CN105529735A - 并网光伏发电系统 - Google Patents

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CN105529735A CN201510827568.5A CN201510827568A CN105529735A CN 105529735 A CN105529735 A CN 105529735A CN 201510827568 A CN201510827568 A CN 201510827568A CN 105529735 A CN105529735 A CN 105529735A
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Abstract

本公开涉及一种并网光伏发电系统，且具体地，涉及一种包括电力维持单元的并网光伏发电系统，所述电力维持单元被配置为当由于电网中产生故障而导致停止供电时，在光伏系统的相应的运行时间内维持控制器的电力，由此，可稳定地给控制器供应电力并可维持控制器的电力，光伏系统的设计和与电网连接的设置可简单并易于执行，可针对电网中发生的故障来控制光伏系统的相应的运行，并能够准确、恰当、有效地处理电网中发生的故障。

Description

并网光伏发电系统
技术领域
本公开涉及一种并网光伏发电系统，且具体地，涉及以下一种并网光伏发电系统，其中当由于电网中发生故障而导致停止供电时，在相应的运行时间内维持对控制光伏系统运行的控制器的电力供应。
背景技术
光伏发电系统指的是一种将在太阳能电池中根据光电效应产生的直流(下文中简称为“DC”)电变换为交流(下文中简称为“AC”)电的系统，并包括太阳能电池、电力变换系统(下文中简称为“PCS”)以及电网。光伏发电系统可分类为独立式系统和并网式系统，且一般情况下，并网大容量光伏系统包括太阳能电池、DC链路、DC/AC逆变器、线圈和电容器(简写为LC)滤波器以及变压器。并网(gridtying)应符合规定的条件，这种并网条件被称为故障穿越(FaultRideThrough)(下文中简称为“FRT”)。FRT条件指的是发生诸如瞬时电压下降或频率故障的电网干扰的情形下关于逆变器将持续工作还是停止而不断开的条件。
图1是示出根据现有技术的分布式电力的FRT的概念图。
图2是示出根据现有技术的分布式电力的FRT条件的示例的表。
如图1所示，在分布式电力的引入被扩展到使得电力系统得到大面积多数量连接的情况下，当分布式电力由于电力系统的扰动而同时断开时，电力的质量会受到很大影响，因此，为解决这一问题，FRT功能非常重要。图2的表中示出了针对在一定程度上的电网的扰动，是否继续运行而不断开的具体规定的示例。
这里，所述断开指的是分布式电力和电网之间的连接的中断。
图3A是示出根据现有技术的小容量并网光伏发电系统的结构的视图。
图3B是示出根据现有技术的大容量并网光伏发电系统的结构的视图。
图3A所示的现有技术的小容量并网光伏发电系统包括光伏阵列(换言之，光伏电池阵列)、变换器、逆变器、滤波器和电网。用于这种并网光伏发电系统的系统控制器使用由光伏阵列所产生的电力，并且开关式电源(下文中简称为“SMPS”)被设计为供应电力。图3B所示的现有技术的大容量并网光伏发电系统也包括光伏阵列、逆变器、滤波器和电网。用于图3B所示的并网光伏发电系统的系统控制器使用电网电力并使用商用SMPS，且不间断电源(下文中简称为“UPS”)并联连接以供应电力来对应于FRT。现有技术的小容量并网光伏发电系统需要适合于光伏阵列的输入电压规格的DC-DCSMPS设计和匹配SMPS性能以及高可靠性。因此，现有技术的大容量并网光伏发电系统导致了用于购买UPS的额外成本，并且由于UPS应不间断地处于待机状态，所以光伏发电系统的整体效率如UPS的备用电力一样而降低。
发明内容
