CN105703389B - 一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统，包括至少一个中高压直流发电单元和中高压集中式光伏并网逆变器，每个直流发电单元包括多组光伏阵列和级联直流升压单元，每组光伏阵列均包括并联的多个光伏阵列，各组光伏阵列的输出端与级联直流升压单元的输入端相连，级联直流升压单元的输出端接入一路中高压直流母线，用于将各组光伏阵列输出的直流电压升压后再以串联的方式汇流输出至该路中高压直流母线，分别与各个级联直流升压单元的输出端连接的各路中高压直流母线并联后形成一路中高压直流母线再接入中高压集中式光伏并网逆变器的直流侧，其交流侧接入中高压交流电网。本发明所述光伏并网发电系统既能够减小线路损耗，又能降低成本。

Description

一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统

技术领域

本发明应用于太阳能光伏发电技术领域，涉及基于中高压直流接入的光伏系统集电线路设计和并网接入技术，具体涉及一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统。

背景技术

随着光伏发电规模的日益增大，光伏产能不再局限于作为补充能源，而是朝着可替代能源的方向迈进。然而，由于经济发展和可再生资源布局的不均衡，我国的能源中心与负荷中心之间的距离跨度很大，作为能源中心的太阳能发电场主要集中在西北偏远地区，而作为负荷中心的经济发达地区则集中在东部沿海；同时，太阳能发电需要电网提供额外的调峰容量，但西北偏远地区的调峰能力不足，导致太阳能发电面临着规模化发展的外送消纳问题。在这场“能源革命”的影响下，现行光伏发电的概念、光伏电站的结构、并网发电装置以及相应的运行技术在应对超大规模可再生新能源的消纳方面越来越力不从心。

如图1所示，目前主流的光伏电站的结构，也即传统的光伏并网发电系统包括：以并联的连接方式与中高压交流电网连接并向其输送电能的n个集中式光伏并网发电单元100，每个集中式光伏并网发电单元100均包括m个子单元101和工频升压变压器102，该m个子单元101均与工频升压变压器102的原边侧连接，每个子单元101均包括N个光伏阵列(N个光伏阵列即一组光伏阵列)1011、汇流箱1012、直流配电柜1013和光伏并网逆变器1014，每个光伏阵列1011均根据其所需的输出直流电压和额定功率等级由多个太阳能电池板通过串联和/或并联的方式组成，N个光伏阵列1011并联后接入汇流箱1012的输入端，该汇流箱1012用于将N个光伏阵列1011分别输出的直流电能汇流成一路，其输出端与直流配电柜1013的输入端连接，直流配电柜1013的输出端与光伏并网逆变器1014的直流侧(也称为输入端)连接，由于光伏并网逆变器1014的直流侧电压一般不超过1kV，故光伏并网逆变器1014也可称为低压光伏并网逆变器，为了提高光伏并网发电系统的整体效率，光伏并网逆变器1014一般具有最大功率跟踪(MPPT，Maximum Power Point Tracking)功能，即通过其内置的最大功率跟踪算法对其输入功率进行最大功率跟踪，以使得与其连接的N个光伏阵列输出最大功率，每个子单元101的光伏并网逆变器1014的交流侧(也称为输出端)均以并联的连接方式连接至工频升压变压器102的原边侧，以通过同步控制将能量以电流源形式向中高压交流电网馈送，可见，现有技术采用的是低压大电流并联的连接方式，每个集中式光伏并网发电单元100的工频升压变压器102的副边侧均连接至中高压交流电网，以使得光伏并网逆变器1014输出的电能(该电能以电流源的形式且与中高压交流电网同频率)通过工频升压变压器102逐级升压至中高压后输送至中高压交流电网，从而实现能源的长距离输送。这里，m、n、N均为大于1的整数，其具体取值可由本领域技术人员根据实际情况设定。

