CN205335862U - 一种智能柔性开关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能柔性开关装置，包括机械开关和电力电子开关，用于控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离；机械开关采用具有开通或关断自灭弧功能的高压接触器，包括机械触点(K1)和控制线圈；电力电子开关采用晶闸管组，由反并联高压晶体管对串并联连接组成。智能柔性开关装置能够柔性控制的同时降低自身功耗，从而有效降低电站不发电时，电站内大容量变压器、大容量逆变器自身的损耗，为电站运营方带来巨大的节能收益。

Description

一种智能柔性开关装置

技术领域

本实用新型属于电力系统中，新能源发电领域，具体讲涉及一种智能柔性开关装置。

背景技术

随着全球新能源装机容量的不断攀高，尤其是国内光伏发电装机容量的高速增长，目前中国已成为全球光伏发电装机容量全球第一的位置，预计2015年底光伏发电装机容量可达到49GW。但从目前已投入运营的，还是即将投入运营的集中式光伏电站还是分布式光伏电站来看，都存在一个通用性的问题，即光伏发电系统具有明显的时效性，白天发电、晚上停运。且无论白天还是晚上，光伏发电电站系统不和并网母线系统脱离，会造成当光伏电站不发电时，因电站内接入大量的升压变自身的铜损、铁损，造成光伏发电电站不发电时耗电巨大，运营成本较高的问题。之前的电站因国家政策支持及补贴的力度较大，这些运营成本，基本构不成太大压力，但随着电站自身光伏组件的衰减、设备发电效率的降低，这些自身耗电的成本，愈发凸显。还有因一些电站投资方，或者运营方并不清楚电站自身耗电问题，或者没有预估到自身耗电的严重性，在设计之初未关注到该问题，随着电站的运行，这些问题逐一显现出来。根据相关调研计算，光伏电站自身耗电的损失已经占到光伏电站自身运营成本的70％以上。刚开始因受政策补贴的时间限制，并没有引起投资人或者电站运营方的注意，甚至以上运营成本，在国家大力的扶持下，并没有显现。随着国家对新能源发电的补贴逐步的降低，光伏电站的投入与产出比的下滑，光伏电站收益时效性压力增大，光伏电站自身的运营成本越来越受到关注，因此解决光伏电站自身在不发电时的损耗尤为迫切，是减低光伏电站运维成本的有效策略。同时，根据电站自身发电特性，又特别所研制的装置必须具有高度可靠、解决效果明显、性价比高、安装便捷、维护方便、自身寿命长等特点。尤其是进入十二五后，我国光伏电站建设速度加快，国内光伏装机规模正在不断迅速扩大，但对成本的要求，投入与产出比的需求愈发强烈。另一方面，随着国家对光伏发电的补贴，大幅度降低大，市场竞争进一步加剧，光伏发电自身成本的压力更加突出；在这些新形势下，对光伏电站自身节能提出了更高要求。一种应用于光伏电站的智能型节能系统，对促进光伏电站自身运行成本的降低、保障光伏电站收益最大化及安全稳定优质经济运行具有重要意义。

现今由于光伏间歇性可再生新能源发电的超常规发展，大规模新能源发电并网对电力系统安全调度的影响已经显现，给电网运行调度带来了一系列新的挑战，尤其是光伏发电的大规模接入所带来的不发电时自身损耗巨大，增加了电网负荷，增加了电网调度的难度。因此解决光伏发电电站在晚上或者阴雨天不发电时自身损耗的问题，需要一种有效的技术手段解决这个问题。在未来，光伏电站用智能型节能系统及其方法是解决光伏电站运维节能，降低电网负荷的关键措施之一，研制应用于光伏电站的智能型节能系统将为保障大规模新能源发电接入电网发挥着重要作用。符合国家对建设节能型社会的趋势，也符合未来国家对光伏发电电站建设符合真正意义上新能源发电的要求。

解决光伏发电电站自身损耗问题，若采用常规的在并网点位置增装机械式高压开关，需要人工每天定点手动投入或投出，工作量大、效率低、安全性差，经济性不高。而且对电网的冲击较大，具有极大的故障风险。因此采用机械式手动开关，显然不符合电站实际运维要求。