因此，本公开的一个目的是提供如下一种并网光伏发电系统，其中，当由于电网中发生故障而导致停止供电时，在光伏发电系统相应的运行时间内维持对控制器的电力供应。
为了实现这些及其他优点并根据本公开的目的，正如在此具体实施和宽泛描述的，根据本公开的并网光伏发电系统包括：
光伏系统，其并入电网且运行；和
控制器，其通过电网供应的电力而启动来控制光伏系统的运行，
其中，所述控制器包括电力维持单元，电力维持单元被配置为当电网中发生故障而停止电网供应电力时，在所述光伏系统的相应的运行时间内维持电力；
开关式电源，其连接至电网并被配置为将从电网供应的电力变换成启动电力；以及
控制单元，其由所述启动电力启动来控制所述光伏系统的运行。
根据本公开的一个方案，所述光伏系统包括产生直流电力的光伏阵列，和被配置为将由光伏阵列所产生的直流电力变换成可供应给电网的形式的电力变换装置，
其中，所述电力变换装置包括被配置为将所述直流电力变换成交流电力的逆变器和被配置为对所述交流电力进行滤波的滤波器。
根据本公开的另一方案，根据本公开的并网光伏发电系统，其中所述电力变换装置进一步包括被配置为变换所述直流电力的大小的变换器。
根据本公开的又一方案，当电网中发生故障时，所述光伏系统被配置为使得光伏系统至电网的连接被切断。
根据本公开的又一方案，当电网中发生故障时，控制器被配置为使得在相应的运行时间内通过电力维持单元维持供应给所述控制器的电力来控制光伏系统的运行。
根据本公开的又一方案，控制器被配置为基于相应运行时间内电网和光伏系统的状态来判定继续还是停止所述光伏系统的运行，并根据判定结果来控制所述光伏系统的运行的继续或停止。
根据本公开的又一方案，电力维持单元被配置为电容器，该电容器具有凭其维持对控制器的电力供应的时间常数等于相应的运行时间的容量。
根据本公开的又一方案，所述电容器为电解电容器和超级电容器中的任意一种。
根据本公开的又一方案，电力维持单元具有可与控制器分离的结构，以便于进行更换。
从下文给出的本公开中，本申请的进一步的适用范围将变得更加显而易见。然而，应当理解地是，由于在本发明的精神和范围内的各种变化和修改由本公开对本领域的技术人员来说将变得显而易见，所以仅仅通过说明的方式给出本公开和具体示例，而本公开和具体示例表示本发明的优选实施例。
附图说明
所包括的附图提供了对本公开的进一步理解，其包含在本说明书中且构成本说明书的一部分，附图中示了示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
在图中：
图1是示出根据现有技术的分布式电力的FRT的概念图。
图2是示出根据现有技术的分布式电源的FRT条件的示例的表。
图3A是示出根据现有技术的小容量并网光伏发电系统的结构的框图。
图3B是示出根据现有技术的大容量并网光伏发电系统的结构的框图。
图4是示出根据本发明的优选实施例的并网光伏发电系统的结构的框图。
图5是示出根据本发明的优选实施例的并网光伏发电系统的详细结构的框图。
图6是示出根据本发明的并网光伏发电系统的另一优选实施例的并网光伏发电系统的结构的框图。
具体实施方式
将参照附图详细给出对示例性实施例的描述。为参照附图简单描述起见，相同或等同的部件将设置相同的附图标记，并将不再重复对其的说明。
本公开所披露的技术可应用于并网光伏发电系统。然而，本公开所披露的技术并不局限于此，从而也可以应用于任一并网光伏发电系统、应急发电系统以及其他新的可再生能源发电系统。具体地，所述新的可再生能源发电系统是利用可再生能源的环保发电，且包括例如，太阳能发电、生物质发电、小型水电发电、海洋能发电、废能发电、地热发电、风力发电、燃料电池发电等。
本文所采用的术语仅用于描述具体实施方式，并非意在限制本发明。除非另有定义，否则本文所采用的所有术语均具有由本发明相关领域的任何一个普通技术人员所通常理解的相同的含义，且不应当被解释为具有过于宽泛的含义或具有过于狭隘的含义，如果本文所采用的技术术语是错误的而无法准确表达本发明的技术构思，则应当用允许本领域人员正确理解的技术术语来替换。本文中所采用的一般术语应当依据字典中或上下文中的定义来被解释，而不应当被解释为过于狭隘的含义。
