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CN102624030A - 一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统 - Google Patents

一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统，包括第一电压/电流变换器或第二、第三电压/电流变换器、蓄电池、与蓄电池相连接的双向功率升压直流/直流变换器、光伏电池板、与光伏电池板输出端相连接的单向功率升压直流/直流变换器和电流型并网逆变器，双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器通过第一电压/电流变换器与电流型并网逆变器相连接，或双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器分别通过第二、第三电压/电流变换器与电流型并网逆变器相连接。本发明基于电流型并网逆变器因此具有电流型并网逆变器的优点；光伏系统和蓄电池系统共用一个电流型并网逆变器，节约了成本。

Description

一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统
技术领域
本发明涉及一种发电系统，具体涉及一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统，属于电工、电力电子、新能源发电技术领域。
背景技术
目前大功率并网逆变器主要有电压源型和电流源型两大类。由于直流母线电压恒定、交流电压控制直接、及电压源型变换器开关器件广泛使用，目前大部分逆变型分布发电研究都是基于电压源型逆变器。相比电压逆变型发电，电流逆变型分布发电具有自身的特点：(1)拓扑结构简单。(2)逆变器输出电压波形好，dv/dt小。(3)逆变器PWM策略简单。(4)短路电流保护能力强。电网发生短路故障时，逆变器直流侧电感有着较好的限流作用。(5)由于输出波形接近正弦波，逆变器的并网电缆长度允许较长。(6)电流型逆变器自身具有升压功能。可将可再生能源(如光伏电池)输出直接通过逆变器接入电网，无需DC/DC升压变换器。(7)部分直流母线电感可利用电缆的电感效应来实现，直流母线电感具有较长的寿命。(8)电流逆变型分布发电动态性能完全可满足风力、光伏等可再生能源功率变化要求。
目前国内外绝大多数光伏并网发电系统均是基于电压源型逆变器的，而电流逆变型并网发电系统很少；且基于电流型逆变器的蓄电池充放电系统也非常少。
由于光伏等可再生能源发电系统的输出功率具有间歇性的特点，因此给输电电网带来的不稳定因素，限制了基于可再生能源分布发电的大规模并网。所以实际中需要储能系统如蓄电池系统参与输出功率的平滑，来补偿可再生能源的不稳定输出功率。另一方面，当主电网进行检修或发生故障时，基于可再生能源的分布发电会从主电网中断开，和当地负荷一起形成孤岛电网，这时分布发电需给孤岛电网中的当地负荷提供能源。而基于可再生能源的分布发电由于其输出功率不稳定，和孤岛电网中的当地用电负荷不能平衡，因此必需借助储能系统配合来填补分布发电系统输出功率和孤岛电网中当地用电负荷之间的功率差异。
传统的光伏和蓄电池系统通过各自的并网逆变器在电网侧相联，这样需要至少两套并网逆变器，从而增加了系统的成本。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种可降低成本、且具有电流型并网逆变器优点的光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统，不仅可平滑光伏电池板的不稳定功率输出，而且在孤岛电网下具有支撑电网电压的能力。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明包括第一电压/电流变换器或串联的第二电压/电流变换器与第三电压/电流变换器，均用于将电压转换成电流；蓄电池；双向功率升压直流/直流变换器，与蓄电池相连接，用于对蓄电池进行充放电；光伏电池板；单向功率升压直流/直流变换器，与光伏电池板输出端相连接，用于将光伏电池板发出的能量传送给第一电压/电流变换器或第三电压/电流变换器；和电流型并网逆变器，与电网输入端相连接，用于将第一电压/电流变换器或第二电压/电流变换器及第三电压/电流变换器输出的直流电流转换成交流电流；双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器输出端均通过第一电压/电流变换器与电流型并网逆变器输入端相连接，或双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器输出端分别通过第二电压/电流变换器和第三电压/电流变换器与电流型并网逆变器输入端相连接。
上述蓄电池、光伏电池板、双向功率升压直流/直流变换器和单向功率升压直流/直流变换器的两输出端均并联有电容，用于减小电压纹波。
上述电流型并网逆变器通过电感与电网相连接，用于减小并网电流谐波，实现并网电流控制。
