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CN104319806A - 适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统及工作方法 - Google Patents

适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统及工作方法 Download PDF

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CN104319806A
CN104319806A CN201410551824.8A CN201410551824A CN104319806A CN 104319806 A CN104319806 A CN 104319806A CN 201410551824 A CN201410551824 A CN 201410551824A CN 104319806 A CN104319806 A CN 104319806A
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Abstract

本发明涉及一种适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统及工作方法，本逆变控制系统包括：光伏发电装置，以及与该光伏发电装置中的并网变换器相连的自动均衡控制逆变器，所述自动均衡控制逆变器的三相输出端与油田井场负载相连；其中，所述自动均衡控制逆变器，其适于将接入的电网三相电转换为直流输出电压U0，并将该直流输出电压U0与所述并网变换器的直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压作为所述自动均衡控制逆变器中三相逆变器的输入电压。本发明通过自动均衡控制逆变器实现了光伏发电装置的输出电能与市电并网并自动调节控制，保证了三相逆变器获得最佳输入电压，以提高三相逆变器的输出功率。

Description

适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统及工作方法
技术领域
    本发明涉及一种光伏发电技术领域，特别涉及一种适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统及工作方法。
背景技术
    20世纪70年代后，随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的化石燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出。全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展，其中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳能是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦时，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。正是由于太阳能的这些独特优势，2000年以后，太阳能光伏发电的应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。
采油系统（主要是抽油机电机）作为油田最大的生产用电系统，其年耗电量约占油田总用电量的56% 。抽油机的电机匹配存在“大马拉小车”的不合理现象，抽油机存在半捞或空捞现象，电机负荷率普遍较低，因此抽油机运行时功率因数非常低，电能损失严重。
现有技术中，中国专利号201120440071.5，授权公告号CN 202309101 U，授权公告日2014年7月4日的“油田分布式光伏发电装置”的实用新型专利公开了一种油田分布式光伏发电装置，其主要是采用分布式发电、共直流母线多逆变交流电机电动-发电反馈供电容量共享、共直流母线电能平衡测控、超级电容储能等技术构成油田分布式光伏发电装置，虽然能满足油田光伏发电、供电的需要；但是，该技术方案未考虑光伏发电装置的输出电能与市电并网并自动调节控制，以提高三相逆变器的输出功率的问题，造成该技术方案的输出功率较低，影响所述抽油机的正常工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统，本逆变控制系统通过将光伏发电装置的输出电能与市电并网并自动调节控制，保证了三相逆变器获得最佳输入电压，以提高三相逆变器的输出功率。
本发明的目的是这样实现的：一种适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统，包括：光伏发电装置，以及与该光伏发电装置中的并网变换器相连的自动均衡控制逆变器，所述自动均衡控制逆变器的三相输出端与油田井场负载相连；其中，所述自动均衡控制逆变器，其适于将接入的电网三相电转换为直流输出电压U0，并将该直流输出电压U0与所述并网变换器的直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压作为所述自动均衡控制逆变器中三相逆变器的输入电压。
