CN103825299A - 一种光伏并网发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏并网发电系统及其控制方法，该系统包括若干个光伏电池阵列、若干个分别与若干光伏电池阵列一一对应连接的最大功率点跟踪装置、汇流单元以及并网逆变器，其中，并网逆变器包括依次电性连接的斩波器组件单元以及逆变单元；斩波器组件单元包括串联连接在并网逆变器的直流母线之间的第一开关管以及耗能电阻；并网逆变器还包括一逆变器控制单元。实施本发明的有益效果是，在电网发生低压穿越或高压穿越等故障而引起直流母线电压升高时，控制斩波器组件单元中的第一开关管导通，通过耗能电阻泄放，从而降低直流母线电压，使直流母线电压快速恢复正常，保证了整个光伏并网发电系统的可靠运行。

Description

一种光伏并网发电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及光伏发电系统领域，更具体地说，涉及一种光伏并网发电系统及其控制方法。

背景技术

为了提升光伏发电系统的效率，出现一种如图1所示的光伏并网发电系统，每个光伏电池阵列支路都串联一个最大功率点跟踪（MPPT）装置，该装置中包含DC/DC升压电路。最大功率点跟踪（MPPT）装置跟随发电组件分散安装到不同的位置，多个MPPT装置的输出经过长距离的电缆或者汇流排汇合后送到并网逆变器的直流输入，再通过并网逆变器并入电网输出功率。由于最大功率点跟踪（MPPT）装置中包含DC/DC升压电路，光伏电池阵列输出的工作电压被升高后送到并网逆变器的直流输入电压，从而使得并网逆变器可以输出较高的交流电压进行并网，其输出电流也得以大大降低。因此降低了并网逆变器的成本，而且输出电流减小后，铜排及电缆的线损也大大降低。另外，采用图1所示的发电系统后,对于每500kW包含有多组MPPT跟踪点，可以减少光伏电池组件的差异或者环境的差异导致的发电量损失。

但是，对于图1所示的光伏并网发电系统，并网逆变器直流侧的工作电压较高，一旦发生电网电压的低压穿越或者高压穿越时，较易导致产生直流母线的过压保护，从而影响整个光伏发电系统的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述一旦发生电网低压穿越或者高压穿越等故障导致并网逆变器直流母线电压过高而易发生直流母线过压保护，从而影响整个光伏并网发电系统可靠性的缺陷，提供一种光伏并网发电系统，包括若干个光伏电池阵列、若干个分别与所述若干光伏电池阵列一一对应连接的最大功率点跟踪装置、汇流单元以及并网逆变器；所述若干个最大功率点跟踪装置中的每一个均与所述汇流单元连接，所述汇流单元与所述并网逆变器连接，所述汇流单元用于将多路直流电汇集成一路直流电输出，再通过所述并网逆变器将直流电逆变为交流电后输入到电网中；

其中，所述并网逆变器包括依次电性连接的斩波器组件单元以及逆变单元；所述斩波器组件单元包括串联连接在所述并网逆变器的直流母线之间的第一开关管以及耗能电阻；

所述并网逆变器还包括一逆变器控制单元，所述逆变器控制单元用于采样所述并网逆变器的直流母线电压，并在所述直流母线电压高于第一预设电压时、控制所述第一开关管导通以及在所述逆变器的直流母线电压低于第二预设电压时、控制所述第一开关管关断。

