CN104333035A - 一种可抑制电网电压不平衡的光伏发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种可抑制电网电压不平衡的光伏发电系统，该光伏发电系统在直流逆变成交流注入电网的同时，可自动输出补偿电流，能够有效解决三相电压不平衡的问题，且设备具有新结构的旁路保护功能。包括光伏阵列、二极管、电容器、逆变单元、电抗器、滤波电容器、电流控制单元，设备投入运行开关、旁路开关，滤波电容器输出端串联有设备投入运行开关，电流控制单元输出PWM波形完成对逆变单元的控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏并网发电系统。
背景技术
光伏发电是将光伏电池板的直流电能经逆变器转换成可送入电网的交流电能，在光伏发电并入电网的过程中，会产生电网电压不平衡的问题，同时也会对接在该公用电网中的其他用电设备带来一些不良的影响甚至危害。不平衡电流注入系统后会造成三相电压不平衡，工作在三相不平衡电压的电网上的负荷，电机类负荷会造成电机轴振动，严重时会损坏电机。
目前，针对三相电压不平衡问题解决方法是在电网中加SVC，SVC是靠改变阻抗来实现的，对于一个单相负荷相当在另外两项分别加电感、电容。对于在两项或三相间变化(即不确定哪相负荷大)的单相负荷，其容性必须按三相中的最大值计算，而对于可变电感的容量是三相所需最大电感与最大电容之和。这种靠改变阻抗来调节电压的方式，其调节能力很弱。且SVC主要缺点如下：
1)其安装容量大，占地空间大，自身损耗大，通风散热困难。
2)自身产生谐波，需配置合适的滤波器来滤波。
3)SVC的主控器件是晶闸管，其响应速度慢对于快速变化的负荷达不到理想的效果。
4)SVC输出受电网电压影响，其输出能力与电网电压平方成正比。
5)滤波器是靠改为谐波阻抗来滤波的，在系统中会产生串并联谐振，危害供电安全。
6)TCR的空芯电抗器对周围产生电磁干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种可抑制电网电压不平衡的光伏发电系统，该光伏发电系统在直流逆变成交流注入电网的同时，可依据当时电流的情况，逆变器可自动输出补偿电流，能够有效解决三相电压不平衡的问题，且响应速度快，跟踪精度高，可大大提高电网的稳定性和可靠性；且设备具有新结构的旁路保护功能。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种可抑制电网电压不平衡的光伏发电系统，包括光伏阵列、二极管D、电容器C1、逆变单元、电抗器L、滤波电容器C2、电流控制单元，设备投入运行开关K2、旁路开关K1，光伏阵列直流输出正极端设有二极管D，二极管负极端与电容器C1正极相连接；电容器C1输出端接有逆变单元，逆变单元输出端接有电抗器L，电抗器L输出端接滤波电容器C2；滤波电容器C2输出端串联有设备投入运行开关K2，输出经连接电缆与电网相连接；在电抗器输出端还设有电流互感器CT和电压互感器PT，电流互感器CT和电压互感器PT经信号传输线与电流控制单元相连接，电流控制单元输出PWM波形完成对逆变单元的控制；在逆变单元的每一相进线端和设备投入运行开关K2的输出端还设有旁路开关K1。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1、光伏并网发电系统能实现谐波就地补偿功能，使并网逆变器输出的电流波形平滑无谐波，不污染电网。使光伏发电更加稳定，使光伏电站发出的电几乎无谐波，更适应市场需求。
2.本装置具有保护和旁路功能，当系统出现故障时通过控制旁路开关K1、设备投入运行开关K2将系统退出运行，对设备具有保护作用。
附图说明
图1是发明的主电路图。
图2是逆变单元的的电路图。
图3是电流控制单元的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