但是，随着新能源发电容量的不断增加，以及输电、配电技术的日益进步，现有的光伏发电、输电运行模式存在如下限制：

(1)在每个集中式光伏并网发电单元100中，从各组光伏阵列1011的输出端到工频升压变压器102的原边侧之间都采用低压传输线路(该线路上的电压小于1kV)进行布线，且采用的是低压大电流并联的连接方式，导致低压大电流传输线路过长、线路损耗过大(线路损耗通常为总系统的2％-3％)的问题出现，并且该问题会随着发电规模、容量的增加而进一步恶化。

(2)目前，由于受到直流损耗和低压光伏并网逆变器容量的限制，大型光伏电站通常需要配置几十甚至上百个低压光伏并网逆变器及相应的逆变机房和配电、监控设备。工业界的低压光伏并网逆变器产品的最大功率一般为500kW，若一个集中式光伏并网发电单元100包括1MW的光伏阵列，对于一个20MW的光伏电站来说，就需要配置20个逆变器机房，每个逆变器机房均需配备汇流箱1012、直流配电柜1013、低压光伏并网逆变器1014各两套，以及一套工频升压变压器102，从而导致新能源发电的初期投入成本高，资金运转周期长，整体投资回报率低。

(3)经实验验证，通过低压光伏并网逆变器对光伏阵列的输出功率进行最大功率跟踪，其MPPT的渗透率较低，而且，针对光照不均问题(其可由云朵的遮挡、周围障碍物阴影、各光伏阵列本身特性的不一致性引起)的抗扰性也相对较弱。

(4)目前主流的低压光伏并网逆变器产品的峰值效率标称98.7％，其在实际运行过程中的实际效率为97％左右，如果继续将研究、分析和优化的重点和精力集中在单个的光伏并网电力电子装置(即单个集中式光伏并网发电单元)上，无论从效率角度，还是从成本角度来看，都已经没有太多可以提升的空间，只有转变看问题的角度和解决问题的策略，才有可能使整个系统得到进一步、深层次的优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种既能够减小线路损耗，又能降低成本的基于中高压直流接入的光伏并网发电系统。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

所述基于中高压直流接入的光伏并网发电系统包括：中高压直流发电单元和中高压集中式光伏并网逆变器，所述中高压直流发电单元采用至少一个，每个中高压直流发电单元均包括光伏阵列和级联直流升压单元，所述光伏阵列采用多组，每组光伏阵列均包括并联的多个光伏阵列，各组光伏阵列的输出端与所述级联直流升压单元的输入端相连，所述级联直流升压单元的输出端接入一路中高压直流母线，用于将各组光伏阵列输出的直流电压升压后再以串联的方式汇流输出至该路中高压直流母线，分别与各个中高压直流发电单元的级联直流升压单元的输出端连接的各路中高压直流母线并联后形成一路中高压直流母线再接入中高压集中式光伏并网逆变器的直流侧，所述中高压集中式光伏并网逆变器的交流侧接入中高压交流电网。需要说明的是，本发明中出现的“多”均指代“至少两个”。

优选地，所述级联直流升压单元包括输出端依次串联的多个中高压汇流箱，串联的级数不少于2级，且这些输出端依次串联的中高压汇流箱具有两个端头，其中位于一个端头处的中高压汇流箱的正极输出端与位于另一个端头处的中高压汇流箱的负极输出端接入一路中高压直流母线，其余每个中高压汇流箱的正极输出端均与其串联的前一个中高压汇流箱的负极输出端相连，其余每个中高压汇流箱的负极输出端均与其串联的后一个中高压汇流箱的正极输出端相连；

在每个中高压直流发电单元中，每组光伏阵列均对应一个中高压汇流箱，且每组光伏阵列中的多个光伏阵列并联后接入对应中高压汇流箱的输入端，所述中高压汇流箱用于将其对应的一组光伏阵列输出的直流电压汇流成一路直流电压，并对该路直流电压进行升压处理后输出。

