CN202817788U - 光伏并网发电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型具体涉及一种光伏并网发电系统，本实用新型的光伏并网发电系统，包括：光伏阵列和至少两个光伏逆变器；第一开关元件组，包括若干与光伏逆变器数目相同的开关元件，每个开关元件串联于对应的光伏逆变器和光伏阵列之间；电能质量治理装置，用于改善电网的电能质量；第二开关元件，串联于电能质量治理装置和电网之间；上位机，包括检测控制模块和谐波分析模块，用于对光伏逆变器和电能质量治理装置进行协调控制，通过合理组合不同的光伏逆变器工作使光伏逆变器工作在尽可能大的输出功率范围内，再配合电能质量治理装置，在不影响发电效果的情况下有效的解决谐波超标的问题。

Description

光伏并网发电系统
技术领域
本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及一种光伏并网发电系统。
背景技术
随着全球能源危机和节能减排战略计划的推进，可再生能源大量接入微网给本地负荷供电已是大势所趋，其中并网光伏发电系统以其环保、低噪声、适用范围广等特点而备受青睐。不同于传统电源，光伏发电系统的输出功率存在间歇性和不确定性，并采用大量的电力电子换流装置和复杂的控制策略运行,这带来了新的电能质量问题。当逆变器不是按照额定功率工作时，谐波污染问题会随输出功率降低而变得突出起来，电流畸变率可能超标；当逆变器独立运行时，微网中还可能存在大量非线性负荷，带来了谐波污染及无功不足等问题；尤其是在光伏阵列提供的能量远远不能使逆变器以额定功率运行时，由于大功率逆变器开关频率低，电流畸变更加严重，如果不加以处理，光伏逆变器反而变成谐波源。
针对光伏逆变系统带来的电能质量问题，目前有以下的解决方法：
1、对光伏系统并网逆变器的控制策略进行了改进和功能拓展，使其能同时实现有功功率输出、谐波抑制及无功功率补偿三重功能的复用，使逆变器同时具有发电和谐波抑制功能，在发电的同时治理谐波。
2、当光照充足时，系统可以工作在单独的光伏并网发电状态，逆变器只向电网注入正弦基波电流，提高并网发电的利用率；当光照不足或晚上时，让逆变器工作在单独的有源电力滤波状态，向电网注入大小相等方向相反的谐波电流，改善电网电能质量。
以上2种方法的不足主要是：第1种方法在硬件参数设计上需要兼顾两种功能，参数需折衷处理，可能发电和谐波治理两种效果都不好，最重要的是影响光伏发电功能这个用户最关注的功能，特别是逆变器发出的谐波治理会影响到电能计算精度，严重时计量装置无法工作，逆变器将失去发电运行的意义，牺牲光伏电站核心利益；第2种方法也存在硬件参数设计的折衷问题，而且实际情况可能是电流谐波比较大不仅出现在光照不足时，而在逆变器工作在额定功率一半以下时也可能出现，这取决于逆变器的设计要求。因此需要一种新的方法来改善逆变器输出电流谐波超标的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种发电效率高、谐波治理效果好的光伏并网发电系统。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种光伏并网发电系统，包括：
光伏阵列，用于对太阳能进行转换，输出直流电能；
至少两个光伏逆变器，用于将光伏阵列输出的直流电能转换成交流电能，提供给电网；
第一开关元件组，包括若干与光伏逆变器数目相同的开关元件，每个开关元件串联于对应的光伏逆变器和光伏阵列之间；
电能质量治理装置，用于改善电网的电能质量；
第二开关元件，串联于电能质量治理装置和电网之间；
上位机，包括检测控制模块和谐波分析模块，检测控制模块用于根据光伏阵列输出的直流电能特性，控制第一开关元件组中的开关元件接通或断开使至少两个光伏逆变器的部分或者全部工作，以使处于工作状态的光伏逆变器的输出功率满足预设的功率值；谐波分析模块，用于分析光伏逆变器输出的电流谐波情况，当谐波超过预设值时，控制第一开关元件组中的部分开关元件断开使部分光伏逆变器停止工作或者控制第二开关元件接通使电能质量治理装置工作。