采用在并网点增装机械式高压开关和控制装置，可以解决光伏电站远方控制电站不发电时与并网电网系统脱离，但该方法不能解决在光伏发电系统投入电网系统时，对大电网的巨大冲击，甚至因光伏电站投入时，造成电网系统远端的变电站保护系统动作，跳闸。影响电网供电系统的稳定性，性质极其恶劣，影响较大，对电站的运营带来较大的影响，因此该方式不是最佳方法，也不符合未来技术发展趋势。

实用新型内容

针对现有技术和新能源自身现状存在的问题，本实用新型提供一种智能柔性开关装置。本实用新型具有极强的创新性。具有工作稳定可靠、自身损耗低，无散热装置、寿命长、动态响应速度快等优点。可实现新能源发电的低成本运维、高可靠性并网。使得光电电站的系统运行稳定、可靠、智能化程度高，可以实现了真正意义上的无人值守操作的效果。

本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：

一种智能柔性开关装置，用于光伏发电电站系统中，包括：

机械开关和电力电子开关，用于控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离；

机械开关采用具有开通或关断自灭弧功能的高压接触器，包括机械触点(K1)和控制线圈；

电力电子开关采用晶闸管组，由反并联高压晶体管对多级串并联连接组成。

高压晶体管组的触发信号为一组互补的脉冲信号。

晶闸管组所含的反并联高压晶体管对串联N个，然后并联M组，M、N为自然数。

智能柔性开关装置应用于光伏发电电站并网点电压等级为10KV电网系统中时，N为10～12对反并联晶体管对串联连接；或者，智能柔性开关装置应用于光伏发电电站并网点电压等级为35KV电网系统中时，N为22～24对反并联晶体管对串联连接。

智能柔性开关装置安装在光伏电站有多个并网点光伏并网逆变系统中时，无需并联；或者，智能柔性开关装置安装在只有一个并网点的光伏发电电站中时，通过并联晶闸管，此时并联组数M大于等于2。

所述的用于光伏电站的智能型开关安装在光伏发电电站系统总并网母线和电网电压之间，适用光伏发电站系统有且只有一个总并网点系统，并网点母线电压为三相交流10kV母线或者35kV母线电网系统。

其特征在于，所述的用于光伏电站的智能型开关串联安装在每个光伏发电逆变系统和电网系统之间，适用光伏发电站系统有多个并网点的系统，并网点母线电压为三相交流10kV母线或者35kV母线电网系统。

与现有技术比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型开关单元主要由电力电子开关和机械开关组成，其中电力电子开关为两组反并联连接的晶闸管组成、机械开关采用高性能长寿的高压接触器，该开关受控于控制单元。具有工作稳定可靠、自身损耗低，无散热装置、寿命长、动态响应速度快等优点。所示开关应用于光伏发电站并网接入口升压变的高压侧或者上一级变压器的低压侧，根据电站状态自行决策或者接受远方调度中心指令，控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离，从而有效降低电站不发电时，电站内大容量变压器、大容量逆变器自身的损耗，为电站运营方带来巨大的节能收益。

附图说明

图1为智能柔性开关装置示意图。

图2为智能柔性开关装置安装于光伏发电站总并网点系统示意图。

图3为智能柔性开关装置开关安装于光伏发电站多个并网点的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，一种智能柔性开关装置31包括机械开关和电力电子开关，机械开关采用具有开通或关断自灭弧功能、长寿命、高性能的高压接触器，其中高压接触器有低阻抗带真空灭弧能力的机械触点K1和控制线圈。该高压接触器控制电压为AC380V，也可为AC220V，也可为DC220，也可为DC110V，由控制系统单元根据系统状态信息，控制其闭合或关断。电力电子开关采用晶闸管组，晶闸管组由反并联高压晶体管对多级串并联连接组成，反并联高压晶体对组受控于控制单元，触发信号为一组互补的脉冲信号。如图所示，根据光伏电站并网电压等级及所述装置安装位置的不同，所含的串并联高压晶体管对个数不同，反并联高压晶体管对可串联N个，然后并联M组，M、N为自然数。例如，若装置应用于10KV并网等级、装置安装在高压侧，只需要10～12对反并联晶体管对串联连接即可；若装置应用于35KV并网等级、装置安装在低压侧母线上，需要22～24对反并联晶体管串联连接即可。若装置安装在光伏电站有多个并网点光伏并网逆变系统中时，无需并联；若装置安装在只有一个并网点的光伏发电电站中时，可以通过并联晶闸管，此时并联个数M大于等于2。