优选地，在每个中高压直流发电单元中，每个中高压汇流箱均具有独立跟踪其对应的一组光伏阵列的最大功率点的功能，以使其对应的一组光伏阵列的输出功率达到最大。

优选地，在每个中高压直流发电单元中，每个中高压汇流箱均包括汇流排和高绝缘等级的高频升压变压器，所述汇流排用于将其对应的一组光伏阵列包括的多个光伏阵列输出的直流电压汇流成一路直流电压，所述高绝缘等级的高频升压变压器用于对该路直流电压进行升压处理，以及实现其对应的一组光伏阵列和所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线之间的电气隔离；所述高绝缘等级的高频升压变压器的隔离电压等级远高于其对应的一组光伏阵列的工作电压。

优选地，在每个中高压直流发电单元中，每个中高压汇流箱还包括隔离型DC/DC变换器，用于跟踪其对应的一组光伏阵列的最大功率点，以使其对应的一组光伏阵列的输出功率达到最大。

优选地，在所述输出端依次串联的多个中高压汇流箱中，输出电压等于或最接近于其所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线的中点电压的中高压汇流箱的正极输出端接地或负极输出端接地。

优选地，在每个中高压直流发电单元中，每个中高压汇流箱均安装在其对应的一组光伏阵列附近，以使得每个中高压汇流箱与其对应的一组光伏阵列之间的低压直流电缆的长度最短。

优选地，所述发电系统还包括隔离开关，其数量与中高压直流发电单元的数量相同且一一对应，各个隔离开关的输入端与其对应的中高压直流发电单元的级联直流升压单元的输出端接入的一路中高压直流母线连接，各个隔离开关的输出端并联后再通过一路中高压直流母线接入中高压集中式光伏并网逆变器的直流侧。

优选地，所述中高压集中式光伏并网逆变器采用兆瓦量级的逆变装置。

优选地，所述中高压集中式光伏并网逆变器采用的冷却系统为水冷冷却系统。

有益效果：

1)本发明所述光伏并网发电系统中，每个中高压直流发电单元的各组光伏阵列的输出侧到其对应的中高压汇流箱的输入端之间都采用低压直流电缆，而每个中高压直流发电单元的各个中高压汇流箱的输出端到中高压集中式光伏并网逆变器的直流侧之间都采用中高压直流电缆，而低压直流电缆相比于中高压直流电缆具有更高的能量损耗，可见，与现有技术的光伏并网发电系统中从各组光伏阵列1011的输出端到工频升压变压器102的原边侧之间都采用低压传输线路相比，本发明采用的低压传输线路(即低压电缆)较短，相应减少了线路损耗；

此外，本发明所述光伏并网发电系统能够将每个中高压直流发电单元中的各组光伏阵列输出的直流电压升压后再以串联的方式汇流输出至一路中高压直流母线，分别与各个中高压直流发电单元的输出端连接的各路中高压直流母线并联后形成一路中高压直流母线再接入中高压集中式光伏并网逆变器的直流侧，其交流侧接入中高压交流电网，故采用的是中高压小电流串联的连接方式，而如背景技术所述，现有技术的光伏并网发电系统采用的是低压大电流并联的连接方式，同时，由于系统拓扑的改变，省去了工频升压变压器和减少了低压光伏并网逆变器的数量，因此本发明与现有技术相比能够将光伏并网发电系统的线路损耗降至最低，也相应提高了系统效率，经实验验证，本发明与现有技术相比可提高光伏并网发电系统的整体效率约2％。

2)本发明所述光伏并网发电系统与现有技术相比，省掉了效率低、损耗大的工频升压变压器；而且，本发明所述光伏并网发电系统只需要采用一套大功率的逆变装置(即中高压集中式光伏并网逆变器，其量级一般为几十兆瓦)及相应的逆变机房和配电、监控设备，与现有技术的光伏并网发电系统中需采用多个逆变机房，每个逆变机房需配置一套工频升压变压器、多套低压光伏并网逆变器和相关设备相比，极大地降低了新能源发电的初期投入成本，缩短了资金运转周期，提高了整体投资回报率，这对于居住人口密度较小、传输损耗较高的中西部地区具有可预期的优势；