上述系统结构具有一般性，可适用于其它可再生能源和储能系统的集成。其中，光伏电池板可由燃料电池取代，蓄电池可由超级电容取代。
本发明所提出的光伏/蓄电池系统基于电流型并网逆变器，因此具有电流逆变型分布式发电拓扑结构简单、故障电流保护能力强、具有升压功能、直流侧储能器件电感寿命长等优点；本发明的光伏系统和蓄电池系统共用一个电流型并网逆变器，节约了成本，而且控制直接、简单；本发明将蓄电池和光伏系统在直流侧有效集成，不仅可平滑光伏电池板的不稳定功率输出，而且使系统具有在孤岛电网下具有支撑电网电压的能力；当电网发生短路故障时，光伏中能量能够有效存储到蓄电池中，避免了并网电流过流。
附图说明
图1为本发明所提出的光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电系统结构示意图；
图2为本发明所提出的光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电系统结构示意图；
图3为本发明所提出的光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统的具体实施方案示意图。
图中各标号：蓄电池1，双向功率升压直流/直流变换器2，光伏电池板3，单向功率升压直流/直流变换器4，第一电压/电流变换器5-1，第二电压/电流变换器5-2，第三电压/电流变换器5-3，电流型并网逆变器6，电网7，电流逆变型光伏发电系统8，非线性负载9，光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电系统10，电流逆变型风力发电系统11，光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电系统12，第一线性负载13，第一断路器14，第二断路器15，第二线性负载16。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明提出两种具体结构：第一种是光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电系统10，第二种是光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电系统12。
其中，光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电系统10包括第一电压/电流变换器5-1、蓄电池1、与蓄电池1相连接的双向功率升压直流/直流变换器2、光伏电池板3、与光伏电池板3输出端相连接的单向功率升压直流/直流变换器4和与电网7输入端相连接的电流型并网逆变器6；双向功率升压直流/直流变换器2和单向功率升压直流/直流变换器4输出端均通过第一电压/电流变换器5-1与电流型并网逆变器6输入端相连接。
该系统中，光伏系统通过单向功率升压直流/直流变换器4、蓄电池系统通过双向功率升压直流/直流变换器2在直流电压母线处并联，该直流电压母线通过一个公共的第一电压/电流变换器5-1和直流电流母线相联，该直流电流母线再通过电流型并网逆变器6接入电网7。
参见图1，蓄电池1通过双向功率升压直流/直流变换器2和第一电压/电流变换器5-1相联，双向功率升压直流/直流变换器2用于对蓄电池1进行充放电。光伏电池板3通过单向功率升压直流/直流变换器4和第一电压/电流变换器5-1相联，用于将光伏电池板3发出的能量传送给第一电压/电流变换器5-1。单向功率升压直流/直流变换器4和双向功率升压直流/直流变换器2在输出侧并联。第一电压/电流变换器5-1将双向功率升压直流/直流变换器2和单向功率升压直流/直流变换器4的输出电压转成电流，并和电流型并网逆变器6相联。电流型并网逆变器6将直流电流转成交流并网电流，和电网7相联。
其中，光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电系统12包括串联的第二电压/电流变换器5-2与第三电压/电流变换器5-3、蓄电池1、与蓄电池1相连接的双向功率升压直流/直流变换器2、光伏电池板3、与光伏电池板3输出端相连接的单向功率升压直流/直流变换器4和与电网7输入端相连接的电流型并网逆变器6；双向功率升压直流/直流变换器2和单向功率升压直流/直流变换器4输出端分别通过第二电压/电流变换器5-2和第三电压/电流变换器5-3与电流型并网逆变器6输入端相连接。
该系统中，光伏系统和蓄电池系统分别通过独立的电压/电流变换器(第二电压/电流变换器5-2、第三电压/电流变换器5-3)和公用的电流型并网逆变器6直流电流母线相联。这样，光伏系统和蓄电池系统的电压/电流变换器将在直流电流母线处形成串联。
参见图2，蓄电池1通过双向功率升压直流/直流变换器2和第二电压/电流变换器5-2相联，双向功率升压直流/直流变换器2用于对蓄电池1进行充放电。光伏电池板3通过单向功率升压直流/直流变换器4和第三电压/电流变换器5-3相联，将光伏电池板3发出的能量传送给第三电压/电流变换器5-3。第二电压/电流变换器5-2将双向功率升压直流/直流变换器2的输出电压转成电流，第三电压/电流变换器5-3将单向功率升压直流/直流变换器4的输出电压转成电流。第二电压/电流变换器5-2的输出和第三电压/电流变换器5-3的输出串联，并和电流型并网逆变器6的直流母线相联。电流型并网逆变器6将直流电流转成交流并网电流，和电网7相联。