进一步的，所述的至少两个光伏逆变器为功率等级不同的光伏逆变器。可以按照光伏阵列的输出功率，合理配置光伏逆变器容量，按照从较小容量到较大容量配置多个光伏逆变器组合，这样可以使逆变器组合更加灵活，便于选择，在防治谐波的同时，使光伏阵列输出的电能得到最优利用，提高发电量。
进一步的，所述系统还包括第三开关元件组，包括若干与光伏逆变器数目相同的开关元件，每个开关元件串联于对应的光伏逆变器和电网之间。这样在光伏逆变器不工作时，可以将光伏逆变器和电网切断，避免光伏逆变器对电网产生干扰。
进一步的，所述电能质量治理装置与电网之间依次串联第二开关元件、第三开关元件组中与最小功率等级光伏逆变器串联的开关元件。电能质量治理装置可以按最小容量的逆变器来配置，当谐波超标时优先切断容量较大的光伏逆变器而不启用电能质量治理装置，当只剩最小容量的光伏逆变器工作时，才启用电能质量治理装置来治理谐波污染等问题。当然电能质量治理装置也可以直接通过第二开关与电网相连，但是作为优选的方案，将电能质量治理装置通过第二开关直接接在最小容量的光伏逆变器支路上相对来说可以节省线缆，降低成本。
本实用新型还提供了与上述技术方案基于同一发明思想的另一光伏并网发电系统，包括：
光伏阵列，用于对太阳能进行转换，输出直流电能；
至少两个光伏逆变器，用于将光伏阵列输出的直流电能转换成交流电能，提供给电网；
第一开关元件组，包括若干与光伏逆变器数目相同的开关元件，每个开关元件串联于对应的光伏逆变器和光伏阵列之间；
电能质量治理装置，用于改善电网的电能质量；
第二开关元件，串联于电能质量治理装置和电网之间；
所述每个光伏逆变器包括检测控制模块和谐波分析模块，检测控制模块用于检测光伏阵列输出的直流电能特性，并根据该直流电能特性控制第一开关元件组中与之串联的开关元件接通或者断开，使光伏逆变器工作或者不工作，以使其工作时的输出功率达到预设的功率值；谐波分析模块，用于分析光伏逆变器输出的电流谐波情况，当谐波超过预设值时，控制第一开关元件组中与之串联的开关元件，使其停止工作或者控制第二开关元件使电能质量治理装置工作。
进一步的，所述的至少两个光伏逆变器为功率等级不同的光伏逆变器。可以按照光伏阵列的输出功率，合理配置光伏逆变器容量，按照从较小容量到较大容量配置多个光伏逆变器组合，这样可以使逆变器组合更加灵活，在防治谐波的同时，使光伏阵列输出的电能得到最优利用，提高发电量。
进一步的，所述系统还包括第三开关元件组，包括若干与光伏逆变器数目相同的开关元件，每个开关元件串联于对应的光伏逆变器和电网之间。这样在光伏逆变器不工作时，可以将光伏逆变器和电网切断，避免光伏逆变器对电网产生干扰。
进一步的，所述电能质量治理装置通过依次串联的第二开关元件、第三开关元件组中的一个开关元件与电网相连。电能质量治理装置可以按最小容量的逆变器来配置，当谐波超标时优先切断容量较大的光伏逆变器而不启用电能质量治理装置，当只剩最小容量的光伏逆变器工作时，才启用电能质量治理装置来治理谐波污染等问题。当然电能质量治理装置也可以直接通过第二开关与电网相连，但是作为优选的方案，将电能质量治理装置通过第二开关直接接在最小容量的光伏逆变器支路上相对来说可以节省线缆，降低成本。
由上述技术方案可知，通过合理组合不同的光伏逆变器工作使光伏逆变器工作在尽可能大的输出功率范围内，再配合电能质量治理装置，在不影响发电效果的情况下有效的解决谐波超标的问题。
附图说明
图1是本实用新型的第一实施例的连接示意图；
图2是本实用新型的第三实施例的连接示意图；
图3是本实用新型的第五实施例的连接示意图；