此外，在需要系统扩容、减容的情况下，本发明所述光伏并网发电系统也仅需一路逆变环节，即采用一级DC/AC变换电路(直流转交流变换电路，由中高压集中式光伏并网逆变器实现)，就可实现并网发电和能量管理，与现有技术的光伏并网发电系统相比，省去了多路逆变环节(由现有光伏并网发电系统中的各个集中式光伏并网发电单元100包括的多个低压光伏并网逆变器1014实现)，也就是说，采用一个中高压集中式光伏并网逆变器取代了现有技术中采用的数量众多的低压光伏并网逆变器，不但提高了系统效率，还有助于系统功率控制、故障支撑与缓冲，以及系统效率优化。

3)本发明所述光伏并网发电系统通过每个中高压直流发电单元的中高压汇流箱对其对应的一组光伏阵列的输出功率进行最大功率跟踪，与现有技术的光伏并网发电系统通过每个集中式光伏并网发电单元的低压光伏并网逆变器对其对应的一组光伏阵列的输出功率进行最大功率跟踪相比，MPPT的渗透率更高，而且，针对光照不均问题(其可由云朵的遮挡、周围障碍物阴影、各光伏阵列本身特性的不一致性引起)造成的光伏并网发电系统失配问题具有更好的适应性，即抗扰性较强。

4)本发明所述光伏并网发电系统从光伏阵列的输出端至中高压交流电网之间所采用的设备与现有技术相比，简化了系统的电气结构，减少了设备种类和数量，降低了系统成本，使系统的设计、施工和后期电站运维效率都得到了大幅提升，使整个系统得到进一步、深层次的优化，具有重要的工程应用价值。

5)本发明所述光伏并网发电系统的每个中高压汇流箱只需承受所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线电压的1/m(m为该中高压直流发电单元中中高压汇流箱的数量)，因此所述中高压汇流箱可以采用低耐压的器件来实现中高压大功率输出，从而通过高频化的方法降低中高压汇流箱的成本，提高其功率密度。

6)本发明所述光伏并网发电系统的中高压直流发电单元和中高压集中式光伏并网逆变器均可采用高度模块化的结构，这种模块化结构便于系统扩容，有利于缩短工程设计和加工周期，降低成本；而且，对于各个中高压直流发电单元来说，可采用相同容量的功率开关和无源器件，使得这种模块化结构具有很强的可替代性，便于系统维护和冗余设计。

7)本发明所述光伏并网发电系统的中高压集中式光伏并网逆变器由于单瓦成本降低，故其冷却系统可以采用水冷设计，与现有技术的光伏并网发电系统的低压光伏并网逆变器的冷却系统一般采用风冷设计相比，极大地提高了系统的可靠性，因此本发明所述光伏并网发电系统尤其适用于中国西北地区风沙大、酷热及严寒的恶劣气象环境。

8)本发明所述光伏并网发电系统可以看作是一种基于大规模光伏电站的中高压直流母线结构的柔性发电系统。目前国内“新能源+柔性输电”领域的示范项目仅仅体现在风能发电上，而针对光伏发电的中高压系统并无相关的实践探索。本发明所述光伏并网发电系统通过采用多端直流接入、高MPPT渗透率和集中逆变并网的中高压方案，向中高压交流电网高效、稳定地馈送电能，可以为未来大规模“光伏发电+柔性输电”领域的应用开发奠定一定的基础。

附图说明

图1为现有技术中光伏并网发电系统的示意图；

图2为本发明实施例所述基于中高压直流接入的光伏并网发电系统的示意图。

图中：100-集中式光伏并网发电单元；101-子单元；1011-光伏阵列；1012-汇流箱；1013-直流配电柜；1014-光伏并网逆变器；102-工频升压变压器；200-中高压直流发电单元；201-光伏阵列；202-级联直流升压单元；203-中高压汇流箱；300、500-中高压直流母线；400-隔离开关；600-中高压集中式光伏并网逆变器；700-升压变压器。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

需要说明的是，本发明中所有出现的“中高压”(无论是直流还是交流)均涵盖了3kV～800kV之间的所有电压等级，例如，其电压等级可以是但不限于：6kV、10kV、20kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV等。