本发明通过自动均衡控制逆变器实现了光伏发电装置的输出电能与市电并网并自动调节控制，保证了三相逆变器获得最佳输入电压，以提高三相逆变器的输出功率。
优选的，为了进一步解决光伏发电装置的输出电能与市电并网并自动调节控制中的输出电压切换的技术问题；所述自动均衡控制逆变器包括：主控模块，该主控模块的控制输出端与所述三相逆变器中各开关管的控制端相连；以及输入通道选择电路，其包括：适于分别接通两输出电压的第一、第二开关管；所述主控模块适于将直流输出电压U0与直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压所接开关管导通，以使该输出电压经过滤波后输入至所述三相逆变器。通过第一、第二开关管和主控模块实现了直流输出电压U0和U1的切换，具有电路简单、可靠性好的优点。
优选的，为了进一步使本逆变控制系统的输出功率最大化；所述自动均衡控制逆变器包括：适于将三相电转换为所述直流输出电压U0的三相整流模块，以及分别与所述三相整流模块、三相逆变器的输出端相连第一、第二电流传感器，所述主控模块的信号采集端与所述第一、第二电流传感器的信号输出端相连；所述主控模块还适于根据第一电流传感器或第二电流传感器分别采集的相应电流，输出相应的调制信号，以控制三相逆变器实现当输出高负荷时降低输出三相电压的频率，当输出低负荷时提高输出三相电压的频率。通过电流调整输出三相电压的频率，使输出功率得到更好的调节、控制，保持输出功率的最大化。
可选的，所述光伏发电装置包括：与并网变换器相连的光伏电池方阵和蓄电池，以实现在光伏电池方阵输出电压偏低时，利用蓄电池满足并网变换器正常输出。
另一方面，本发明在所述适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统的基础上还提供了一种光伏发电并网用逆变控制系统的工作方法，本工作方法将光伏发电装置的输出电能与市电并网并自动调节控制，保证了三相逆变器获得最佳输入电压，以提高三相逆变器的输出功率。
本发明的另一目的是这样实现的：一种光伏发电并网用逆变控制系统的工作方法，所述光伏发电并网用逆变控制系统包括：光伏发电装置，以及该光伏发电装置中的并网变换器相连的自动均衡控制逆变器，所述自动均衡控制逆变器的三相输出端与油田井场负载相连；所述工作方法包括：通过所述自动均衡控制逆变器将接入的电网三相电转换为直流输出电压U0，并将该直流输出电压U0与所述并网变换器的直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压作为所述自动均衡控制逆变器中三相逆变器的输入电压。
本发明通过自动均衡控制逆变器实现了光伏发电装置的输出电能与市电并网并自动调节控制，保证了三相逆变器获得最佳输入电压，以提高三相逆变器的输出功率。
优选的，为了进一步解决光伏发电装置的输出电能与市电并网并自动调节控制中的输出电压切换的技术问题；所述自动均衡控制逆变器包括：主控模块，该主控模块的控制输出端与所述三相逆变器中各开关管的控制端相连；以及输入通道选择电路，其包括：适于分别接通两输出电压的第一、第二开关管；所述主控模块适于将直流输出电压U0与直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压所接开关管导通，以使该输出电压经过滤波后输入至所述三相逆变器。通过第一、第二开关管和主控模块实现了直流输出电压U0和U1的切换，具有电路简单、可靠性好的优点。
优选的，所述将直流输出电压U0与直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压作为所述自动均衡控制逆变器中三相逆变器的输入电压的方法包括：将所述直流输出电压U1中大于直流输出电压U0的电压部分转换为脉冲电压，若出现所述脉冲电压时，则所述三相逆变器获取直流输出电压U1；若未出现所述脉冲电压时，则所述三相逆变器获取直流输出电压U0。通过转换的脉冲电压，能够更加直接、准确的判断直流输出电压U0和U1的电压大小。
优选的，为了进一步使本逆变控制系统的输出功率最大化；所述自动均衡控制逆变器包括：适于将三相电转换为所述直流输出电压U0的三相整流模块，以及分别与所述三相整流模块、三相逆变器的输出端相连第一、第二电流传感器，所述主控模块的信号采集端与所述第一、第二电流传感器的信号输出端相连；所述工作方法还包括：所述主控模块根据第一电流传感器或第二电流传感器分别采集的相应电流，输出相应的调制信号，以控制三相逆变器实现当输出高负荷时降低输出三相电压的频率，当输出低负荷时提高输出三相电压的频率。通过电流调整输出三相电压的频率，使输出功率得到更好的调节、控制，保持输出功率的最大化。
附图说明
图1为本发明的原理框图一；
图2为本发明的原理框图二；
图3为本发明的原理框图三。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
为了清楚起见，所述适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统可简称为逆变控制系统。
图1示出了所述逆变控制系统的原理框图一。
