CN205901296U - 一种高压直流供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压直流供电系统，该高压直流供电系统包括：光伏高压组件串；旁路开关，旁路开关与光伏组件的正负电极连接，或者旁路开关与光伏组件串的正负极连接；直流输出控制装置，直流输出控制装置包括直流断路器，直流断路器与光伏高压组件串的正极和/或负极连接；逆变站，逆变站将高压直流电转换为交流电；直流输电线，直流输电线的一端与直流断路器的输出端连接，另一端与逆变站的输入端连接。本实用新型系统通过旁路开关与直流输出控制装置的配合，解决光伏电站高压直流侧开关因灭弧难题而无法分闸的技术障碍，提高直流光伏电站继电保护措施，使电气系统运行更加安全、可靠。

Description

一种高压直流供电系统

技术领域

本实用新型属于高压直流输电技术领域，特别是涉及一种高压直流供电系统。

背景技术

现代输配电方式仍以交流输电为主，但是交流电的品质要求很高，要考虑频率、功率因素、谐波、对地电容电流、线路阻抗、同期处理等诸多问题，交流输配电在很多方面开始显示出局限性。直流输配电技术以其独有的特点，避免了交流电所需要考虑的以上诸多问题，所以直流输配电尤其高压直流输电具有明显的成本优势，将在目前乃至将来电网中发挥着巨大作用。

目前的在建和已建的高压直流输电系统，都是交-直-交的形式。直流输电系统主要包括换流站(整流侧)、直流输电线、换流站(逆变侧)。直流输电系统通常换流站的换流设备采用无关断电流能力的大功率晶闸管。还有一种方式的直流输电叫轻型直流输电(也叫柔性直流输电)，采用新型高频可关断半导体器件(如IGBT、IGCT、碳化硅元件)和脉宽调制(PWM)技术进行换流。

虽然直流输配电已得到重视和发展，但目前的光伏电站输配电系统依然是将光伏直流电逆变成交流电再升压并网的方式。从全局考虑，即从发电到输电再到用户，这种发输变电及配电模式存在投资大，技术难度高，故障率高，损耗大，效益低等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高压直流供电系统，以解决现有高压直流供电系统源端的检修与控制难题。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种高压直流供电系统，其包括：

光伏高压组件串，所述光伏高压组件串由光伏组件串连接形成,所述光伏组件串由光伏组件连接形成；所述光伏组件是能单独提供直流电输出的太阳电池装置；

旁路开关，所述旁路开关与光伏组件的正负电极连接，或者所述旁路开关与光伏组件串的正负极连接；

直流输出控制装置，所述直流输出控制装置包括直流断路器，所述直流断路器与光伏高压组件串的正极和/或负极连接，用于控制光伏高压组件串与外界线路的接通或断开；

逆变站，所述逆变站将高压直流电转换为交流电；

直流输电线，所述直流输电线的一端与直流断路器的输出端连接，另一端与所述逆变站的输入端连接。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述光伏组件串由光伏组件串联而成，或者所述光伏组件串由光伏组件串并联而成。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述光伏高压组件串由光伏组件串串联而成，或者所述光伏高压组件串由光伏组件串串并联而成。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述旁路开关为机械式开关；所述直流断路器为可关断半导体器件或机械式开关。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述可关断半导体器件为三极管、MOS管、IGBT、IGCT或碳化硅元件。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述机械式开关为带接触触头的开关装置。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述旁路开关为光控常闭开关，或电控常闭开关。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述光控常闭开关包括光发射器、光纤、光接收装置和可关断半导体器件或机械式开关。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述光控常闭开关包括光发射器、光纤、能实现光触发的可关断半导体器件。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述光伏组件通过支架安装在地面，并且光伏组件对地绝缘距离随着对应光伏组件对地电压的增高而逐渐加大。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述直流输出控制装置还包括电流防反器件。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述电流防反器件为高压二极管。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述光伏高压组件串的数量为两个或两个以上，不同的光伏高压组件串串联、并联或串并联连接至直流输电线。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述逆变站的数量为两个或两个以上。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，所述逆变站设置有最大功率追踪及控制器，用于调节光伏高压组件串产生的电能以最大功率进行输出。

本实用新型如上所述的高压直流供电系统，进一步，还包括隔离开关，所述隔离开关用于切断光伏组件串的输电线路。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型高压直流供电系统由光伏高压组件串直接生产高压电，然后远程直流输电。与传统的输电模式比较，很明显有三个特点：一是少了一侧的换流控制和升压控制，投资成本至少降低；二是没有无功功率的存在，提高输电效率；三是没有波动频率，电能的控制简化，技术难度降低。

通过旁路开关与直流输出控制装置的配合，解决光伏电站高压直流侧开关因灭弧难题而无法分闸的技术障碍，提高直流光伏电站继电保护措施，使电气系统运行更加安全、可靠。

光伏组件串的检修安全便捷，能够实现整个电站高压光伏组件串的断电检修，也能够实现某一光伏组件串的断电检修，检修方式灵活多样，能够适应光伏电站稳定运行的要求。

光伏发电本身是直流电源，在此我们可以将光伏直流发电系统与直流输电系统结合形成特有的光伏高压直流输电系统或光伏高压直流输电网络。由于这种方式在发电侧(光伏电站)省略了换流和升压环节，又能充分利用了直流输电的优势，所以在整个发输电和配电上降低了投资成本也降低了技术要求，提高了发电及输电的可靠性也提高光伏电站的经济效益。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型，其中：