实施例：

如图2所示，本实施例提供一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统，其包括：n个中高压直流发电单元200、n个隔离开关400和1个中高压集中式光伏并网逆变器600，其中，n为大于0的整数，中高压直流发电单元200与隔离开关400的数量相同且一一对应。各个中高压直流发电单元200通过其对应的隔离开关400并联在一起，通过增加中高压直流发电单元200及其对应的隔离开关400的数量，可以方便地提升和扩展系统的容量；而且，各个中高压直流发电单元200、各个隔离开关400和中高压集中式光伏并网逆变器600均采用高度模块化的结构，便于系统维护和冗余设计。此外，如图2所示，所述光伏并网发电系统还可包括连接在中高压集中式光伏并网逆变器600的交流侧与中高压交流电网之间的升压变压器700，其用于在中高压集中式光伏并网逆变器600的交流侧输出的交流电压低于待接入的中高压交流电网的电压等级时，对中高压集中式光伏并网逆变器600的交流侧输出的交流电压进行升压处理，以使其满足待接入的中高压交流电网的电压等级，当然，如果中高压集中式光伏并网逆变器600的交流侧输出的交流电压满足待接入的中高压交流电网的电压等级，则不需要设置升压变压器700，即中高压集中式光伏并网逆变器600的交流侧直接接入中高压交流电网。

本实施例中，所述隔离开关400可采用现有的具有隔离功能的开关电路；所述中高压集中式光伏并网逆变器600可采用现有的兆瓦量级的逆变装置，其冷却系统可采用水冷冷却系统。

具体地，每个中高压直流发电单元200均包括m组光伏阵列201和级联直流升压单元202；每组光伏阵列201均包括并联的N个光伏阵列201，每个光伏阵列201均根据其所需的输出直流电压和额定功率等级由多个太阳能电池板通过串联和/或并联的方式组成，这里，多个太阳能电池板串联和/或并联指的是，该多个太阳能电池板依次串联，或者该多个太阳能电池板之间均并联，或者某些太阳能电池板并联后再与其余太阳能电池板串联；各组光伏阵列201的输出端与所述级联直流升压单元202的输入端相连，所述级联直流升压单元202的输出端接入一路中高压直流母线300，用于将各组光伏阵列201输出的直流电压升压后再以串联的方式汇流输出至该路中高压直流母线300，且输出至该路中高压直流母线300的输出电压应满足中高压交流电网所需电压等级，例如，中高压直流母线300的电压等级可以为所在交流电站的交流线电压的2倍左右，至于输出电压的具体数值可由本领域技术人员根据每个中高压直流发电单元中中高压汇流箱的数量和光伏阵列的组数，以及每组光伏阵列中包括的光伏阵列的数量来确定；与各个中高压直流发电单元200的级联直流升压单元202的输出端连接的各路中高压直流母线300分别与对应的各个隔离开关400的输入端连接，各个隔离开关400的输出端并联后再通过一路中高压直流母线500接入中高压集中式光伏并网逆变器600的直流侧(也称为输入端)，以实现中高压直流母线300与中高压直流母线500之间的电气隔离，所述中高压集中式光伏并网逆变器600的交流侧(也称为输出端)接入中高压交流电网(此时，中高压集中式光伏并网逆变器600的交流侧输出的交流电压满足待接入的中高压交流电网的电压等级)，从而实现能源的长距离输送。本实施例中，m、N均为大于1的整数，一般地，N取8-20，至于n、m、N具体取值可由本领域技术人员根据实际情况设定。可以看出，本实施例所述光伏并网发电系统只涉及直流发电和输电线路，没有交流电路。

所述级联直流升压单元202可采用现有的任意一种能够将各组光伏阵列201输出的直流电压升压后再以串联的方式汇流输出的电路模块实现；而且，为了使各组光伏阵列201的输出功率达到最大，所述级联直流升压单元202还可具有分别跟踪各组光伏阵列的最大功率点的功能，可通过在所述级联直流升压单元202内集成DC/DC变换器来实现，当然也可以采用其他的能够实现最大功率跟踪功能的电路模块来实现；此外，所述级联直流升压单元202还可具有将各组光伏阵列201和所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线300进行电气隔离的功能。

