大功率高压光伏直流升压变流器装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种适合于光伏电站直流输电的大功率高压光伏直流升压变流器装置及其控制方法，所述大功率高压光伏直流升压变流器装置包括N路光伏发电单元以及与之对应的N路boost变换单元、大功率三相方波逆变器、模块化高频三相升压变压器单元和模块化三相二极管整流桥单元。该变流器装置调制采用开环方波PAM(脉冲幅值调制)，通过光伏发电单元与boost变换单元进行脉冲幅值的控制，控制简单高效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光伏发电设备直流汇聚的电力电子设备，具体为一种大功率高压光伏直流升压变流器装置及控制方法。
技术介绍
2015年底，我国光伏装机容量达4318万千瓦，居世界第一，其中75％为分布在“三北”地区的集中式光伏。预计2020年我国光伏总容量将超过1.5亿千瓦，受太阳能和土地资源约束，2/3以上的光伏将在“三北”地区集中开发、远距离输送。“十三五”期间，光伏电站容量将继续向大型化方向发展。单个光伏电站容量将达到GW级，包含500kW逆变器2000台、35kV交流电缆近200公里。大量逆变器与长距离电缆相互耦合，电压越限和宽频域振荡问题制约光伏电站送出能力，交流线路损耗大影响系统整体效率。随着电力电子和直流输电技术的发展和成熟，光伏电站采用直流升压汇集送出成为可能。直流汇集系统稳定性更高、无需无功补偿，且同样电压等级下输送能力更强、损耗更小。光伏电站直流升压汇集技术，有望成为解决目前光伏电站稳定问题和整体效率低下的有效途径。直流升压变流技术是构建直流光伏电站的核心，目前关于直流升压变流技术主要集中于中低压小功率场合。传统直流升压变流器因为占空比越大，二极管的损耗越大，反向恢复时间的要求越短，所以电压增益较小，一般仅为2-4，高效高压的大容量直流升压变流器多为多模块级联模式，然而多个模块的串并联给系统的控制带来了很大的挑战。对于数百千瓦级的大容量单体研究尚处于实验室研究阶段，且成本较高。2016年，清华大学的ZhaoB等在《IEEETransactionsonPowerElectronics》中发表的《High-Frequency-LinkDCTransformerBasedonSwitchedCapacitorforMedium-VoltageDCPowerDistributionApplication》(《中压配电网中基于开关电容的高频直流变压器》)中研究了应用于中压直流配电系统的DAB串并联直流变压器，研制了3个模块的试验样机，升压比为2，电压等级200V-400V，额定功率为1kW，开关频率为20kHz，最高效率96％。升压比、电压等级、功率等级和整体效率均较低，未解决工程化应用难题。大功率高压直流升压变流器装置的在光伏系统中的应用潜力巨大，但是现有的大功率高压直流升压变流器装置存在如下的特点：1)：单体容量较小、升压比低、效率较低。2)：成本较高，高压下的开关管选型困难。3)：结构与控制复杂，工程化实现较为困难。
技术实现思路
本专利技术针对传统大功率高压光伏直流升压变流器装置控制复杂、成本高效、率较低、难以工程化实现的现状，提出了一种针对光伏发电直流传输的控制简单、易于工程实现的大功率高压光伏直流升压变流器装置及其控制方法。本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术提供了一种大功率高压光伏直流升压变流器装置，所述的大功率高压光伏直流升压变流器装置包括：N路光伏发电单元以及与之对应的N路boost变换单元、大功率三相方波逆变器、模块化高频三相升压变压器单元和模块化三相二极管整流桥单元，其中：每一路光伏发电单元的输出端串联一路boost变换单元的输入端，N路光伏发电单元中的的输出端串联对应的N路boost变换单元的输入端，N路boost变换单元的输出端之间相互并联后与大功率三相方波逆变器的输入端相串联；大功率三相方波逆变器包括6