[实用新型]一种具有无功补偿功能的光伏并网系统

说明书

技术领域

本实用新型属于太阳能光伏利用技术领域，具体是一种采用电容器来连接交流电网与DC/AC逆变器的具有无功补偿功能的高效率光伏并网系统。

背景技术

太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。虽然太阳能光伏发电成本较高，但是从长远看，随着技术的进步，以及其他能源利用形式的逐渐饱和，太阳能可以在2030之后成为主流能源利用形式，有着不可估量的发展潜力。

光伏并网系统是发达国家家庭和商业最受欢迎的光伏系统。与地方电网连接，使得发出的富余电量都可出售给电网。夜晚则可从电网买电。现在，全世界大约60％的太阳电池用于并网发电系统，主要是用于城市建筑并网光伏系统。中国的建筑并网光伏系统尚处于示范阶段。预计2010年以前中国将会实施屋顶计划，安装太阳电池50MWp；2020年以前将会有更大规模的建筑并网光伏系统项目，累计装机容量将达到700MWp。预计到2010年建筑并网光伏系统的市场份额将占到17.6％，到2020年将占到39％。中国现有大约400亿m²的建筑面积，屋顶面积40亿m²，加上南立面，可利用面积大约为50亿m²，如果20％用来安装太阳电池，可以装100GWp。地方城市和企业也开始了建筑光伏发电并网技术的尝试，深圳市建成了当时亚洲最大的光伏并网发电站，总容量达1MWp。上海、北京、南京、无锡、保定、德州等城市也都启动了城市太阳能示范计划和行动。中国出现了城市光伏并网发电的雏形，光伏并网产业的潜力是无限的。

并网逆变器是光伏并网系统的核心部件和技术关键。传统的电压源型逆变器(VSI)要求直流侧的电压高于交流侧，而且并入电网电源的电压必须与电网相匹配。对大容量的逆变器，由于直流母线电压较高，交流输出一般不需要变压器升压即能达到220V，而在中、小容量的逆变器中，由于直流电压较低，如12V、24V，就必须设计升压电路。升压电路可以设计在并网逆变器的直流侧，也可以设计在逆变器的交流侧。如果升压电路设计在直流侧，即在光伏阵列和逆变器之间增加直流升压环节，则增加了系统的复杂性，且DC/DC直流升压电路会带来附加损耗。常规的中、小容量光伏并网逆变器一般有变压器升压并网和DC/DC高频升压逆变电路两种。变压器升压并网由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性，但是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差，并且增加了系统的体积，并且升压变压器效率低，价格也较贵。随着电力电子技术和微电子技术的发展。采用高频升压变换技术实现逆变，可实现高功率密度逆变，这种逆变电路的前级升压电路采用推挽结构，但工作频率均在20KHz以上，升压变压器采用高频磁芯材料，因而体积小、重量轻，高频逆变后经过高频变压器变成高频交流电，又经高频整流滤波电路得到高压直流电(一般均在300V以上)再通过工频逆变电路实现逆变。采用该电路结构，使逆变器功率大大提高，逆变器的空载损耗也相应降低，效率得到提高，但该电路的缺点是电路设计复杂，可靠性比变压器升压电路低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出光伏并网系统中适应光伏阵列输出电压低的结构简单的高效并网方式。为此，本设计模型运用电容升压耦合的创新方式实现光伏并网，由于电容的损耗很小，可以有效地提高并网系统的效率。同时采用电容耦合升压方式接入电网省去了笨重的升压变压器，减小了并网系统的体积，同时避免了DC/DC高频升压复杂电路设计，大大提高了并网系统的实用性。

本实用新型所采用的技术方案如下：一种具有无功补偿功能的光伏并网系统，主要包括交流电网[1]、太阳能光伏阵列[2]、DC/AC变换器[3]、控制器[4]，其特征在于：在交流电网上接有串联的电容器[5]和电容器[6]，DC/AC变换器的交流输出侧与电容器[5]并联。通过太阳能光伏阵列将太阳能转换为直流电，然后通过DC/AC变换器转换为交流电，由于中、小功率的光伏阵列输出直流电压较低，通过DC/AC变换器后输出的交流电压也比较低，DC/AC变换器后输出的交流电经电容器[5]分流后，另一部分电流通过耦合电容器[6]注入到电网，将能量馈送给电网。同时，控制DC/AC变换器的输出电压可以控制系统向电网发出的容性无功，从而实现对中小功率感性负载的动态无功补偿。这种并网方式结构简单，实现容易，电容器的工作频率低，其损耗很小，因此可以实现光伏并网系统的高效率运行。