在上述光伏并网发电系统中，所述逆变器控制单元包括第一控制子单元和第二控制子单元，其中：

所述第一控制子用于在所述第一开关管导通且所述电网发生低压穿越时，控制所述逆变单元为所述电网提供容性无功支持；

所述第二控制子单元用于在所述第一开关管导通且所述电网发生高压穿越时，控制所述逆变单元为所述电网提供感性无功支持。

在上述光伏并网发电系统中，所述斩波器组件单元还包括与所述耗能电阻并联连接的第二开关管。

在上述光伏并网发电系统中，所述第一开关管包括IGBT、晶闸管、MOS管；所述第二开关管包括带续流二极管的IGBT、带续流二极管的MOS管、二极管。

在上述光伏并网发电系统中，所述逆变单元为三相全桥电路。

在上述光伏并网发电系统中，所述并网逆变器还包括与所述逆变单元连接的滤波单元，所述滤波单元为LC滤波单元。

在上述光伏并网发电系统中，所述最大功率跟踪装置包括一Boost升压电路。

还提供一种光伏并网发电系统的控制方法，所述光伏并网发电系统包括若干个光伏电池阵列、若干个分别与所述若干光伏电池阵列一一对应连接的最大功率点跟踪装置、汇流单元以及并网逆变器；所述若干个最大功率点跟踪装置中的每一个均与所述汇流单元连接，所述汇流单元与所述并网逆变器连接，所述汇流单元用于将多路直流电汇集成一路直流电输出，再通过所述并网逆变器将直流电逆变为交流电后输入到电网中；

其中，所述并网逆变器包括依次电性连接的斩波器组件单元以及逆变单元，所述斩波器组件单元包括串联连接在所述并网逆变器的直流母线之间的第一开关管以及耗能电阻；所述并网逆变器还包括一逆变器控制单元；

所述方法包括如下步骤：

S1：所述逆变器控制单元对所述并网逆变器的直流母线电压进行采样；

S2：所述逆变器控制单元在采样到的直流母线电压高于第一预设电压时，控制所述斩波器组件单元中的第一开关管导通；或

所述逆变器控制单元在采样到的直流母线电压低于第二预设电压时，控制所述斩波器组件单元中的第一开关管关断。

在上述光伏并网发电系统的控制方法中，所述方法还包括如下步骤：

S3：所述逆变器控制单元在所述第一开关管导通后且电网发生低压穿越时，控制所述逆变单元为所述电网提供容性无功支持；或

所述逆变器控制单元在所述第一开关管导通后且电网发生高压穿越时，控制所述逆变单元为所述电网提供感性无功支持。

在上述光伏并网发电系统的控制方法中，所述方法还包括如下步骤：

S4：所述逆变器控制单元对所述直流母线电压进行闭环控制以使直流母线电压稳定在第三预设电压。

实施本发明的光伏并网发电系统及其控制方法，具有以下有益效果：在光伏并网发电系统中的逆变器直流侧增加斩波器组件单元，使得在并网逆变器的直流母线电压高于第一预设电压时，通过逆变器控制单元控制斩波器组件单元中的第一开关管导通，直流母线上的能量通过耗能电阻泄放，从而降低直流母线电压。而在直流母线电压低于第二预设电压时，逆变器控制单元控制第一开关管关断。当电网发生低压或高压穿越等故障导致直流母线电压升高时，第一开关管导通，逆变器控制单元可对电网电压进行支撑（电网发生低压穿越）或者消弱（电网发生高压穿越）来降低直流母线电压。因此在电网发生低压穿越或者高压穿越等故障时能快速稳定直流母线电压，保证了光伏发电系统的可靠运行，充分发挥了光伏并网发电的优势和潜能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有的光伏并网发电系统结构图；

图2是本发明实施例的光伏并网发电系统结构图；

图3是图2中并网逆变器第一实施例的结构图；

图4是图2中并网逆变器第二实施例的结构图；

图5是图2中最大功率点跟踪装置的结构图；

图6是本发明实施例的光伏并网发电控制流程图；

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图2所示，本发明实施例的光伏并网发电系统包括若干个光伏电池阵列201、若干个分别与若干光伏电池阵列一一对应连接的最大功率点跟踪装置202、汇流单元203以及并网逆变器204；光伏电池阵列201是由多个光伏电池组成的阵列，也可是多个光伏电池阵列组成的，在此不作限制。

若干个最大功率点跟踪装置中的每一个均与汇流单元203连接；汇流单元203与并网逆变器204连接，汇流单元203用于将多路直流电汇集成一路直流电输出，再通过并网逆变器204将直流电逆变为交流电后输入到电网中。

图3为图2中并网逆变器的具体结构图，包括依次电性连接的斩波器组件单元2041、逆变单元2042以及滤波单元2043；其中，斩波器组件单元2041包括串联连接在并网逆变器直流母线（正直流母线2044和负直流母线2045）之间的开关管Q1及耗能电阻R。该并网逆变器还包括一逆变器控制单元（图未示）。相对现有光伏并网发电系统，本发明实施例在并网逆变器直流侧增加一斩波器组件单元2041。