如图1所示，一种适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统，包括：光伏发电装置，以及与该光伏发电装置中的并网变换器相连的自动均衡控制逆变器，所述自动均衡控制逆变器的三相输出端与油田井场负载相连；其中，所述自动均衡控制逆变器，其适于将接入的电网三相电转换为直流输出电压U0，并将该直流输出电压U0与所述并网变换器的直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压作为所述自动均衡控制逆变器中三相逆变器的输入电压。并网变换器即为DC-DC转换器。
其中，所述油田井场负载包括但不限于抽油机，具体为该抽油机的电机。
图2示出了所述逆变控制系统的原理框图二。
如图2所示，所述自动均衡控制逆变器包括：主控模块，该主控模块的控制输出端与所述三相逆变器中各开关管的控制端相连；以及输入通道选择电路，其包括：适于分别接通两输出电压的第一、第二开关管；所述主控模块适于将直流输出电压U0与直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压所接开关管导通，以使该输出电压经过滤波后输入至所述三相逆变器。所述主控模块采用但不限于，例如TMS320系列DSP芯片。所述第一、第二开关管可以采用但不限于MOS管，NPN三极管。所述三相逆变器中各开关管可以采用但不限于IGBT晶体管。
可选的，所述直流输出电压U1与所述直流输出电压U0相比较，即将所述直流输出电压U1中大于直流输出电压U0的电压部分转换为脉冲电压；若出现所述脉冲电压时，则所述三相逆变器从光伏发电装置中获取直流输出电压U1；若未出现所述脉冲电压时，则所述三相逆变器获取直流输出电压U0。当光照充足时，所述脉冲电压的占空比高。
所述自动均衡控制逆变器包括：适于将三相电转换为所述直流输出电压为U0的三相整流模块，以及分别与所述三相整流模块、三相逆变器的输出端相连第一、第二电流传感器，所述主控模块的信号采集端与所述第一、第二电流传感器的信号输出端相连；所述主控模块还适于根据第一电流传感器或第二电流传感器分别采集的相应电流，输出相应的调制信号，以控制三相逆变器实现当输出高负荷时降低输出三相电压的频率，当输出低负荷时提高输出三相电压的频率。其中，所述抽油机在工作时，其上下冲程的负荷是不同的，正因为负荷不同，即造成所述逆变控制系统的输出负荷不同；同样，负荷的不同也造成所述三相整流模块或三相逆变器的输出的供电电流不同，采集通过该供电电流的变化，判断负荷的变化，即所述主控模块控制相应的调制信号，该调制信号为SPWM信号，调节其调制度即可改变SPWM信号的占空比，从而起到调节输出电压频率的效果。所述自动均衡控制逆变器适于提供给抽油机最大的输出功率。
所述光伏发电装置包括：与并网变换器相连的光伏电池方阵。所述光伏电池方阵安装于油田井场，在白天时将太阳光能转换为光伏电能并提供给并网变换器。
图3示出了所述逆变控制系统的原理框图三。
如图3所示，可选的，所述并网变换器还与蓄电池相连。根据现场需要配套安装蓄电池组，并网变换器可以将多余的光伏电能储存在蓄电池组内。
当阴天或夜晚时，光伏电池方阵无法提供足够的电能，并网变换器可以将储存在蓄电池组内的电能提供给自动均衡控制逆变器。若蓄电池组内储存的电能过低，并网变换器无法向自动均衡控制逆变器提供足够的电能，自动均衡控制逆变器可以从市电网补充电能，这部分电能可以通过计量电度表计量考核。
实施例2
如图1至图3所示，在实施例1基础上的一种光伏发电并网用逆变控制系统的工作方法，其中，所述光伏发电并网用逆变控制系统包括：光伏发电装置，以及该光伏发电装置中的并网变换器相连的自动均衡控制逆变器，所述自动均衡控制逆变器的三相输出端与油田井场负载相连。所述工作方法包括：通过所述自动均衡控制逆变器将接入的电网三相电转换为直流输出电压U0，并将该直流输出电压U0与所述并网变换器的直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压作为所述自动均衡控制逆变器中三相逆变器的输入电压。
所述自动均衡控制逆变器包括：主控模块，该主控模块的控制输出端与所述三相逆变器中各开关管的控制端相连；以及输入通道选择电路，其包括：适于分别接通两输出电压的第一、第二开关管；所述主控模块适于将直流输出电压U0与直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压所接开关管导通，以使该输出电压经过滤波后输入至所述三相逆变器。
优选的，所述将直流输出电压U0与直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压作为所述自动均衡控制逆变器中三相逆变器的输入电压的方法包括：将所述直流输出电压U1中大于直流输出电压U0的电压部分转换为脉冲电压，若出现所述脉冲电压时，则所述三相逆变器获取直流输出电压U1；若未出现所述脉冲电压时，则所述三相逆变器获取直流输出电压U0。
所述自动均衡控制逆变器包括：适于将三相电转换为所述直流输出电压U0的三相整流模块，以及分别与所述三相整流模块、三相逆变器的输出端相连第一、第二电流传感器，所述主控模块的信号采集端与所述第一、第二电流传感器的信号输出端相连；