图4是本实用新型的第七实施例的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，为本实用新型的一种光伏并网发电系统的第一实施例，包括：光伏阵列11和至少两个光伏逆变器13，所述至少两个光伏逆变器13中的每个光伏逆变器的直流侧通过第一开关元件组12中的可控开关（SD1、SD2、…、SDn）连接到光伏阵列11。光伏阵列11，用于对太阳能进行转换，输出直流电能；至少两个光伏逆变器13，用于将光伏阵列11输出的直流电能转换成交流电能，提供给电网。还包括电能质量治理装置14，电能质量治理装置14可采用具有谐波治理和无功补偿功能的并联电压型有源电力滤波器。所述电能质量治理装置14通过第二开关元件SA1与电网连接。上位机15，包括检测控制模块和谐波分析模块，检测控制模块用于根据光伏阵列11输出的直流电能特性，控制第一开关元件组12中的开关元件接通或断开使至少两个光伏逆变器13的部分或者全部工作，以使处于工作状态的光伏逆变器的输出功率满足预设的功率值；谐波分析模块，用于分析光伏逆变器输出的电流谐波情况，当谐波超过预设值时，控制第一开关元件组12中的部分开关元件断开使部分光伏逆变器停止工作或者控制第二开关元件SA1接通使电能质量治理装置工作。
上位机15检测光伏阵列11的输出功率。当光伏阵列11的输出满足第一光伏逆变器的工作电压时，合上开关SD1，第一光伏逆变器开始工作，上位机15检测光伏阵列11的输出电压，电流，计算此时光伏阵列的输出功率，若只够第一光伏逆变器工作，则不启动其它光伏逆变器。当光伏阵列11的输出功率不断增加时，上位机15通过控制开关SD2至SDn中的部分或全部让不同的光伏逆变器组合起来工作，直至全部投入工作；反之，当光伏阵列的输出功率不断减少时，上位机15通过控制开关SD2至SDn中的部分让部分光伏逆变器停止工作。同时，上位机15检测光伏逆变器输出的电流谐波情况，若谐波超标，则使部分光伏逆变器停止工作或者投入电能质量治理装置14进行治理。需要说明的是，上位机15可以通过通信协调控制光伏逆变器和电能质量治理装置14工作。
该实施方式通过合理组合不同的光伏逆变器工作使光伏逆变器工作在尽可能大的输出功率范围内，再配合电能质量治理装置14，在不影响发电效果的情况下有效的解决谐波超标的问题。
进一步的，在本实用新型的第二实施例中，所述的至少两个光伏逆变器13为功率等级不同的光伏逆变器。可以按照光伏阵列11的输出功率，合理配置光伏逆变器容量，按照从较小容量到较大容量配置多个光伏逆变器组合。假设第一光伏逆变器为最小功率光伏逆变器，该实施方式工作时，上位机15检测光伏阵列11的输出功率，当光伏阵列11的输出满足第一光伏逆变器（最小功率光伏逆变器）工作电压时，合上开关SD1、SA1，最小功率光伏逆变器开始工作，上位机15检测光伏阵列11的输出电压，电流，计算此时光伏阵列的输出功率，若只够最小功率光伏逆变器工作，则不启动其它光伏逆变器。当光伏阵列的输出功率不断增加时，上位机通过控制开关SD2至SDn中的部分或全部让不同容量的光伏逆变器组合起来工作，直至全部投入工作；反之，光伏阵列的输出功率不断减少时，上位机通过控制开关SD2至SDn中的部分让其中部分光伏逆变器停止工作。同时，上位机15检测逆变器输出电流谐波情况，若谐波超标，投入电能质量治理装置14。当光伏阵列11输出的功率不能满足较大功率光伏逆变器工作时，可能该功率能够满足较小功率的光伏逆变器工作。此时可以通过选择较小功率的光伏逆变器工作而避免系统停机。设置不同功率等级的光伏逆变器可以使逆变器组合更加灵活，便于选择，从而使发电量最大化。
进一步的，如图2所示，本实用新型的第三实施例还包括第三开关元件组16（SB1、SB2、…、SBn），第三开关元件组16中的每个开关串联在对应的光伏逆变器的交流侧和电网之间。这样在光伏逆变器不工作时，可以通过第二开关元件组16将光伏逆变器和电网切断，避免光伏逆变器对电网产生干扰。
进一步的，如图2所示，在本实用新型的第四实施例中，所述电能质量治理装置14与电网之间依次串联第二开关元件SA1、第三开关元件组16中的SB1，所述开关SB1与最小功率等级的第一光伏逆变器串联。
当光伏逆变器工作于一第二预设功率（例如可以为额定功率的一半）以上时，光伏逆变器输出的电流谐波一般不会超标，因此当电流谐波超标时，可以优先切断没有达到第二预设功率的较大功率的光伏逆变器，当只剩最小容量的光伏逆变器工作时，才启用电能质量治理装置14来治理谐波污染等问题。这样电能质量治理装置14可以按最小容量的光伏逆变器和最恶劣的工况来配置，以较低成本解决电流谐波超标问题。因此可以把电能质量治理装置通过第二开关SA1连接到第一光伏逆变器（最小容量的光伏逆变器）和开关SB1之间。当然电能质量治理装置14也可以直接通过第二开关SA1与电网相连，但是作为优选的方案，将电能质量治理装置通过第二开关SA1直接接在最小容量的光伏逆变器支路上相对来说可以节省线缆，降低成本。