本发明实施例中，逆变器控制单元采样直流母线电压，一般地通过逆变器控制单元对直流母线电压进行闭环控制使其稳定在第三预设电压，具体地，逆变器控制单元可通过控制逆变单元2042的开关管来实现。当电网电压发生低压穿越或者高压穿越等故障时，会引起直流母线电压波动而超过第一预设电压，此时逆变器控制单元控制斩波器组件单元内的开关管Q1导通，直流母线上的能量通过耗能电阻R进行泄放，防止直流母线电压进一步升高。之后，若直流母线电压低于第二预设电压，则逆变器控制单元控制斩波器组件单元中开关管Q1关断。一般地，第三预设电压的电压值＜第二预设电压的电压值＜第一预设电压的值，以1MW光伏并网逆变系统为例，第一预设电压的值可设定为880V，第二预设电压的值可设定为820V，第三预设电压的值可设定为800V。

上述逆变器控制单元可进一步包括第一控制子单元和第二控制子单元，当电网发生低压穿越或高压穿越等故障时，易导致直流母线电压升高，因此在开关管Q1导通且电网发生低压穿越时，通过逆变器控制单元中的第一控制子单元控制逆变单元为电网提供容性无功支持以提升电网电压；在开关管Q1导通且电网发生高压穿越时，通过逆变器控制单元中的第二控制子单元控制逆变单元为电网提供感性无功支持以降低电网电压。因此本发明并网逆变器中的斩波器组件单元主要用于在并网逆变器的直流母线电压异常升高时，通过控制开关管Q1的导通与关断以及在开关管导通时为电网提供容性无功支持（电网发生低压穿越）或者感性无功支持（电网发生高压穿越）从而使直流母线电压快速稳定在第三预设电压。

在本实施例中，斩波器组件单元2041包括开关管Q1和耗能电阻R，开关管Q1可以为IGBT或带续流二极管的IGBT、晶闸管、MOS管、接触器中的任意一种。

如图4所示，斩波器组件单元2041还包括与耗能电阻R并联连接的开关管Q2，开关管Q2可为带续流二极管的IGBT、带续流二极管的MOS管、二极管中的任意一种。

在本实施例中，开关管Q2维持不导通，做二极管使用，当斩波器组件单元需要开通工作时，逆变器控制单元发送一控制信号驱动开关管Q1导通，正直流母线的能量经开关管Q1和耗能电阻R进行泄放；当斩波器组件单元需要停止工作时，逆变器控制单元控制开关管Q1关断，耗能电阻R及引线电感上储存的能量经过开关管Q2的二极管进行续流，防止产生关断过电压损坏器件，因在大电流和高频开关中，电阻元件也会呈现一定的感性，同时连接电阻的导线也会呈现一定的感性，关断开关管电感的电流是不能立即切断的，必须提供续流通路，否则会在电阻或直流母线上产生高压而烧毁器件。

在本实施例中，逆变单元2042为三相全桥电路，滤波单元2043为LC滤波电路。

如图5所示，在本实施例中，最大功率跟踪装置202包括一Boost升压电路2021和控制单元2022。

图6为本发明实施例的光伏并网发电控制流程图，基于图2所示的并网逆变器，其控制方法包括如下步骤：

S1：逆变器控制单元对并网逆变器的直流母线电压进行采样；

S2：逆变器控制单元在采样到的直流母线电压高于第一预设电压时控制斩波器组件单元中的开关管Q1导通，以防止直流母线电压进一步升高；或

逆变器控制单元在采样到的直流母线电压低于第二预设电压时控制斩波器组件单元中的开关管Q1关断；

当电网发生低压穿越或高压穿越等故障时，易导致并网逆变器直流母线电压的升高。因此在步骤S2中直流母线电压高于第一预设电压，逆变器控制单元控制斩波器组件单元中的开关管Q1导通后还包括步骤：

S3：逆变器控制单元在电网发生低压穿越时，控制逆变单元中的三相桥臂开关管，为电网提供容性无功支持以提升电网电压；或

逆变器控制单元在电网发生高压穿越时，控制逆变单元中的三相桥臂开关管为电网提供感性无功支持以降低电网电压。

在步骤S3中，逆变器控制单元通过控制逆变单元对电网电压进行支撑（低压穿越时）或消弱（高压穿越时）来降低并网逆变器的直流母线电压，从而进一步快速稳定并网逆变器的直流母线电压。