优选地，所述级联直流升压单元202包括输出端依次串联的m个中高压汇流箱203，串联的级数不少于2级，且这些输出端依次串联的中高压汇流箱203具有两个端头，其中位于一个端头处的中高压汇流箱203的正极输出端与位于另一个端头处的中高压汇流箱203的负极输出端接入一路中高压直流母线300，其余每个中高压汇流箱203的正极输出端均与其串联的前一个中高压汇流箱203的负极输出端相连，其余每个中高压汇流箱203的负极输出端均与其串联的后一个中高压汇流箱203的正极输出端相连，这里，“前”方向指的是图2中的从下至上的方向，“后”方向指的是图2中的从上至下的方向(反之亦可)，对于“中高压汇流箱”及与其“串联的前一个中高压汇流箱”来说，该“串联的前一个中高压汇流箱”可以为图2中的中高压汇流箱1，该“中高压汇流箱”可以为图2中的中高压汇流箱2；对于“中高压汇流箱”及与其“串联的后一个中高压汇流箱”来说，该“串联的后一个中高压汇流箱”可以为图2中的中高压汇流箱2，该“中高压汇流箱”可以为图2中的中高压汇流箱1；在每个中高压直流发电单元200中，每组光伏阵列201均对应一个中高压汇流箱203，且每组光伏阵列201中的N个光伏阵列201并联后接入对应中高压汇流箱203的输入端，故所述级联直流升压单元202的输入端包括m个中高压汇流箱203的输入端，各组光伏阵列201的输出端与所述级联直流升压单元202的输入端相连指的是各组光伏阵列201的输出端分别与对应的中高压汇流箱203的输入端相连，所述中高压汇流箱203用于将其对应的一组光伏阵列201输出的直流电压(即N个并联的光伏阵列201输出的直流电压)汇流成一路直流电压，并对该路直流电压进行升压处理后从其输出端输出。

进一步地，在每个中高压直流发电单元200中，每个中高压汇流箱203均具有独立跟踪其对应的一组光伏阵列201的最大功率点的功能，以使其对应的一组光伏阵列201的输出功率达到最大；同时，每个中高压汇流箱203还可具有将其对应的一组光伏阵列201和所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线300进行电气隔离的功能。

为了使中高压汇流箱具有上述功能，优选地，在每个中高压直流发电单元200中，每个中高压汇流箱203均包括汇流排和高绝缘等级的高频升压变压器(其工作频率超过中频，即超过10kHz)，所述汇流排用于将其对应的一组光伏阵列201包括的多个光伏阵列输出的直流电压汇流成一路直流电压，该汇流排可采用现有的汇流铜排，所述高绝缘等级的高频升压变压器用于对该路直流电压进行升压处理，以及实现其对应的一组光伏阵列201和所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线300之间的电气隔离，至于该高频升压变压器的实际绝缘等级和工作频率范围可由本领域技术人员根据其对应的一组光伏阵列的工作电压自行选取，并需满足该高频升压变压器的隔离电压等级远高于其对应的一组光伏阵列的工作电压，可根据中高压交流电网的电压等级(即所在变电站的电压等级)确定该高频升压变压器的隔离电压等级与其对应的一组光伏阵列的工作电压的倍数，该倍数的范围可以是或者接近每个中高压直流发电单元200中所包含的中高压汇流箱203的数量，该倍数还可以为或接近中高压交流电网的电压等级除以1kV，例如，若中高压交流电网的电压等级为10kV，则所述倍数可以为或接近10kV÷1kV＝10倍，若中高压交流电网的电压等级为35kV，则所述倍数可以为或接近35kV÷1kV＝35倍。进一步地，在每个中高压直流发电单元200中，每个中高压汇流箱203还包括隔离型DC/DC变换器，其输入端与高绝缘等级的高频升压变压器的输出端相连，其输出端即为所述中高压汇流箱203的输出端，用于跟踪其对应的一组光伏阵列201的最大功率点，以使其对应的一组光伏阵列201的输出功率达到最大。