如图3所示，本实用新型还提供了光伏并网系统的第五实施例，包括：光伏阵列11和至少两个光伏逆变器13，所述至少两个光伏逆变器13中的每个光伏逆变器的直流侧通过第一开关元件组12中的可控开关（SD1、SD2、…、SDn）连接到光伏阵列11。光伏阵列11，用于对太阳能进行转换，输出直流电能；至少两个光伏逆变器13，用于将光伏阵列11输出的直流电能转换成交流电能，提供给电网。还包括电能质量治理装置14，电能质量治理装置14可采用具有谐波治理和无功补偿功能的并联电压型有源电力滤波器。所述电能质量治理装置14通过第二开关元件SA1与电网连接。所述每个光伏逆变器包括检测控制模块和谐波分析模块，检测控制模块用于检测光伏阵列11输出的直流电能特性，并根据该直流电能特性控制第一开关元件组12中与之串联的开关元件接通或者断开，使光伏逆变器工作或者不工作，以使其工作时的输出功率达到预设的功率值；谐波分析模块，用于分析光伏逆变器输出的电流谐波情况，当谐波超过预设值时，控制第一开关元件组12中与之串联的开关元件使其停止工作，或者控制第二开关元件SA1使电能质量治理装置14工作。
相对于本实用新型第一实施例采用上位机的方式来进行协调控制，本实用新型的第五实施例将检测控制模块和谐波分析模块集成进光伏逆变器中，对光伏逆变器的要求更高，相对于采用上位机协调控制的方案来说，成本比较高，而且不利于协调控制。
实施例五的控制策略基本与第一实施例相同，每个光伏逆变器的检测控制模块均检测光伏阵列11的输出功率。当光伏阵列11的输出功率能满足自身的工作电压时，指示第一开关元件组12中与之串联的开关元件接通，使其开始工作。当光伏阵列11的输出功率不能满足光伏逆变器的工作电压时，光伏逆变器指示第一开关元件组12中与之串联的开关元件断开，使其停止工作。光伏逆变器的谐波分析模块检测自身输出的电流谐波情况，若谐波超标，则指示第一开关元件组12中与之串联的开关元件断开，使其停止工作；或者指示第二开关元件SA1接通使电能质量治理装置14进行工作。
该实施方式通过合理组合不同的光伏逆变器工作使光伏逆变器工作在尽可能大的输出功率范围内，再配合电能质量治理装置14，在不影响发电效果的情况下有效的解决谐波超标的问题。
进一步的，在本实用新型的第六实施例中，所述的至少两个光伏逆变器13为功率等级不同的光伏逆变器。可以按照光伏阵列的输出功率，合理配置光伏逆变器容量，按照从较小容量到较大容量配置多个光伏逆变器组合。当光伏阵列11输出的功率不能满足较大功率光伏逆变器工作时，可能该功率能够满足较小功率的光伏逆变器工作。这样可以避免系统不必要的停机。设置不同功率等级的光伏逆变器可以使逆变器组合更加灵活，从而使发电量最大化。所述第六实施例的工作方式与所述第二实施例的工作方式基本相同，在此不再赘述。
进一步的，如图4所示，本实用新型的第七实施例还包括第三开关元件组16（SB1、SB2、…、SBn），第三开关元件组16中的每个开关串联在对应的光伏逆变器和电网之间。这样在光伏逆变器不工作时，可以通过第二开关元件组16将光伏逆变器和电网切断，避免光伏逆变器对电网产生干扰。
进一步的，如图4所示，在本实用新型的第八实施例中，所述电能质量治理装置14与电网之间依次串联第二开关元件SA1、第三开关元件组16中的SB1，所述开关SB1与最小功率等级的第一光伏逆变器串联。
第一光伏逆变器为最小功率的光伏逆变器，其他光伏逆变器为较大功率的光伏逆变器，较大功率的光伏逆变器在检测到自身输出的电流谐波超标时，指示第一开关元件组12中与之串联的开关元件断开，使其停止工作而不启动电能质量治理装置14。只有当第一光伏逆变器（最小容量的光伏逆变器）检测到自身输出的电流谐波超标时，才启用电能质量治理装置14来治理谐波污染等问题。这样电能质量治理装置14可以按最小容量的光伏逆变器和最恶劣的工况来配置，以较低成本解决电流谐波超标问题。因此可以把电能质量治理装置通过第二开关SA1连接到第一光伏逆变器（最小容量的光伏逆变器）和开关SB1之间。当然电能质量治理装置14也可以直接通过第二开关SA1与电网相连，但是作为优选的方案，将电能质量治理装置通过第二开关SA1直接接在最小容量的光伏逆变器支路上相对来说可以节省线缆，降低成本。