个开关管，即开关管Si，i＝1,2……6，其中,开关管S1与开关管S4串联、开关管S3与开关管S6串联、开关管S5与开关管S2串联并分别构成大功率三相方波逆变器的三相桥臂，三相桥臂间并联作为大功率三相方波逆变器的输入端；开关管S1与开关管S4的串联连接点、开关管S3与开关管S6的串联连接点、开关管S5与开关管S2的串联连接点分别引出作为大功率三相方波逆变器的输出端，大功率三相方波逆变器的输出端与模块化高频三相升压变压器单元的输入端串联；模块化高频三相升压变压器单元由M个高频三相升压变压器模块构成,M为偶数，取值范围为2-10，每一个高频三相升压变压器模块的低压绕组均为星型连接、高压绕组均为三角形连接，M个高频三相升压变压器模块的低压输入端之间相互并联作为模块化高频三相升压变压器单元的输入端；模块化三相二极管整流桥单元包括M个三相二极管整流桥模块，每一个高频三相升压变压器模块的高压输出端串联一个对应的三相二极管整流桥模块，每一个三相二极管整流桥模块的输出端均并联一个滤波电容,M个三相二极管整流桥模块的输出端之间相互串联作为模块化三相二极管整流桥单元的输出端接入高压直流电网，其中模块化三相二极管整流桥单元的第M/2个与第1+M/2个二极管整流桥模块之间通过导线引出接地。优选地，N为正整数，取值范围为4-14。本专利技术还提供了一种大功率高压光伏直流升压变流器装置的控制方法，主要步骤如下：步骤1：采样第n路光伏发电单元的输出电压Un_pv、输出电流In_pv,经过最大功率点跟踪环节得到第n路占空比偏差量信号ΔDn,其中n＝1、2…N,最大功率点跟踪环节的表达式为：ΔDn=(dIn_pvdUn_pv+In_pvUn_pv)×(Kn_MPPTS)]]>式中dIn_pv为第n路光伏发电单元输出电流In_pv的微分，dUn_pv为第n路光伏发电单元输出电流Un_pv的微分，Kn_MPPT为第n路boost变换单元的比例增益，S为拉普拉斯算子；步骤2：给定第n路光伏发电单元的功率指令Pn_ref，第n路光伏发电单元的额定功率Pn，第n路占空比额定参考信号步骤3：将步骤1中的第n路占空比偏差量信号ΔDn与步骤2中的第n路占空比额定参考信号相加得到第n路boost变换单元的占空比控制信号Dn，Dn经过PWM环节生成第n路boost变换单元的驱动控制信号PWMn_boost，控制产生第n路boost变换单元的输入电压波动量ΔUn_pv,则第n路boost变换单元的输出电压波动量ΔUn＝Kn_MPPT×ΔUn_pv，其中Kn_MPPT为第n路boost变换单元的比例增益,则N路boost变换单元的总的输出电压波动量ΔU为：ΔU=Σn=1NΔUn;]]>步骤4：N路boost变换单元的输出电压波动量ΔU与大功率三相方波逆变器输入电压设定值U*相加得到大功率三相方波逆变器的输入电压，即U＝U*+ΔU；步骤5：给定大功率三相方波逆变器开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6的驱动信号为固定占空比50％、同一桥臂的两个开关管互补、不同桥臂间开关管互相移相120°的脉冲信号，由步骤4中大功率三相方波逆变器的输入电压U作为大功率三相方波逆变器开环脉冲幅值调制的幅值控制信号，开环控制大功率三相方波逆变器的输出信号，完成对大功率高压光伏直流升压变流器装置能量传输的控制。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)基于大功率三相方波逆变器与模块化高频三相升压变压器的大功率高压光伏直流升压变流器装置，可以利用变压器漏感实现ZVS软开关，和LLC，LCC等谐振变换电路相比减少了一个谐振腔，有助于效率的提升。