所述工作方法还包括：所述主控模块根据第一电流传感器或第二电流传感器分别采集的相应电流，输出相应的调制信号，以控制三相逆变器实现当输出高负荷时降低输出三相电压的频率，当输出低负荷时提高输出三相电压的频率。其中，所述抽油机在工作时，其上下冲程的负荷是不同的，正因为负荷不同，即造成所述逆变控制系统的输出负荷不同；同样，负荷的不同也造成所述三相整流模块或三相逆变器的输出的供电电流不同，采集通过该供电电流的变化，判断负荷的变化，即所述主控模块控制相应的调制信号，该调制信号为SPWM信号，调节其调制度即可改变SPWM信号的占空比，从而起到调节输出电压频率的效果。所述自动均衡控制逆变器适于提供给抽油机最大的输出功率。
实施例2中的主控模块、输入通道选择电路以及三相逆变器中各开关管与实施例1中相同。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统，其特征在于，包括：光伏发电装置，以及与该光伏发电装置中的并网变换器相连的自动均衡控制逆变器，所述自动均衡控制逆变器的三相输出端与油田井场负载相连；其中，
所述自动均衡控制逆变器，其适于将接入的电网三相电转换为直流输出电压U0，并将该直流输出电压U0与所述并网变换器的直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压作为所述自动均衡控制逆变器中三相逆变器的输入电压。
2.根据权利要求1所述的适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统，其特征在于，
所述自动均衡控制逆变器包括：主控模块，该主控模块的控制输出端与所述三相逆变器中各开关管的控制端相连；以及
输入通道选择电路，其包括：适于分别接通两输出电压的第一、第二开关管；
所述主控模块适于将直流输出电压U0与直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压所接开关管导通，以使该输出电压经过滤波后输入至所述三相逆变器。
3.根据权利要求2所述的适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统，其特征在于，
所述自动均衡控制逆变器包括：适于将三相电转换为所述直流输出电压U0的三相整流模块，以及分别与所述三相整流模块、三相逆变器的输出端相连第一、第二电流传感器，所述主控模块的信号采集端与所述第一、第二电流传感器的信号输出端相连；
所述主控模块还适于根据第一电流传感器或第二电流传感器分别采集的相应电流，输出相应的调制信号，以控制三相逆变器实现当输出高负荷时降低输出三相电压的频率，当输出低负荷时提高输出三相电压的频率。
4.根据权利要求3所述的适于油田井场的光伏发电并网用逆变控制系统，其特征在于，
所述光伏发电装置包括：与并网变换器相连的光伏电池方阵和蓄电池。
5.一种光伏发电并网用逆变控制系统的工作方法，其特征在于，
所述光伏发电并网用逆变控制系统包括：光伏发电装置，以及该光伏发电装置中的并网变换器相连的自动均衡控制逆变器，所述自动均衡控制逆变器的三相输出端与油田井场负载相连；
所述工作方法包括：通过所述自动均衡控制逆变器将接入的电网三相电转换为直流输出电压U0，并将该直流输出电压U0与所述并网变换器的直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压作为所述自动均衡控制逆变器中三相逆变器的输入电压。
6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，
所述自动均衡控制逆变器包括：主控模块，该主控模块的控制输出端与所述三相逆变器中各开关管的控制端相连；以及
输入通道选择电路，其包括：适于分别接通两输出电压的第一、第二开关管；
所述主控模块适于将直流输出电压U0与直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压所接开关管导通，以使该输出电压经过滤波后输入至所述三相逆变器。
7.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，所述将直流输出电压U0与直流输出电压U1相比较，以选择电压值高的输出电压作为所述自动均衡控制逆变器中三相逆变器的输入电压的方法包括：
将所述直流输出电压U1中大于直流输出电压U0的电压部分转换为脉冲电压，
若出现所述脉冲电压时，则所述三相逆变器获取直流输出电压U1；
若未出现所述脉冲电压时，则所述三相逆变器获取直流输出电压U0。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，
所述自动均衡控制逆变器包括：适于将三相电转换为所述直流输出电压U0的三相整流模块，以及分别与所述三相整流模块、三相逆变器的输出端相连第一、第二电流传感器，所述主控模块的信号采集端与所述第一、第二电流传感器的信号输出端相连；
所述工作方法还包括：所述主控模块根据第一电流传感器或第二电流传感器分别采集的相应电流，输出相应的调制信号，以控制三相逆变器实现当输出高负荷时降低输出三相电压的频率，当输出低负荷时提高输出三相电压的频率。
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