如本文所采用的，除非上下文另有明确所示，否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”旨在也包括复数形式。将进一步理解地是，术语“包括(comprises)”、“包括有(comprising)”、“包含(includes)”和/或“包含有(including)”当用于本文时，指定存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或增加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。
现将参照附图描述本发明的示例性实施例，其中相同的数字通篇指代相同的元件。
此外，在本发明的描述中，如果对于现有公知功能或构造的详细解释被认为是不必要地偏离了本发明的要旨，则省略这样的解释，而本领域技术人员应该能够理解。本发明的附图旨在便于理解本发明，而不应当被解释为限制于所述附图。
在下文中，将参照图4到6描述本公开所披露的并网光伏发电系统。
图4是示出根据本发明的优选实施例的并网光伏发电系统的结构的框图。
图5是示出根据本发明的优选实施例的并网光伏发电系统的详细结构的框图。
图6是示出根据本发明的并网光伏发电系统的另一优选实施例的并网光伏发电系统的结构的框图。
如图4所示，根据本发明的优选实施例的并网光伏发电系统500(在下文中称为“发电系统”)包括并网光伏系统200和控制器300，控制器300由从电网100供应的电力启动来控制光伏系统200的运行。控制器300包括电力维持单元310，当由于电网100中发生故障而导致停止供电时，在光伏系统200的相应的运行时间内，电力维持单元310维持给控制器300的电力。
电网100，其接收并供应电能，是一种无限总线的系统，在该系统中，多个发电厂、变电站和输配电线路组合成一体来产生电力并传输和分配电力。
电网100可连接至电负载并供应电力给所述负载，所述电负载包括消耗电力的消费者、消费群体以及消费设施。
电网100可连接至光伏系统200，接收由光伏系统200产生的电力并将所接收的电力供应给负载。
也就是，电网100可以是电力的分配路径，通过该路径接收电力并在多个发电厂、变电站、配电站和电负载之间供应电力。
光伏系统200指的是通过利用光伏发电原理产生电力、变换所产生的电力并供应电力的电力系统。光伏系统200可连接至电网100，并将所产生的电力供应给电网100。
当光伏系统200连接至电网100时，光伏系统200可以运行。
也就是，连接至电网100可为光伏系统200的运行条件。
当至电网100的连接被切断(换言之“中断”)时，光伏系统200会停止运行。
也就是，当电网100有故障时或当与电网100的连接条件不相同所以至电网100的连接被切断时，光伏系统200可停止运行。
光伏系统200可在连接至电网100时运行，且这里，光伏系统200可在控制器300的控制下运行。
也就是，当光伏系统200未被控制器300控制时，光伏系统200的运行会停止。
控制器300指的是控制光伏系统200运行的中央控制器。
控制器300可连接至电网100，并由从电网100接收到的电力来启动。
控制器300可在控制器30从电网100接收到电力之际而启动的状态下，控制光伏系统200的运行。
也就是，当电网100有故障因此停止电力供应时，控制器300被停止，则无法控制光伏系统200的运行。
当电网100有故障因此停止向控制器300供应电力时，可通过电力维持单元310在光伏系统200的相应的运行时间内维持对控制器300的电力供应，则控制器300可以控制光伏系统200的运行而不停止。