见图1，一种可抑制电网电压不平衡的光伏发电系统，包括光伏阵列、二极管D、电容器C1、逆变单元、电抗器L、滤波电容器C2、电流控制单元，设备投入运行开关K2、旁路开关K1，光伏阵列直流输出正极端设有二极管D，二极管负极端与电容器C1正极相连接；电容器C1输出端接有逆变单元，逆变单元输出端接有电抗器L，电抗器L输出端接滤波电容器C2；滤波电容器C2输出端串联有设备投入运行开关K2，输出经连接电缆与电网相连接；在电抗器输出端还设有电流互感器CT和电压互感器PT，电流互感器CT和电压互感器PT经信号传输线与电流控制单元相连接，电流控制单元输出PWM波形完成对逆变单元的控制；在逆变单元的每一相进线端和设备投入运行开关K2的输出端还设有旁路开关K1。
由电抗器L、电容器C2串联组成的LC滤波器的输出端串联有设备投入运行开关K2，在逆变单元的进线端和设备投入运行开关K2的输出端还设有旁路开关K1。当系统出现故障时通过控制旁路开关K1、设备投入运行开关K2将系统退出运行，对设备具有保护作用。
见图2，逆变单元由六个IGBT全控型器件(IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6)分别与二极管(D1、D2、D3、D4、D5、D6)反并联组成两电平PWM逆变，逆变后信号输入由电抗器L、电容器C2串联构成的LC滤波支路。
图3是电流控制单元原理图，电流控制单元由FPGA芯片、CPU芯片、A/D芯片组成，电压信号PT或电流信号CT经A/D转换后进入CPU芯片，经CPU芯片处理后进入FPGA芯片，经FPGA芯片处理后输出逆变单元的PWM控制信号。
本系统的工作过程是：谐波电流检测装置PT、CT采集得到系统的实时谐波电压，将谐波电压或电流信号输入电流控制单元，由电流控制单元计算得出一个与谐波电压大小相等、方向相反的电压，由逆变单元经由电抗器L、电容器C2串联构成的LC滤波支路，该电流与谐波电流相叠加，使谐波电流输出为零，达到滤除电网谐波电流的作用。
本装置具有保护和旁路功能，由电抗器L、电容器C2串联组成的LC滤波器的输出端串联有设备投入运行开关K2，在逆变单元的进线端和设备投入运行开关K2的输出端还设有旁路开关K1。当系统出现故障时通过控制旁路开关K1、设备投入运行开关K2将系统退出运行，对设备具有保护作用。
本装置的电流控制单元具有以下功能：
1)采集分析由谐波检测装置PT、CT采集得到的系统的谐波电压或谐波电流；
2)采集和分析谐波检测装置得到的谐波电流及逆变单元的目标谐波电流并通过计算调整，使谐波检测装置的谐波电压为“0”；
4))保护和旁路功能，检测装置的运行状态，当装置有故障时通过控制旁路开关K1和设备投入运行开关K2来将设备退出运行。
本装置采用的电抗器L为工业用电抗器，其电抗不大于系统阻抗的10％且与电容器C2构成50Hz滤波器，以保证系统的稳定性。
电抗器L与电容器C2综合构成LC滤波支路，谐振点低于滤除谐波的最小次数，一般选3次以下。
逆变单元的开关器件选择IGBT或更高开关频率的全控型器件，采用H桥或其他拓扑方式，以电流作为控制目标。
光伏电站由光伏阵列构成，光伏阵列输出的直流电经过汇流箱，送入逆变单元的直流输入端，输入的直流电经过逆变单元的逆变作用，将直流电变为与电网电压同频同相的交流工频电，然后经过滤波单元的滤波，以及本发明谐波补偿单元将谐波补偿掉，最终将无谐波污染的交流电并入电网。本发明的保护和旁路功能，对设备具有保护作用。
Claims (1)
1.一种可抑制电网电压不平衡的光伏发电系统，其特征在于，包括光伏阵列、二极管D、电容器C1、逆变单元、电抗器L、滤波电容器C2、电流控制单元，设备投入运行开关K2、旁路开关K1，光伏阵列直流输出正极端设有二极管D，二极管负极端与电容器C1正极相连接；电容器C1输出端接有逆变单元，逆变单元输出端接有电抗器L，电抗器L输出端接滤波电容器C2；滤波电容器C2输出端串联有设备投入运行开关K2，输出经连接电缆与电网相连接；在电抗器输出端还设有电流互感器CT和电压互感器PT，电流互感器CT和电压互感器PT经信号传输线与电流控制单元相连接，电流控制单元输出PWM波形完成对逆变单元的控制；在逆变单元的每一相进线端和设备投入运行开关K2的输出端还设有旁路开关K1。
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