为了降低中高压汇流箱对地绝缘电压，优选地，在所述输出端依次串联的m个中高压汇流箱203中，输出电压等于或最接近于其所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线300的中点电压的中高压汇流箱203的正极输出端接地或负极输出端接地。也就是说，在该m个中高压汇流箱203中，如果某个中高压汇流箱的输出电压恰好等于中高压直流母线300的中点电压，则该中高压汇流箱的正极输出端接地或负极输出端接地，如果不存在这样输出电压的中高压汇流箱，则相比于其余(m-1)个中高压汇流箱的输出电压，最接近于中高压直流母线300的中点电压的那个中高压汇流箱的正极输出端接地或负极输出端接地。

为了尽量缩短低压直流电缆的长度，有效降低直流损耗，提高系统效率，优选地，在每个中高压直流发电单元200中，每个中高压汇流箱203均安装在其对应的一组光伏阵列201附近，例如安装在该组光伏阵列包括的太阳能电池板的下方，以使得每个中高压汇流箱203与其对应的一组光伏阵列201之间的低压直流电缆的长度最短。

本实施例中，由于中高压汇流箱203能够实现其对应的一组光伏阵列201和所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线300之间的电气隔离，故所述隔离开关400为可选单元，若本实施例所述光伏并网发电系统不包括隔离开关400，则分别与各个中高压直流发电单元200的级联直流升压单元202的输出端连接的各路中高压直流母线300并联后直接形成一路中高压直流母线500再接入中高压集中式光伏并网逆变器600的直流侧。

下面，以一个中高压直流母线电压为±30kV的20MW光伏并网发电系统为例进行说明：

所述光伏并网发电系统包括4个中高压直流发电单元、4个隔离开关和1个中高压集中式光伏并网逆变器，每个中高压直流发电单元的额定功率等级约为5MW，其包括60组光伏阵列及其对应的60个中高压汇流箱，每组光伏阵列的功率等级约为80-100kW，每组光伏阵列对应的中高压汇流箱内集成一个额定功率为100kW的隔离型DC-DC变换器，以实现该组光伏阵列的最大功率跟踪，且该隔离型DC-DC变换器通过所在中高压汇流箱内集成的高绝缘等级的高频升压变压器实现电气隔离，从而有效地降低隔离型DC-DC变换器的体积和成本，各个中高压汇流箱内的隔离型DC-DC变换器的输出端通过串联的级联方式搭建60kV直流母线电压，考虑到装置的绝缘和耐压，通过中点接地(即输出电压等于或最接近于其所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线的中点电压的中高压汇流箱的正极输出端接地或负极输出端接地)的方式构造±30kV中高压直流母线结构，从而使4个中高压直流发电单元分别连接至±30kV中高压直流母线，然后分别接入对应的隔离开关的输入端，各个隔离开关的输出端并联后再通过一路中高压直流母线(该路中高压直流母线电压也为60kV)接入20MW的中高压集中式光伏并网逆变器的直流侧，通过该20MW的中高压集中式光伏并网逆变器将能量馈送至35kV交流传输线。

综上所述，本实施例所述光伏并网发电系统从光伏阵列的输出端至中高压交流电网之间所采用的设备与现有技术相比，减少了低压直流电缆的长度，降低了线路损耗，省掉了效率低、损耗大的工频升压变压器，简化了系统的电气结构，减少了设备种类和数量，降低了系统成本，使系统的设计、施工和后期电站运维效率都得到了大幅提升，使整个系统得到进一步、深层次的优化，具有重要的工程应用价值。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统，其特征在于，包括：中高压直流发电单元和中高压集中式光伏并网逆变器，所述中高压直流发电单元采用至少一个，每个中高压直流发电单元均包括光伏阵列和级联直流升压单元，所述光伏阵列采用多组，每组光伏阵列均包括并联的多个光伏阵列，各组光伏阵列的输出端与所述级联直流升压单元的输入端相连，所述级联直流升压单元的输出端接入一路中高压直流母线，用于将各组光伏阵列输出的直流电压升压后再以串联的方式汇流输出至该路中高压直流母线，分别与各个中高压直流发电单元的级联直流升压单元的输出端连接的各路中高压直流母线并联后形成一路中高压直流母线再接入中高压集中式光伏并网逆变器的直流侧，所述中高压集中式光伏并网逆变器的交流侧接入中高压交流电网；

