[实用新型]基于多重化技术的光伏并网发电装置

说明书

技术领域

本发明属于光伏并网发电技术领域，具体涉及一种基于方波叠加式多重化技术的适用于高电压大容量的光伏并网发电装置。 

背景技术

开发新能源和可再生能源，早已成为世界各国的共识。在可以预见的未来，光伏发电将逐步实现极大规模的开发和利用，容量范围从10MW到几个GW。迄今为止，获得工业应用的高压大容量光伏并网发电装置主要有两类方案： 

方案1：单级式光伏并网发电装置，由多个光伏子系统并联组成，各光伏子系统包含光伏电池阵列、三相PWM逆变器、变压器。光伏并网发电装置也可以通过两级变压器升压接入高压配电网，变压器也可以采用低压侧多分裂的结构。我国某大型光伏电站即采用此结构，每10MW的容量由20台500kW的三相PWM逆变器经两级并联得到：①每2台三相PWM逆变器共1台1MVA的变压器，升压至10kV；②每10台1MVA的变压器共1台I0MVA的变压器，升压至35kV。 

方案2：两级式光伏并网发电装置，包含多组光伏电池阵列、多台DC/DC变换器、1台三相PWM逆变器、1台变压器。欧洲某光伏企业设计的光伏并网发电装置即采用此结构，发电容量可达3MW，三相PWM逆变器采用多IGBT并联的结构。 

从效率、电能质量和可靠性三个方面考虑，以上两类方案应用于并网电 压10～35kV容量10MW以上的光伏并网发电系统时，均难以实现综合性能的优化。 

发明内容

为了克服现有方案的不足，本发明提出一种基于多重化技术的光伏并网发电装置，具有光伏电池阵列利用率高、功率变换效率高、并网电流总谐波畸变率小、可靠性高、成本低等优点。 

本发明提供的基于多重化技术的光伏并网发电装置，它包括前后电连接的光伏功率输入单元I、直流母线电容器单元II、三相方波逆变器单元III、变压器单元IV和能够控制单位功率因数和并网电流的低畸变率的输出滤波电抗器单元V；其特征在于，所述三相方波逆变器单元III由2k(k≥2)台三相方波逆变器及对2k台所述三相方波逆变器的驱动脉冲予以集中控制的驱动脉冲控制器组成，所述变压器单元IV由2k(k≥2)台变压器组成，第i台所述三相方波逆变器的输出端对应连接第i台所述变压器的输入端；所述三相方波逆变器单元III中的DC/AC变换的开关频率等于电网额定频率，所述驱动脉冲控制器对2k台所述三相方波逆变器所输出的12k个驱动脉冲的相位依次相差π/6k，所述变压器单元IV对所述三相方波逆变器单元III的输出电压进行合成，再经过所述输出滤波电抗器单元V接入高压电网。 

进一步的技术方案还可以是，每个所述三相方波逆变器采用三相全桥结构，即每个所述三相方波逆变器每个桥臂的两个功率半导体开关器件互补导通，以脉宽180°的方波驱动，所述驱动脉冲控制器对三个桥臂所输出的驱动脉冲的相位依次相差120°。 

进一步的技术方案还可以是，2k台所述变压器的输入侧绕组全部采用Δ 型接法且绕组匝数相同，其中k台所述变压器的输出侧绕组按照同名端串联后接Y型采用Y型接法，另外k台所述变压器的输出侧绕组按照同名端串联后接成Δ型，Δ/Δ型所述变压器输出侧的绕组匝数为Δ/Y型所述变压器输出侧的绕组匝数的 倍，2k台所述变压器输出侧绕组的Δ部分和Y部分串联组合后与所述输出滤波电抗器单元V相连；当所述三相方波逆变器与所对应的所述变压器数量一定时，所述变压器单元IV输出电压的基波有效值U₁与所述直流母线电容器单元II中的直流母线电压U_d成正比，即U₁＝C·U_d，其中C为常量系数。 

进一步的技术方案还可以是，所述驱动脉冲控制器通过对12k个驱动脉冲的同步脉冲相位与电网电压相位之间的相角差 进行实时调节，从而调节所述变压器单元IV输出电压的基波相位。 

进一步的技术方案还可以是，所述驱动脉冲控制器通过对光伏并网发电装置输出的无功功率进行控制，从而实现对所述直流母线电压U_d的自动调节，亦即实现对所述变压器单元IV输出电压的基波有效值U₁的自动调节。 

进一步的技术方案还可以是，利用所述变压器单元IV的短路阻抗作为输出滤波电抗，因而可以省略专门设置的所述滤波电抗器单元V。 

进一步的技术方案还可以是，所述输出滤波电抗器单元V由3台单相电抗器组成，每台所述单相电抗器串联在其中一相线路中。 

进一步的技术方案还可以是，所述驱动脉冲控制器通过检测电网电压相位 和频率f，结合无功功率扰动形成对光伏并网发电装置的孤岛保护。