也就是，当电网100有故障因此停止电网100的电力供应时，电力维持单元310在相应的一段时间内维持控制器300的电力，使得控制器300可在光伏系统200的相应的运行时间内控制光伏系统200的运行。
如上所述的发电系统500包括光伏系统200和控制器300，控制器300包括电力维持单元310，发电系统500可在图5和图6所示的实施例中实现。下文中，将参照图5和图6，主要参照图5描述本公开中所披露的并网光伏发电系统的实施例。
在发电系统500中，光伏系统200连接至电网100以便于运行。
光伏系统200包括产生DC电力的PV阵列210和将由PV阵列210所产生的DC电力变换成可以供应给电网100的形式(即AC电力)的电力变换装置220。
PV阵列210是一种通过根据光伏效应的原理向太阳能电池(下文中简称为太阳电池)施加光而产生电力的发电设施，其可以指的是实施为通过将太阳电池模块化而形成的光伏模块或采用通过连接多个光伏模块有目的形成的阵列形式来实施的设施或设施组。
PV阵列210可产生DC电力形式的电。
电力变换装置220可连接在PV阵列210和电网100之间，将由PV阵列210所产生的DC电力变换成可以供应给电网100的形式(即AC电力)，并将变换后的电力供应给电网100。
电力变换装置220可以包括将DC电力变换成AC电力的逆变器221和对所述AC电力滤波的滤波器222。
逆变器221可将DC电力变换成可以供应给电网100的AC电力。
逆变器221可将DC电力变换成AC电力，使得所述AC电力可变换成能够供应给电网100的大小。
例如，当电网100中使用的电压为22.9千伏(下文中简称为“KV”)时，逆变器221可将DC电力变换成22.9KV的AC电力。
滤波器222可对由逆变器221所变换的AC电力进行滤波，并将滤波后的AC电力供应给电网100。
电力变换装置220可进一步包括变换器223，变换器23变换由PV阵列210所产生的DC电力的大小的。
变换器223可将由PV阵列210所产生的DC电力的大小变换成能够很容易在逆变器221中变换的大小。
例如，当由PV阵列210所产生的DC电力的电压为400V，且逆变器221的输入电压为600V时，变换器223可将所述DC电力的电压(即400伏)变换成600V。
当电网100有故障时，光伏系统200至电网100的连接可被切断。
例如，当在电网100中产生扰动时，由于扰动导致的影响蔓延到连接至电网100的光伏系统200，从而引起光伏系统200的故障。因此，当在电网100中产生故障时，光伏系统200和电网100之间的连接可被切断。
光伏系统200和电网100之间的连接和断开可由控制器300控制。
控制器300可进一步包括开关式电源(下文中简称为“SMPS”)320和控制单元330，所述开关式电源320连接至电网100并将从电网100所供应的电力变换成用于控制单元330的启动电力，所述控制单元330通过所述启动电力而被启动以控制光伏系统200的运行。
SMPS320可为一种电源装置，其从电网100接收电力，将所接收的电力变换成能够启动控制器300或控制器300中所包含的控制单元330的大小和形式的启动电力，并输出变换后的电力。
SMPS320可切换输入电力以将所述电力变换为预先设定的输出电力。
控制单元330可以是用于控制光伏系统200运行的专用控制单元。
电力维持单元310包含在连接有SMPS320和控制单元330的线路中，使得从SMPS320输出的启动电力可经由电力维持单元310输入给控制单元330。
也就是，电力维持单元310可设置在SMPS320的输出端和控制单元330的输入端之间。
电力维持单元310可被配置为在其中充入从SMPS320输出的启动电力的装置或设施。
电力维持单元310可用启动电力充电，且当电网100有故障因此停止电网的电力供应时，电力维持单元310可以向控制器300供应所充的启动电力，从而维持对控制器300的电力供应。
电力维持单元310可在相应的运行时间内向控制器300供应启动电力。