所述级联直流升压单元包括输出端依次串联的多个中高压汇流箱，串联的级数不少于2级，且这些输出端依次串联的中高压汇流箱具有两个端头，其中位于一个端头处的中高压汇流箱的正极输出端与位于另一个端头处的中高压汇流箱的负极输出端接入一路中高压直流母线，其余每个中高压汇流箱的正极输出端均与其串联的前一个中高压汇流箱的负极输出端相连，其余每个中高压汇流箱的负极输出端均与其串联的后一个中高压汇流箱的正极输出端相连；

在每个中高压直流发电单元中，每组光伏阵列均对应一个中高压汇流箱，且每组光伏阵列中的多个光伏阵列并联后接入对应中高压汇流箱的输入端，所述中高压汇流箱用于将其对应的一组光伏阵列输出的直流电压汇流成一路直流电压，并对该路直流电压进行升压处理后输出；

在每个中高压直流发电单元中，每个中高压汇流箱均包括汇流排和高绝缘等级的高频升压变压器，所述汇流排用于将其对应的一组光伏阵列包括的多个光伏阵列输出的直流电压汇流成一路直流电压，所述高绝缘等级的高频升压变压器用于对该路直流电压进行升压处理，以及实现其对应的一组光伏阵列和所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线之间的电气隔离；所述高绝缘等级的高频升压变压器的隔离电压等级远高于其对应的一组光伏阵列的工作电压，其中，根据中高压交流电网的电压等级确定该高频升压变压器的隔离电压等级与其对应的一组光伏阵列的工作电压的倍数，该倍数等于中高压交流电网的电压等级除以1kV，或者该高频升压变压器的隔离电压等级与其对应的一组光伏阵列的工作电压的倍数等于每个中高压直流发电单元中所包含的中高压汇流箱的数量。

2.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，在每个中高压直流发电单元中，每个中高压汇流箱均具有独立跟踪其对应的一组光伏阵列的最大功率点的功能，以使其对应的一组光伏阵列的输出功率达到最大。

3.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，在每个中高压直流发电单元中，每个中高压汇流箱还包括隔离型DC/DC变换器，用于跟踪其对应的一组光伏阵列的最大功率点，以使其对应的一组光伏阵列的输出功率达到最大；所述隔离型DC/DC变换器的输入端与所述高绝缘等级的高频升压变压器的输出端相连，所述隔离型DC/DC变换器的输出端即为所述中高压汇流箱的输出端。

4.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，在所述输出端依次串联的多个中高压汇流箱中，输出电压等于或最接近于其所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线的中点电压的中高压汇流箱的正极输出端接地或负极输出端接地。

5.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，在每个中高压直流发电单元中，每个中高压汇流箱均安装在其对应的一组光伏阵列附近，以使得每个中高压汇流箱与其对应的一组光伏阵列之间的低压直流电缆的长度最短。

6.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括隔离开关，其数量与中高压直流发电单元的数量相同且一一对应，各个隔离开关的输入端与其对应的中高压直流发电单元的级联直流升压单元的输出端接入的一路中高压直流母线连接，各个隔离开关的输出端并联后再通过一路中高压直流母线接入中高压集中式光伏并网逆变器的直流侧。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述中高压集中式光伏并网逆变器采用兆瓦量级的逆变装置。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述中高压集中式光伏并网逆变器采用的冷却系统为水冷冷却系统。