光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电系统10和光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电系统12中，在蓄电池1、光伏电池板3、双向功率升压直流/直流变换器2和单向功率升压直流/直流变换器4的两输出端均并联有电容；电流型并网逆变器6通过电感与电网7相连接；光伏电池板3可由燃料电池取代，蓄电池1可由超级电容取代。且两种系统均可拓展为多个由光伏电池板3和单向功率升压直流/直流变换器4构成的光伏通道和多个由蓄电池1和双向功率升压直流/直流变换器2构成的蓄电池通道组成。
本发明中提到的双向功率升压直流/直流变换器2，单向功率升压直流/直流变换器4，第一电压/电流变换器5-1，第二电压/电流变换器5-2，第三电压/电流变换器5-3和电流型并网逆变器6均为现有的器件，此处不再赘述。
参见图3，电流逆变型光伏发电系统8、光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电系统10、电流逆变型风力发电系统11、光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电系统12在电网7侧并联，且电网7中还联接了非线性负载9、第一线性负载13和第二线性负载16。
当第一断路器14及第二断路器15均闭合时，图3中所有系统均并网运行。电流逆变型光伏发电系统8、光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电系统10、电流逆变型风力发电系统11、光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电系统12的交流侧输出有功，无功功率由各自并网逆变器控制。
当将第一断路器14断开时，图3中电流逆变型光伏发电系统8、非线性负载9、光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电系统10、电流逆变型风力发电系统11、光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电系统12、第二线性负载16形成孤岛电网。这时，光伏/蓄电池并联混合式电流逆变型分布发电系统10和光伏/蓄电池串联混合式电流逆变型分布发电系统12将实现相应的输出电压控制，进行协调控制。由于这两种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统结构既可向电网中注入电能，也可从电网中吸收电能，因此可补偿孤岛电网中发电和用电负荷间的差异，可用于支撑孤岛电网的电压。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统，其特征在于，包括
第一电压/电流变换器(5-1)或串联的第二电压/电流变换器(5-2)与第三电压/电流变换器(5-3)，均用于将电压转换成电流；
蓄电池(1)；
双向功率升压直流/直流变换器(2)，与蓄电池(1)相连接，用于对蓄电池(1)进行充放电；
光伏电池板(3)；
单向功率升压直流/直流变换器(4)，与光伏电池板(3)输出端相连接，用于将光伏电池板(3)发出的能量传送给第一电压/电流变换器(5-1)或第三电压/电流变换器(5-3)；
和电流型并网逆变器(6)，与电网(7)输入端相连接，用于将第一电压/电流变换器(5-1)或第二电压/电流变换器(5-2)及第三电压/电流变换器(5-3)输出的直流电流转换成交流电流；
所述双向功率升压直流/直流变换器(2)和单向功率升压直流/直流变换器(4)输出端均通过第一电压/电流变换器(5-1)与电流型并网逆变器(6)输入端相连接，或所述双向功率升压直流/直流变换器(2)和单向功率升压直流/直流变换器(4)输出端分别通过第二电压/电流变换器(5-2)和第三电压/电流变换器(5-3)与电流型并网逆变器(6)输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统，其特征在于，
所述蓄电池(1)、光伏电池板(3)、双向功率升压直流/直流变换器(2)和单向功率升压直流/直流变换器(4)的两输出端均并联有电容。
3.根据权利要求1所述的光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统，其特征在于，
所述电流型并网逆变器(6)通过电感与电网(7)相连接。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的光伏/蓄电池混合式电流逆变型分布发电系统，其特征在于，
所述光伏电池板(3)可由燃料电池取代，所述蓄电池(1)可由超级电容取代。
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