图1为本实用新型一种实施例的光伏高压组件串及旁路开关连接示意图；

图2为本实用新型第一种实施例的高压直流供电系统示意图；

图3为本实用新型第二种实施例的高压直流供电系统示意图；

图4为本实用新型第三种实施例的高压直流供电系统示意图；

图5为本实用新型第四种实施例的高压直流供电系统示意图；

图6为本实用新型第五种实施例的高压直流供电系统示意图；

图7为图1中A部位的局部放大示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本实用新型的高压直流供电系统的实施例。

在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

本实用新型实施例提供一种高压直流供电系统，其包括：

光伏高压组件串1，所述光伏高压组件串由光伏组件串11连接形成,所述光伏组件串11由光伏组件连111接形成；所述光伏组件111是能单独提供直流电输出的太阳电池装置；

旁路开关12，所述旁路开关12与光伏组件111的正负电极连接(图7中示出)，或者所述旁路开关12与光伏组件串11的正负极连接(图1中示出)；根据光伏组件伏安曲线表可看出其短路特性，当光伏组件的直接短路时，短路电流不可能会无限大，通常不超过额定电流的1.2倍左右，电压的输出可短时间跌落至零值。目前很多光伏项目的组件串电压都在低压1000V以下，该电压等级下的光伏组件发生短路时，并未对线路或光伏电池造成破坏。

直流输出控制装置2，所述直流输出控制装置2包括直流断路器21，所述直流断路器21与光伏高压组件串1的正极和/或负极连接，用于控制光伏高压组件串1与外界线路的接通或断开；

逆变站4，所述逆变站4将高压直流电转换为交流电；

直流输电线3，所述直流输电线3的一端与直流断路器21的输出端连接，另一端与所述逆变站4的输入端连接。

在如图1所示的实施例中，所述光伏组件串11由光伏组件111串联而成，或者所述光伏组件串11由光伏组件111串并联而成，所述串并联是指光伏组件串11中即包括相互并联的光伏组件111，也包括相互串联的光伏组件111，还包括数个并联的光伏组件111与其他光伏组件111串联的情况。

在如图1所示的实施例中，所述光伏高压组件串1由光伏组件串11串联而成，或者所述光伏高压组件串1由光伏组件串11串并联而成。所述串并联是指光伏高压组件串1中即包括相互并联的光伏组件串11，也包括相互串联的光伏组件串11，还包括数个并联的光伏组件串11与其他光伏组件串11串联的情况。

在本实用新型上述实施例的具体实施过程中，所述旁路开关12为包括可关断半导体器件的开关或机械式开关；所述直流断路器21为可关断半导体器件或机械式开关。在优选的实施例中，所述可关断半导体器件为三极管、MOS管、IGBT、IGCT或碳化硅元件。在优选的实施例中，所述机械式开关为带接触触头的开关装置。

以下说明本实用新型一种具体实施例的旁路开关12，所述旁路开关12为光控常闭开关，或电控常闭开关。所述光控常闭开关包括光发射器、光纤、光接收装置和可关断半导体器件或机械式开关。或者，所述光控常闭开关包括光发射器、光纤、能实现光触发的可关断半导体器件。光控方式的旁路开关，由光发射器将光信号通过光纤或光导传输给光接收装置，光接收装置控制可关断半导体器件或机械式开关，使开关断路或通路。也可以不通过光接收装置而直接光信号传输给能实现光触发的可关断半导体器件，使半导体器件断路或通路。

电控方式的旁路开关，电信号通过控制线缆传输给信号接收装置，信号接收装置控制可关断半导体器件或机械式开关，使开关断路或通路。也可以不通过信号接收装置而直接点信号触发的可关断半导体器件，使半导体器件断路或通路。

在本实用新型上述实施例的高压直流供电系统中，所述光伏组件111通过支架安装在地面，并且光伏组件111对地绝缘距离随着对应光伏组件对地电压的增高而逐渐加大。利用逐步增大间隔的方式，降低了光伏组件的自身的高绝缘要求。通过这种方式，如多个光伏组件组成的高压直流输电的额定电压虽然很高，但每个光伏组件不需要按直流输电额定电压的绝缘等级进行设计。解决了光伏发电系统的光伏组件高压绝缘难题。

在本实用新型如上所述的高压直流供电系统中，所述直流输出控制装置2还包括电流防反器件22。防反器件22作用是防止因高压光伏组件串1的输出侧的正负极反接或输出侧的外部其他原因导致的电流反灌，或高压直流输电系统的各支路之间存在压差而产生电流倒送，即环流，而烧毁高压光伏组件串的器件或使一些器件无法正常运行。当所在高压组件串出现故障时，作为一个断开点，与系统有效隔离，在保护故障组串的同时，为检修提供方便。防反器件可以采用具有单向导电性的高压防反二极管，也可以采用电流(功率)逆向检测并能迅速阻断电流的装置。