在正常工作时，直流母线电压需要保持稳定，因此控制方法还包括以下步骤：

S4：逆变器控制单元对直流母线电压进行闭环控制以使直流母线电压稳定在第三预设电压。

一般地，第三预设电压的电压值＜第二预设电压的电压值＜第一预设电压的值，以1MW光伏并网逆变系统为例，第一预设电压的值可设定为880V，第二预设电压的值可设定为820V，第三预设电压的值可设定为800V。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种光伏并网发电系统，其特征在于，包括若干个光伏电池阵列、若干个分别与所述若干光伏电池阵列一一对应连接的最大功率点跟踪装置、汇流单元以及并网逆变器；所述若干个最大功率点跟踪装置中的每一个均与所述汇流单元连接，所述汇流单元与所述并网逆变器连接，所述汇流单元用于将多路直流电汇集成一路直流电输出，再通过所述并网逆变器将直流电逆变为交流电后输入到电网中；

其中，所述并网逆变器包括依次电性连接的斩波器组件单元以及逆变单元；所述斩波器组件单元包括串联连接在所述并网逆变器的直流母线之间的第一开关管以及耗能电阻；

所述并网逆变器还包括一逆变器控制单元，所述逆变器控制单元用于采样所述并网逆变器的直流母线电压，并在所述直流母线电压高于第一预设电压时、控制所述第一开关管导通以及在所述逆变器的直流母线电压低于第二预设电压时、控制所述第一开关管关断。

2.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述逆变器控制单元包括第一控制子单元和第二控制子单元，其中：

所述第一控制子单元用于在所述第一开关管导通且所述电网发生低压穿越时，控制所述逆变单元为所述电网提供容性无功支持；

所述第二控制子单元用于在所述第一开关管导通且所述电网发生高压穿越时，控制所述逆变单元为所述电网提供感性无功支持。

3.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述斩波器组件单元还包括与所述耗能电阻并联连接的第二开关管。

4.根据权利要求3所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述第一开关管包括IGBT、晶闸管、MOS管；所述第二开关管包括带续流二极管的IGBT、带续流二极管的MOS管、二极管。

5.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述逆变单元为三相全桥电路。

6.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述并网逆变器还包括与所述逆变单元连接的滤波单元，所述滤波单元为LC滤波单元。

7.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述最大功率跟踪装置包括一Boost升压电路。

8.一种光伏并网发电系统的控制方法，其特征在于，所述光伏并网发电系统包括若干个光伏电池阵列、若干个分别与所述若干光伏电池阵列一一对应连接的最大功率点跟踪装置、汇流单元以及并网逆变器；所述若干个最大功率点跟踪装置中的每一个均与所述汇流单元连接，所述汇流单元与所述并网逆变器连接，所述汇流单元用于将多路直流电汇集成一路直流电输出，再通过所述并网逆变器将直流电逆变为交流电后输入到电网中；

其中，所述并网逆变器包括依次电性连接的斩波器组件单元以及逆变单元，所述斩波器组件单元包括串联连接在所述并网逆变器的直流母线之间的第一开关管以及耗能电阻；所述并网逆变器还包括一逆变器控制单元；

所述方法包括如下步骤：

S1：所述逆变器控制单元对所述并网逆变器的直流母线电压进行采样；

S2：所述逆变器控制单元在采样到的直流母线电压高于第一预设电压时，控制所述斩波器组件单元中的第一开关管导通；或

所述逆变器控制单元在采样到的直流母线电压低于第二预设电压时，控制所述斩波器组件单元中的第一开关管关断。

9.根据权利要求8所述的光伏并网发电系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

S3：所述逆变器控制单元在所述第一开关管导通后且电网发生低压穿越时，控制所述逆变单元为所述电网提供容性无功支持；或

所述逆变器控制单元在所述第一开关管导通后且电网发生高压穿越时，控制所述逆变单元为所述电网提供感性无功支持。

10.根据权利要求8或9任一项所述的光伏并网发电系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

S4：所述逆变器控制单元对所述直流母线电压进行闭环控制以使直流母线电压稳定在第三预设电压。

Images