[发明专利]用于集散式光伏直流汇集系统的级间协同启动系统及方法

说明书

本发明提供了一种用于集散式光伏直流汇集系统的级间协同启动系统及方法，包括：低压直流侧配置步骤；充电步骤：控制前级Boost变换器中唯一的主控制变换器采取主控制模式对低压直流母线进行充电，控制前级Boost变换器中的从控制变换器采取从控制模式对低压直流母线进行充电；后级升压变换器控制步骤：由后级升压变换器控制系统判断低压直流母线电压是否满足第一电压条件，以确定后级升压变换器控制信息；模式切换步骤：由前级Boost变换器控制系统判断低压直流母线电压是否满足第二电压条件，以确定前级Boost变换器模式切换信息以及启动电阻装置控制信息；本发明可以实现系统有效的启动。

技术领域

本发明涉及多级变换器间协同启动控制与运行模式切换领域，具体地，涉及一种用于集散式光伏直流汇集系统的级间协同启动系统及方法。

背景技术

光伏发电是目前新能源发电最主要的形式之一，是我国未来实现可再生能源替代的主力军。我国光照资源分布情况与电力系、统格局决定大规模建设、集中并网接入将成为未来光伏开发利用的重要形式。基于逆变器的传统交流汇集并网技术在百万千瓦级以上大型光伏电站建设中面临两大技术瓶颈，即：弱同步支撑下多逆变器并联稳定性问题突出，电压越限与宽频域振荡现象频发；站内与站间交流汇集线路损耗大，系统整体效率偏低。

为解决上述问题，未来将基于光伏直流汇集系统构建大型光伏发电基地，即光伏阵列输出的低压直流电直接由光伏直流升压变流器泵升至直流配网电压水平，经过进一步汇集后，由VSC换流站集中逆变接入交流大电网或者由大型升压变流站将电压进一步抬升至HVDC水平，实现直流光伏发电基地远距离送出。该方案适用于大规模光伏电站开发建设，目前已经得到国内外学术界、工程界广泛关注，具有光明前景。目前学术界与工业界已相继提出多种光伏直流汇集系统架构方案，可分为并联型、串联型两大类。其中并联型直流汇集系统可采取同既有交流集散式光伏电站相类似的汇集网拓扑，如图8所示，进而形成集散式光伏直流汇集系统。该系统结构具有前后级功率解耦、运行范围宽、易模块化扩展等突出优势，已成为当前技术条件下最具工程化普及应用前景的光伏直流汇集系统方案。目前，我国国内开工建设的直流光伏电站示范工程主要采取此类汇集系统架构。如图9所示，考虑到光伏发电系统单向能量流动特性(源侧到网侧)，为降低系统硬件成本，通常在DC- DC升压变换器的高压侧采用具有单向能量流动特性的二极管整流桥。这一物理特性，将给整个光伏直流汇集系统的启动带来技术挑战。

对于传统交流光伏并网系统，由于桥式逆变器拓扑具备双向能流特性，可采用从网侧到源侧的启动方案，先由逆变器建立低压直流母线电压，而后前级各前级 Boost变换器直接以电流源模式(MPPT模式)启动即可。而在直流汇集系统中，受制于升压变换器单向能量流动特性，无法将能量由中压直流网侧注入前端低压直流母线，因此必须采用从源侧到网侧的全新启动方案，先由前级Boost变换器以电压源模式启动并建立低压直流母线电压，而后升压变换器方可启动，最后前级Boost 变换器将切入MPPT模式，作为电流源运行。这一启动过程与传统交流光伏并网系统差异显著，且涉及前后级变换器运行模式的协调切换问题，是光伏直流升压汇集系统工程化应用中所必须面对的重要技术难题之一。

专利文献CN109103921A公开了一种针对“直流汇集-交流并网”型光伏电站的启动控制方法。其基本思路在于利用升压变换器出口断路器形成的断点，采取源侧与网侧同步独立启动的方式，在断路器两侧建立起相近的电压，并择机合闸。该专利所公开的方案中，针对前级MPPT变换器与升压变换器的启动，采取先按“控输出电压”模式启动，而后转为“控输入侧电压”的MPPT模式。该公开方案中，前级MPPT 变换器与后级升压变换器都需要进行模式切换，且文献中并未给出实现模式切换的具体方案，根据其原理推断，需要借助站内实时通信系统实现。该方案存在以下缺点：前级MPPT装置与升压变换器都存在两种工作模式，并需要适时切换，控制复杂度高；未考虑单台升压变换器输入侧并联多个含MPPT变换器支路的集散式系统结构，间接限制其应用范围；对于前级MPPT变换器与升压变换器间的协调控制而言，其具体实现方式不明确，依赖于站内实时通信线路，增加硬件成本。

发明内容