專利名稱：一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光伏發電并網系統，尤其是涉及一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統。
背景技術：
近年來隨著光伏電池造價成本的下降和光伏發電效率的提高，光伏發電的應用前景空前廣闊，光伏發電并網是光伏發電的重要發展方向，與獨立光伏發電系統相比，可以省去儲能設備，更加集中地利用太陽能；但由于光伏發電具有隨機性，間歇性，周期性，使得并網光伏電站及其接入系統的安全性，可靠性面臨新的考驗。光伏發電并網系統經典的電路結構分為單級式無變壓器結構，帶工頻變壓器隔離的兩級式結構和帶高頻變壓器隔離的多級式結構；采用單級式無變壓器結構的目的之一是結構簡單，成本低，效率高，但輸入輸出沒有電氣隔離，輸入電壓范圍小，控制不夠靈活；采用帶工頻變壓器隔 離的兩級式結構控制更加靈活，升壓比大，實現了電氣隔離，但工頻變壓器的存在增加了設備成本和體積；為克服此缺陷，又出現了帶高頻變壓器隔離的多級式結構，但這種結構電路復雜，只適合于小功率場合，需要通過工頻變壓器升壓才能并入IOkV電網。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種穩定性高、抗干擾性強、動態響應快、能實現能量雙向流動的基于固態變壓器的光伏發電并網系統。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:—種基于固態變壓器的光伏發電并網系統，其特征在于，包括光伏陣列、固態變壓器、輸出濾波器、負載和電網，所述的固態變壓器分別與光伏陣列、輸出濾波器、負載連接，所述的輸出濾波器與電網連接。所述的固態變壓器包括依次連接的三相全控整流器、DC-DC變換器、DC-AC逆變器，所述的光伏陣列的輸出端接在三相全控整流器、DC-DC變換器之間；所述的光伏陣列的輸出電能優先通過三相全控整流器后供負載使用，若光伏陣列的輸出電能大于負載所需電能，將剩余的電能依次通過DC-DC變換器、DC-AC逆變器、輸出濾波器后輸入到電網。所述的DC-DC變換器包括依次連接的低壓側直流電容、單相全橋逆變器、高頻變壓器、單相全橋整流器、高壓側直流電容；所述的DC-AC逆變器為三相半橋逆變器。所述的三相全控整流器包括六個功率開關器件和并聯在功率開關器件兩端的二極管；所述的單相全橋逆變器包括四個功率開關器件和并聯在功率開關器件兩端的二極管；所述的單相全橋整流器包括四個功率開關器件和并聯在功率開關器件兩端的二極管；所述的三相半橋逆變器包括六個功率開關器件和并聯在功率開關器件兩端的二極管。所述的功率開關器件為IGBT、IGCT或M0SFET。
所述的輸出濾波器為LC濾波器或LCL濾波器。所述的單相全橋逆變器和單相全橋整流器均采用PWM控制。所述的DC-AC逆變器采用電壓、電流雙閉環控制策略，并結合同步鎖相控制技術，實現并網電流與電網電壓同頻同相。與現有技術相比，本發明具有以下優點:1、采用高頻變壓器隔離的升壓環節，省去了體積龐大的工頻變壓器，其控制更加靈活，在實現電壓等級變換的同時達到電氣隔離目的；2、逆變環節直流側電壓穩定，克服了光伏陣列輸出功率波動對系統造成的不利影響，實現網側電流正弦化且為單位功率因數；3、系統抗干擾性強,動態響應快,能實現能量雙向流動；4、適合于大規模光伏發電并網，不需要工頻變壓器就可實現IOkV高壓并網。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的DC-DC變換器的結構示意圖；圖3為本發明的三相全控整流器的結構示意圖；圖4為本發明的三相半橋逆變器的結構示意
圖5為本發明的并網控制原理示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例如圖1所不,一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統,包括光伏陣列1、固態變壓器2、輸出濾波器3、負載4和電網5，所述的固態變壓器2分別與光伏陣列1、輸出濾波器
3、負載4連接，所述的輸出濾波器3與電網5連接。所述的固態變壓器2提供不同電壓等級接口，各種分布式電源，負載4及儲能設備等可以按需接入不同電壓母線，實現發電，輸電，用電的統一管理與優化利用，是未來可再生能源利用的一種理想方式。針對光伏發電并網系統自身的特點，本發明克服光伏陣列輸出功率波動對系統造成的不利影響，該方案響應速度快，具有良好的抗干擾性，實現網側電流正弦化且為單位功率因素。如圖1所示，所述的固態變壓器2包括依次連接的三相全控整流器21、DC-DC變換器22、DC-AC逆變器23，所述的光伏陣列I的輸出端接在三相全控整流器21、DC_DC變換器22之間；所述的光伏陣列I的輸出電能優先通過三相全控整流器21后供負載使用，若光伏陣列的輸出電能大于負載所需電能，將剩余的電能依次通過DC-DC變換器22、DC-AC逆變器23、輸出濾波器3后輸入到電網5。如圖2所示，所述的DC-DC變換器22包括依次連接的低壓側直流電容224、單相全橋逆變器221、高頻變壓器222、單相全橋整流器223、高壓側直流電容225 ;所述的DC-AC逆變器23為三相半橋逆變器。