需要说明的是，本申请中所述的开关元件可以为金属氧化物半导体（metal oxid semiconductor，MOS）管，或者绝缘栅极型功率管（Insulated Gate Bipolar Transisitor，IGBT）器件，或者可控继电器等具有开关特征的器件。

Claims (8)

1.一种光伏并网发电系统，其特征在于，包括：
光伏阵列，用于对太阳能进行转换，输出直流电能；
至少两个光伏逆变器，用于将光伏阵列输出的直流电能转换成交流电能，提供给电网；
第一开关元件组，包括若干与光伏逆变器数目相同的开关元件，每个开关元件串联于对应的光伏逆变器和光伏阵列之间；
电能质量治理装置，用于改善电网的电能质量；
第二开关元件，串联于电能质量治理装置和电网之间；
上位机，包括检测控制模块和谐波分析模块，检测控制模块用于根据光伏阵列输出的直流电能特性，控制第一开关元件组中的开关元件接通或断开使至少两个光伏逆变器的部分或者全部工作，以使处于工作状态的光伏逆变器的输出功率满足预设的功率值；谐波分析模块，用于分析光伏逆变器输出的电流谐波情况，当谐波超过预设值时，控制第一开关元件组中的部分开关元件断开使部分光伏逆变器停止工作，或者控制第二开关元件接通使电能质量治理装置工作。
2.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述的至少两个光伏逆变器为功率等级不同的光伏逆变器。
3.根据权利要求2所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述系统还包括第三开关元件组，包括若干与光伏逆变器数目相同的开关元件，每个开关元件串联于对应的光伏逆变器和电网之间。
4.根据权利要求3所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述电能质量治理装置与电网之间依次串联第二开关元件、第三开关元件组中与最小功率等级光伏逆变器串联的开关元件。
5.一种光伏并网发电系统，其特征在于，包括：
光伏阵列，用于对太阳能进行转换，输出直流电能；
至少两个光伏逆变器，用于将光伏阵列输出的直流电能转换成交流电能，提供给电网；
第一开关元件组，包括若干与光伏逆变器数目相同的开关元件，每个开关元件串联于对应的光伏逆变器和光伏阵列之间；
电能质量治理装置，用于改善电网的电能质量；
第二开关元件，串联于电能质量治理装置和电网之间；
所述每个光伏逆变器包括检测控制模块和谐波分析模块，检测控制模块用于检测光伏阵列输出的直流电能特性，并根据该直流电能特性控制第一开关元件组中与之串联的开关元件接通或者断开，使光伏逆变器工作或者不工作，以使其工作时的输出功率达到预设的功率值；谐波分析模块，用于分析光伏逆变器输出的电流谐波情况，当谐波超过预设值时，控制第一开关元件组中与之串联的开关元件，使其停止工作或者控制第二开关元件使电能质量治理装置工作。
6.根据权利要求5所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述的至少两个光伏逆变器为功率等级不同的光伏逆变器。
7.根据权利要求6所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述系统还包括第三开关元件组，包括若干与光伏逆变器数目相同的开关元件，每个开关元件串联于对应的光伏逆变器和电网之间。
8.根据权利要求7所述的光伏并网发电系统，其特征在于所述电能质量治理装置与电网之间依次串联第二开关元件、第三开关元件组中与最小功率等级光伏逆变器串联的开关元件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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