当电网100中产生故障时，可由电力维持单元310维持对控制器300的电力供应，因此控制器300可在相应的运行时间内控制光伏系统200运行。
也就是，当电网100中产生故障时，可通过电力维持单元310维持在光伏系统200的相应的运行时间内对控制器300的电力供应，从而控制光伏系统200的运行。
所述相应的运行时间可为符合图2所示的表2中的FRT条件的时间。
在相应的运行时间内，控制器300基于电网100和光伏系统200的状态来判定是继续还是停止光伏系统200的运行，并可以根据判定结果来进行控制以继续或停止光伏系统200的运行。
可根据图2所示的表中的FRT条件来判定并控制所述判定结果以及根据所述判定结果的光伏系统200的相应的运行。
由于对于电网100中产生的故障由电力维持单元310在光伏系统200的相应的运行时间内维持控制器300的电力，因而控制器300在所述相应的运行时间内控制光伏系统200，所以可根据光伏系统200的FRT条件来执行发电系统500的FRT功能。
电力维持单元310可被配置为电容器，该电容器具有凭其维持对控制器300电力供应的时间常数等于相应的运行时间的容量。
也就是，所述相应的运行时间，其为电力维持单元310的时间常数并由电力维持单元310所维持，可以指的是在其中将启动电力充入电力维持单元310中以及电力维持单元310将所充入的启动电力供应给控制器300的时间。相应的运行时间还指的是对于控制器300的电力维持时间，控制器300在其内控制光伏系统200的运行的时间。此外相应的运行时间还指的是在电网100中发生故障时继续光伏系统200运行所需要的时间，以及在其中执行光伏系统200的相应操作的时间。
所述电容器为电解电容器和超级电容器中的任意一种。
也就是，电力维持单元310可被配置为电解电容器和超级电容器中的任意一种电容器，并可具有这样的容量，使得根据所述容量所确定的时间常数等于所述相应的运行时间。
电力维持单元310具有可与控制器300分离的结构，以便于进行更换。
也就是，在需要根据FRT条件或根据电网100和光伏系统200的结构和设置的变化而改变所述相应的运行时间的情况下，用具有适合于这种情况的电容的电容器来替换电力维持单元310，从而可准确并适当地执行发电系统500的FRT功能。
如上所述的发电系统500可具有如图6所示的电路结构。然而，图6所示的电路结构并不是发电系统500的必需的部件，则发电系统500可被实施为在所示的电路中增加或在所示的电路中删除一个或多个部件的形式。
如图6中的电路结构所示，光伏系统200可具有包括R、S和T相在内的三相，而电力变换装置220可进一步包括在逆变器221前级的变换器223。光伏系统200可进一步包括被配置为测量电流和电压的电流互感器(简称为CT)和电压互感器(简称为PT)、作为被控制与电网100连接的开关的电磁接触器、被配置为防止电磁接触器切换时产生浪涌电流的初始充电电路，以及被配置为过滤谐波的电磁兼容性(简称为EMC)滤波器，且控制器300的控制单元330可控制逆变器221。
上述的并网光伏发电系统的实施例可应用于和实施在本发明的技术构思适用于的任何并网光伏发电系统和任何应急发电系统中。
并网光伏发电系统的实施例还可应用于和实施在本发明的技术构思适用于的分布式电力系统和新的可再生能源发电系统中。
根据本发明的实施例，由于本公开中所披露的并网光伏发电系统包括被配置为在电网中发生故障而停止供电时，在光伏系统的相应运行时间内维持对控制器的电力供应的电力维持单元，因此，可稳定地供应给控制器电力并可稳定地维持对控制器的电力供应。
根据本发明的实施例，由于本公开中所披露的并网光伏发电系统包括被配置为在电网中发生故障而停止供电时，在光伏系统的相应运行时间内维持对控制器的电力供应的电力维持单元，因此，光伏系统的设计和光伏系统与电网连接的设置可更为简单并易于执行。