如圖3、圖4所示，所述的三相全控整流器21包括六個功率開關器件(S21、S22、S23、S24、S25、S26)和并聯在功率開關器件兩端的二極管(D21、D22、D23、D24、D25、D26);所述的單相全橋逆變器包括四個功率開關器件(Sll、S12、S13、S14)和并聯在功率開關器件兩端的二極管(D11、D12、D13、D14);所述的單相全橋整流器包括四個功率開關器件(D15、D16、D17、D18)和并聯在功率開關器件兩端的二極管(S15、S16、S17、S18);所述的三相半橋逆變器包括六個功率開關器件(S31、S32、S33、S34、S35、S36)和并聯在功率開關器件兩端的二極管(D31、D32、D33、D34、D35、D36)。所述的功率開關器件為IGBT、IGCT或MOSFET，所述的二極管為IGBT的體內二極管、IGCT的體內二極管、MOSFET的體內二極管或外接二極管。所述的輸出濾波器為LC濾波器或LCL濾波器。高頻變壓器選用非晶合金材料作為鐵芯材料，其主要功能是實現電壓變換，能量傳遞和電器隔離，同時大幅度減小固態變壓器的體積和重 量。本發明的運行方式為:當能量從光伏陣列向電網流動時，光伏陣列輸出的直流電經低壓側直流電容穩壓后，接入固態變壓器提供的700V直流接口，通過單相全橋逆變器調制成高頻低壓交流電，再通過高頻變壓器升壓變換為高頻高壓交流電，然后經過一個單相全橋整流器還原成18kV高壓直流電，最后通過輸出三相半橋逆變器變換為IOkV的工頻交流電，經濾波后并入IOkV電網。適用于上述基于固態變壓器的光伏發電并網系統的控制目標如下:保持逆變器直流側電壓穩定，保證網側單位功率因數運行，輸出電流是正弦波且諧波分量小。DC-DC變換器具體的控制方法為:該環節直接采用開環控制，單相全橋逆變器和單相全橋整流器均采用PWM控制，驅動信號為占空比為50%的互補觸發脈沖。DC-AC逆變器具體的控制方法如圖5所示:采用電壓、電流雙閉環控制策略，并結合同步鎖相控制技術，實現并網電流與電網電壓同頻同相。直流母線電壓Ud。經采樣后與直
流基準電壓進行誤差比較，誤差信號經PI調節后得到基準電流ζ，再與id進行誤差比較，再
經PI調節，通過計算就可得到ud，同樣可計算出IV由Ud、U(1以及鎖相器所得到的角度就可以產生正弦調制波，再經過邏輯驅動電路產生逆變器的控制信號。
權利要求
1.一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統，其特征在于，包括光伏陣列、固態變壓器、輸出濾波器、負載和電網，所述的固態變壓器分別與光伏陣列、輸出濾波器、負載連接，所述的輸出濾波器與電網連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統，其特征在于，所述的固態變壓器包括依次連接的三相全控整流器、DC-DC變換器、DC-AC逆變器，所述的光伏陣列的輸出端接在三相全控整流器、DC-DC變換器之間； 所述的光伏陣列的輸出電能優先通過三相全控整流器后供負載使用，若光伏陣列的輸出電能大于負載所需電能，將剩余的電能依次通過DC-DC變換器、DC-AC逆變器、輸出濾波器后輸入到電網。
3.根據權利要求2所述的一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統，其特征在于，所述的DC-DC變換器包括依次連接的低壓側直流電容、單相全橋逆變器、高頻變壓器、單相全橋整流器、高壓側直流電容；所述的DC-AC逆變器為三相半橋逆變器。
4.根據權利要求3所述的一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統，其特征在于，所述的三相全控整流器包括六個功率開關器件和并聯在功率開關器件兩端的二極管；所述的單相全橋逆變器包括四個功率開關器件和并聯在功率開關器件兩端的二極管；所述的單相全橋整流器包括四個功率開關器件和并聯在功率開關器件兩端的二極管；所述的三相半橋逆變器包括六個功率開 關器件和并聯在功率開關器件兩端的二極管。
5.根據權利要求4所述的一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統，其特征在于，所述的功率開關器件為IGBT、IGCT或MOSFET。
6.根據權利要求1所述的一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統，其特征在于，所述的輸出濾波器為LC濾波器或LCL濾波器。
7.根據權利要求3所述的一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統，其特征在于，所述的單相全橋逆變器和單相全橋整流器均采用PWM控制。
8.根據權利要求3所述的一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統，其特征在于，所述的DC-AC逆變器采用電壓、電流雙閉環控制策略，并結合同步鎖相控制技術，實現并網電流與電網電壓同頻同相。
全文摘要
本發明涉及一種基于固態變壓器的光伏發電并網系統，包括光伏陣列、固態變壓器、輸出濾波器、負載和電網，所述的固態變壓器分別與光伏陣列、輸出濾波器、負載連接，所述的輸出濾波器與電網連接。與現有技術相比，本發明具有穩定性高、抗干擾性強、動態響應快、能實現能量雙向流動等優點。
文檔編號H02M3/335GK103227474SQ201210021859
公開日2013年7月31日 申請日期2012年1月31日 優先權日2012年1月31日
發明者張明銳, 林承鑫 申請人:同濟大學