响接触器吸合瞬间控制系统的正常工作，如果因为接触器吸合功率前端直流电源选的很大，稳态时功率需求却很小，会造成成本浪费。

综上，从光伏电站实际应用角度出发，光伏逆变器控制系统供电方案除需要满足低电压穿越时供电需求外，还要考虑交流及直流取电的配置组合模式，保证可靠性及经济性。基于此，一种高效且适用于低电压穿越要求的冗余供电方式便应运而生。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统及其供电方法，用以解决电网发生低电压穿越故障时接触器线包失电脱网的问题。

为实现上述目的，本发明的系统方案是：一种适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统，包括交流供电电源，该交流供电电源连接并网侧，并通过一个桥式整流模块连接接触器线包和控制系统，还包括直流供电电源，该直流供电电源连接光伏阵列直流侧，并通过一个DC/DC变换器连接接触器线包和控制系统。

所述交流供电电源通过桥式整流模块（DB1）连接到控制系统，并通过桥式整流模块（DB2）连接到接触器线包。

在所述控制系统与所述接触器线包的直流供电母线上还串接有限流电阻，所述限流电阻的一端连接所述控制系统的正极，另一端连接所述接触器线包的正极。

所述桥式整流模块（DB1）的正负直流输出端并联有滤波电容(C1)，所述桥式整流模块（DB2）的正负直流输出端并联有储能电容（C2）。

所述交流供电电源的输出电压大于直流供电电源的输出电压。

本发明的方法方案是：一种适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统的供电方法，包括如下步骤：

（1）在接触器线包上电吸合时，供电母线电压发生瞬时跌落，由交流侧为其供电；

（2）光伏逆变器正常运行后，仍由交流侧供电，当电网发生低压穿越故障时，交流侧断电，由直流侧为控制系统和接触器线包供电；

（3）电网电压恢复后，重新由交流侧为控制系统和接触器线包供电。

进一步地，为接触器线包和控制系统的供电采用的是不同的工作母线分别供电的方式。

本发明所达到的有益效果：

（1）对逆变器控制系统和接触器线包分别供电，避免了由于接触器线包上电吸合功率大引起供电母线波动，对逆变器控制系统的供电产生影响；

（2）采用交直流冗余供电的方式，由于电网侧交流电主要通过变压器转变而来，带载能力强，因此在接触器线包上电吸合时主要从交流侧取电，本发明在接触器线包供电母线上设有电容用以储能，同时并入直流电源，待低电压穿越交流侧失电时，控制系统和接触器线包转由直流电源供电，由于接触器线包保持功率很小，可以最大程度的减小直流电源的功率需求，减小系统成本；

（3）系统接触器线包和控制系统之间的供电母线上设有限流电阻，使接触器线包吸合时主要功率由交流侧提供，直流电源只起辅助支撑作用，在接触器线包吸合瞬间，系统供电更加稳定。

附图说明

图1是电网发生低压穿越故障时的电网电压变化曲线图；

图2是本发明的电路原理图；

图3是接触器线包上电吸合控制系统母线电压波形图；

图4是交流侧失电时控制系统母线电压波形图；

图5是交流侧电压恢复时控制系统母线电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图2所示的供电系统电路原理图，包括DC/DC变换器、限流电阻R、整流桥DB1、整流桥DB2、接触器开关QS、电容C1、电容C2。

由于接触器线包上电吸合功率很大，如果将控制系统与接触器线包供电共用一个供电母线，则接触器线包上电时功率过大会引起母线波动而影响控制系统供电，本发明将接触器线包和控制系统分别供电；同时，为防止接触器线包在低压穿越时断开，本发明采用交直流冗余供电方式，主要由电网侧的交流电供电，直流电源起辅助支撑的作用。

供电系统的直流侧连接一个DC/DC变换器，其输出电压为V2，输出功率为控制系统和接触器线包维持吸合的功率即可；电网侧分别通过两个整流桥DB1和DB2给控制系统及接触器线包供电，输出电压为V1，考虑到对供电纹波的要求，整流桥DB1的输出端并入滤波电容C2；在两个交流供电母线之间设有限流电阻R，用于在接触器线包吸合时主要功率由电网侧提供，使接触器线包吸合瞬间控制系统供电稳定；在接触器线包的交流供电母线之间并有电容C1用于储能，同时还有直流电源为其供电，以防止接触器线包上电吸合时电压跌落过多导致接触器断开；交流侧整流桥DB1和整流桥DB2的输入端设有接触器开关QS，用于在电网发生低电压穿越故障时将交流侧断电，使直流侧为接触器线包和控制系统供电。

考虑到经济性和可靠性，通常设置V1>V2，这样在电网正常时，控制系统及接触器线包均由交流侧供电，直流电源被钳位，在电网低电压穿越故障时，交流侧失电，改为由直流侧供电。

如图3，在接触器线包上电吸合时，瞬时功率大，因此其供电母线电压会出现瞬时跌落，但由于交流电主要是通过电网侧变压器转变而来，所以带载能力强，且控制系统与接触器线包的交流供电母线之间并入限流电阻，因此接触器线包启动功率主要由该路交流供电提供，并且对控制系统供电母线的影响很小。

如图4，在光伏逆变器正常运行后，当电网发生低电压穿越故障时，交流侧失电，此时供电母线会平滑过渡到由直流电源提供，并保持稳定，可确保低电压穿越时控制系统及接触器供电需求。

如图5，在电网低电压穿越故障恢复后，交流侧供电恢复，此时供电母线又会平滑过渡到由交流侧提供，并保持稳定，直流电源再次被钳位，控制系统及接触器线包供电正常。

综上，本发明充分考虑了光伏并网逆变器低电压穿越下的供电需求，同时兼顾了方案可靠性及经济性，可有效的保障光伏并网逆变器在低电压穿越故障下不脱网并提供无功支撑，此项专利受国家高技术研究发展计划（863计划）课题资助，课题编号：2012AA050206。

Claims (6)

1.一种适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统，包括交流供电电源，该交流供电电源连接并网侧，并通过桥式整流模块连接接触器线包和控制系统，其特征在于，还包括直流供电电源，该直流供电电源连接光伏阵列直流侧，并通过一个DC/DC变换器连接接触器线包和控制系统；所述交流供电电源通过桥式整流模块DB1连接到控制系统，并通过桥式整流模块DB2连接到接触器线包，从而对逆变器控制系统和接触器线包分别供电。

2.根据权利要求1所述的适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统，其特征在于，在所述控制系统与所述接触器线包的直流供电母线上还串接有限流电阻，所述限流电阻的一端连接所述控制系统的正极，另一端连接所述接触器线包的正极。

3.根据权利要求2所述的适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统，其特征在于，所述桥式整流模块DB1的正负直流输出端并联有滤波电容(C1)，所述桥式整流模块DB2的正负直流输出端并联有储能电容(C2)。

4.根据权利要求1所述的适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统，其特征在于，所述交流供电电源的输出电压大于直流供电电源的输出电压。

5.一种如权利要求1所述的适于低压穿越要求的光伏逆变器供电系统的供电方法，其特征在于，

(1)在接触器线包上电吸合时，供电母线电压发生瞬时跌落，由交流侧为其供电；

(2)光伏逆变器正常运行后，仍由交流侧供电，当电网发生低压穿越故障时，交流侧断电，由直流侧为控制系统和接触器线包供电；

(3)电网电压恢复后，重新由交流侧为控制系统和接触器线包供电。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为接触器线包和控制系统的供电采用的是不同的工作母线分别供电的方式。