根据本发明的实施例，在本公开中所披露的并网光伏发电系统中，由于在电网中发生故障而停止供电时，在光伏系统的相应运行时间内维持对控制器的电力供应，因此，可针对电网中故障的发生来控制光伏系统的相应的运行。
根据本发明的实施例，在本公开中所披露的并网光伏发电系统中，由于在光伏系统的相应运行时间内维持对控制器的电力供应，因此，针对电网中故障的发生来控制光伏系统的相应的运行，能够准确、恰当、有效地处理电网中发生的故障。
根据本发明的实施例，在本公开中所披露的并网光伏发电系统中，由于在光伏系统的相应运行时间内维持对控制器的电力供应，因此，针对电网中故障的发生来控制光伏系统的相应的运行，可保护光伏系统免受电网中产生的故障的影响，并可防止所述故障的蔓延。
根据本发明的实施例，在本公开中所披露的并网光伏发电系统中，由于针对电网中故障的发生来控制光伏系统的相应的运行，可保护光伏系统免受电网中产生的故障的影响，并防止所述故障蔓延，由此可防止损坏电网和光伏系统中所包括的设施，从而延长电网和光伏系统的寿命。
前述实施例和优点仅是示例性的而不应当被认为限制本公开。本教导能够易于应用于其它类型的装置。本说明书旨在说明性的，而不是限制权利要求的范围。对本领域技术人员来说，许多替代例、修改例和变型例将是显而易见的。本文中所描述的示例性实施例中的特征、结构、方法和其它特性可以多种方式进行组合以获得另外和/或替代的示例性实施例。
由于可以在不偏离其特点的情况下以多种形式来实施本特征，还应当理解的是，除非另外指出，否则上述实施例不受前述说明书中任何细节所限制，而是应当在如所附权利要求限定的范围内被宽泛地解释，因此，落在权利要求的边界和界限或者这些边界和界限的等同布置内的全部改变和改进因而旨在被所附的权利要求所包含。

Claims (9)

1.一种并网光伏发电系统，其特征在于，所述并网光伏发电系统包括：
光伏系统，其并入电网且运行；和
控制器，其通过从所述电网供应的电力而启动来控制所述光伏系统的运行，
其中，所述控制器包括电力维持单元，所述电力维持单元被配置为当所述电网中发生故障而停止来自所述电网的电力供应时，在所述光伏系统的相应的运行时间内维持电力；
开关式电源，其连接至所述电网并被配置为将从所述电网供应的电力变换成启动电力；以及
控制单元，其由所述启动电力启动来控制所述光伏系统的运行。
2.如权利要求1所述的并网光伏发电系统，其中，所述光伏系统包括光伏阵列，所述光伏阵列产生直流电力，和
电力变换装置，其被配置为将由所述光伏阵列产生的所述直流电力变换成能够供应给所述电网的形式，
其中，所述电力变换装置包括逆变器，所述逆变器被配置为将所述直流电力变换成交流电力；和
滤波器，其被配置为对所述交流电力进行滤波。
3.如权利要求2所述的并网光伏发电系统，其中，所述电力变换装置进一步包括被配置为变换所述直流电力的大小的变换器。
4.如权利要求1所述的并网光伏发电系统，其中，当所述电网中发生故障时，所述光伏系统被配置为使得所述光伏系统至所述电网的连接被切断。
5.如权利要求1所述的并网光伏发电系统，其中，当所述电网中发生故障时，所述控制器被配置为使得在所述相应的运行时间内通过所述电力维持单元维持供应给所述控制器的电力来控制所述光伏系统的运行。
6.如权利要求5所述的并网光伏发电系统，其中，所述控制器被配置为基于所述相应的运行时间内所述电网和所述光伏系统的状态来判定继续还是停止所述光伏系统的运行，并根据判定结果来控制所述光伏系统的运行的继续或停止。
7.如权利要求1所述的并网光伏发电系统，其中，所述电力维持单元被配置为电容器，所述电容器具有凭其维持对所述控制器的电力供应的时间常数等于所述相应的运行时间的容量。
8.如权利要求7所述的并网光伏发电系统，其中，所述电容器为电解电容器和超级电容器中的任意一种。
9.如权利要求1所述的并网光伏发电系统，其中，所述电力维持单元具有能与所述控制器分离的结构，以便于进行更换。
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