当光伏电站不发电时，断开机械开关，光伏发电电站系统与并网母线系统脱离，节省电站内接入大量的升压变自身的铜损、铁损造成光伏发电电站不发电时的耗电。当光伏电站需要发电并网接入大电网时，根据电网电压的相位，控制晶体管组开通时刻，柔性控制并网电压的切入，最大化减小因光伏并网系统接入造成对大电网的冲击。所含的电力电子器件开关为高压晶体管组，其受控于控制单元，触发信号为一组互补的脉冲信号，机械开关作为电力电子式开关的旁路开关，根据控制单元指令，自行旁路动作。当系统完成正常接入的切换后，电力电子式开关退出，机械式开关闭合，能量主要从低接触阻抗触点的机械开关流过。结合电子式开关开通、关断速度快，可以柔性控制其通断，机械开关工作可靠、功耗低二者的优点，通过二者的结合形成的主体开关单元，解决了电力电子式开关功耗大、需要加装散热系统，机械开关响应速度慢、无法柔性控制其通断的缺点，并将其成功应用于光伏发电电站领域。在能够柔性控制的同时降低自身功耗，解决光伏电站自身不发电时，仍需要消耗大量电能的问题。

本实用新型所述的一种智能柔性开关装置，其主要应用于光伏发电站并网接入口升压变的高压侧或者上一级变压器的低压侧，根据电站状态自行决策或者接受远方调度中心指令，控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离，从而有效降低电站不发电时，电站内大容量变压器、大容量逆变器自身的损耗，为电站运营方带来巨大的节能收益。

如图2所示，应用于光伏电站的智能柔性开关装置安装在光伏发电电站系统总并网母线和电网电压之间，安装于光伏发电站并网接入口升压变的高压侧，适用光伏发电站系统有且只有一个总并网点系统。其中总并网母线电压为三相交流10kV母线或者35kV母线电网系统，电网电压为三相交流110kV母线或者35kV母线电网系统。根据电站状态自行决策或者接受远方调度中心指令，控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离。

如图3所示，智能柔性开关装置也可安装在有多个光伏发电逆变器系统的光伏发电电站中，开关装置串联安装在每个光伏发电逆变系统和电网系统之间，并网点电网系统电压为三相交流10kV母线或者35kV母线电网系统。智能柔性开关装置能根据电站状态自行决策或者接受远方调度中心指令，控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种智能柔性开关装置，其特征在于，包括：

机械开关和电力电子开关，用于控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离；

机械开关采用具有开通或关断自灭弧功能的高压接触器，包括机械触点(K1)和控制线圈；

电力电子开关采用晶闸管组，由反并联高压晶体管对串并联连接组成。

2.如权利要求1所述的一种智能柔性开关装置，其特征在于，晶闸管组的触发信号为一组互补的脉冲信号。

3.如权利要求2所述的一种智能柔性开关装置，其特征在于，晶闸管组所含的反并联高压晶体管对串联N个，然后并联M组，M、N为自然数。

4.如权利要求3所述的一种智能柔性开关装置，其特征在于，智能柔性开关装置应用于光伏发电电站并网点电压等级为10KV电网系统中时，采用10～12对反并联晶体管对串联连接；或者，智能柔性开关装置应用于光伏发电电站并网点电压等级为35KV电网系统中时，采用22～24对反并联晶体管对串联连接。

5.如权利要求4所述的一种智能柔性开关装置，其特征在于，智能柔性开关装置安装在光伏电站有多个并网点光伏并网逆变系统中时，无需并联；或者，智能柔性开关装置安装在只有一个并网点的光伏发电电站中时，通过并联晶闸管，此时并联组数M大于等于2。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种智能柔性开关装置，其特征在于，所述的的智能柔性开关装置安装在光伏发电电站系统总并网母线和电网电压之间，适用光伏发电站系统有且只有一个总并网点系统，并网点母线电压为三相交流10kV母线或者35kV母线电网系统。

7.如权利要求1-5任一项所述的一种智能柔性开关装置，其特征在于，所述的智能柔性开关装置串联安装在每个光伏发电逆变系统和电网系统之间，适用光伏发电站系统有多个并网点的系统，并网点母线电压为三相交流10kV母线或者35kV母线电网系统。