在本实用新型上述实施例的高压直流供电系统中，如图1所示，还包括隔离开关13，所述隔离开关13用于切断光伏组件串11的输电线路。

如图2所示，为一种实施例的高压直流供电系统，该系统仅包括一个光伏高压组件串1，并且在输出端设置了一个逆变站4。

如图3所示，为另外一种实施例的高压直流供电系统，该系统仅包括两个或两个以上的光伏高压组件串1，光伏高压组件串1之间相互均串联连接，在输出端设置了一个逆变站4。

如图4所示，为第三种实施例的高压直流供电系统，该系统仅包括两个光伏高压组件串1，光伏高压组件串1均为并联运行，在输出端设置了一个逆变站4。

如图5所示，为第四种实施例的高压直流供电系统，该系统包括三个光伏高压组件串1，光伏高压组件串1既有并联运行也有串联运行，在输出端设置了一个逆变站4。

如图6所示，为第五种实施例的高压直流供电系统，该系统包括三个光伏高压组件串1，光伏高压组件串1既有并联运行也有串联运行，但在输出端设置了两个逆变站4，此外，也可以根据实际需求设置多个逆变站。在这种实施例中，包括多个逆变站的高压直流供电系统更加符合实际电网布置，实现了在多个地点引出光伏高压组件串产生的电能。

依据，本实用新型提供利用上述实施例描述的高压直流供电系统实现的高压直流供电系统的控制方法；

在需要切断光伏高压组件串的功率输出时(例如出现线路故障时)，首先控制旁路开关12导通，使光伏组件111或光伏组件串11处于短路状态；然后控制直流断路器21断开。

在需要光伏高压组件串进行功率输出时，首先控制旁路开关12导通，使光伏组件或光伏组件串处于短路状态；然后控制直流断路器21闭合；最后控制旁路开关12断开。

在光伏高压组件串需要进行检修维护时，首先控制旁路开关12导通，使光伏组件111或光伏组件串11处于短路状态；然后控制直流断路器21断开；最后将光伏组件111的正负两端进行接地处理，保证检修人员接触设备和线路时不被触电。

在光伏高压组件串中的某个光伏组件串需要检修时，该光伏组件串11的旁路开关12导通，该光伏组件串11的旁路开关处于短路状态；然后控制对应的隔离开关21断开，使该光伏组件串11与光伏高压组件串1隔离；最后将光伏组件111的正负两端进行接地处理。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据实用新型之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本实用新型之目的为准。

Claims (16)

1.一种高压直流供电系统，其特征在于，包括：

光伏高压组件串，所述光伏高压组件串由光伏组件串连接形成,所述光伏组件串由光伏组件连接形成；所述光伏组件是能单独提供直流电输出的太阳电池装置；

旁路开关，所述旁路开关与光伏组件的正负电极连接，或者所述旁路开关与光伏组件串的正负极连接；

直流输出控制装置，所述直流输出控制装置包括直流断路器，所述直流断路器与光伏高压组件串的正极和/或负极连接，用于控制光伏高压组件串与外界线路的接通或断开；

逆变站，所述逆变站将高压直流电转换为交流电；

直流输电线，所述直流输电线的一端与直流断路器的输出端连接，另一端与所述逆变站的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述光伏组件串由光伏组件串联而成，或者所述光伏组件串由光伏组件串并联而成。

3.根据权利要求1或2所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述光伏高压组件串由光伏组件串串联而成，或者所述光伏高压组件串由光伏组件串串并联而成。

4.根据权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述旁路开关为机械式开关；所述直流断路器为可关断半导体器件或机械式开关。

5.根据权利要求4所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述可关断半导体器件为三极管、MOS管、IGBT、IGCT或碳化硅元件。

6.根据权利要求4所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述机械式开关为带接触触头的开关装置。

7.根据权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述旁路开关为光控常闭开关，或电控常闭开关。

8.根据权利要求7所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述光控常闭开关包括光发射器、光纤、光接收装置和可关断半导体器件或机械式开关。

9.根据权利要求7所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述光控常闭开关包括光发射器、光纤、能实现光触发的可关断半导体器件。

10.根据权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述光伏组件通过支架安装在地面，并且光伏组件对地绝缘距离随着对应光伏组件对地电压的增高而逐渐加大。

11.根据权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述直流输出控制装置还包括电流防反器件。

12.根据权利要求11所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述电流防反器件为高压二极管。

13.根据权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述光伏高压组件串的数量为两个或两个以上，不同的光伏高压组件串串联、并联或串并联连接至直流输电线。

14.根据权利要求1或13所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述逆变站的数量为两个或两个以上。

15.根据权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述逆变站设置有最大功率追踪及控制器，用于调节光伏高压组件串产生的电能以最大功率进行输出。

16.根据权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，还包括隔离开关，所述隔离开关用于切断光伏组件串的输电线路。