2)大功率三相方波逆变器和单相方波逆变器相比可以减小输入输出电流脉动，降低了功率器件电流有效值，集中式单台逆变可以降低系统成本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率高压光伏直流升压变流器装置，其特征在于，所述的大功率高压光伏直流升压变流器装置包括：N路光伏发电单元以及与之对应的N路boost变换单元、大功率三相方波逆变器、模块化高频三相升压变压器单元和模块化三相二极管整流桥单元，其中：每一路光伏发电单元的输出端串联一路boost变换单元的输入端，N路光伏发电单元中的输出端串联对应的N路boost变换单元的输入端，N路boost变换单元的输出端之间相互并联后与大功率三相方波逆变器的输入端相串联；大功率三相方波逆变器包括6个开关管，即开关管Si，i＝1,2……6，其中,开关管S1与开关管S4串联、开关管S3与开关管S6串联、开关管S5与开关管S2串联并分别构成大功率三相方波逆变器的三相桥臂，三相桥臂间并联作为大功率三相方波逆变器的输入端；开关管S1与开关管S4的串联连接点、开关管S3与开关管S6的串联连接点、开关管S5与开关管S2的串联连接点分别引出作为大功率三相方波逆变器的输出端，大功率三相方波逆变器的输出端与模块化高频三相升压变压器单元的输入端串联；模块化高频三相升压变压器单元由M个高频三相升压变压器模块构成,M为偶数，且取值范围为2‑10；每一个高频三相升压变压器模块的低压绕组均为星型连接，高压绕组均为三角形连接，M个高频三相升压变压器模块的低压输入端之间相互并联作为模块化高频三相升压变压器单元的输入端；模块化三相二极管整流桥单元包括M个三相二极管整流桥模块，每一个高频三相升压变压器模块的高压输出端串联一个对应的三相二极管整流桥模块，每一个三相二极管整流桥模块的输出端均并联一个滤波电容,M个三相二极管整流桥模块的输出端之间相互串联作为模块化三相二极管整流桥单元的输出端接入高压直流电网，其中模块化三相二极管整流桥单元的第M/2个与第1+M/2个二极管整流桥模块之间通过导线引出接地。...

【技术特征摘要】
1.一种大功率高压光伏直流升压变流器装置，其特征在于，所述的大功率高压光伏直流升压变流器装置包括：N路光伏发电单元以及与之对应的N路boost变换单元、大功率三相方波逆变器、模块化高频三相升压变压器单元和模块化三相二极管整流桥单元，其中：每一路光伏发电单元的输出端串联一路boost变换单元的输入端，N路光伏发电单元中的输出端串联对应的N路boost变换单元的输入端，N路boost变换单元的输出端之间相互并联后与大功率三相方波逆变器的输入端相串联；大功率三相方波逆变器包括6个开关管，即开关管Si，i＝1,2……6，其中,开关管S1与开关管S4串联、开关管S3与开关管S6串联、开关管S5与开关管S2串联并分别构成大功率三相方波逆变器的三相桥臂，三相桥臂间并联作为大功率三相方波逆变器的输入端；开关管S1与开关管S4的串联连接点、开关管S3与开关管S6的串联连接点、开关管S5与开关管S2的串联连接点分别引出作为大功率三相方波逆变器的输出端，大功率三相方波逆变器的输出端与模块化高频三相升压变压器单元的输入端串联；模块化高频三相升压变压器单元由M个高频三相升压变压器模块构成,M为偶数，且取值范围为2-10；每一个高频三相升压变压器模块的低压绕组均为星型连接，高压绕组均为三角形连接，M个高频三相升压变压器模块的低压输入端之间相互并联作为模块化高频三相升压变压器单元的输入端；模块化三相二极管整流桥单元包括M个三相二极管整流桥模块，每一个高频三相升压变压器模块的高压输出端串联一个对应的三相二极管整流桥模块，每一个三相二极管整流桥模块的输出端均并联一个滤波电容,M个三相二极管整流桥模块的输出端之间相互串联作为模块化三相二极管整流桥单元的输出端接入高压直流电网，其中模块化三相二极管整流桥单元的第M/2个与第1+M/2个二极管整流桥模块之间通过导线引出接地。2.根据权利要求1所述的一种大功率高压光伏直流升压变流器装置，其特征在于，所述的N为正整数，取值范围为4-14。3.一种大功率高压光伏直流升压变流...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，赵文广，刘芳，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34