高质量光伏发电并网系统DC/AC变换器控制方法技术方案

本发明专利技术高质量光伏发电并网系统DC/AC变换器控制方法属于光伏发电并网技术，目的是研发一种高质量的、适合并网运行的DC/AC变换器，其特征采取移相变压器并网连接方式，依据(1)式和(2)式的特定变换规律对三相变流桥[3]和[4]进行电流分配和控制，实现了晶闸管可控化，采用等增量台阶形三角波电流波形的多电平合成技术，在移相变压器输出侧得到接近正弦波的电流波形，实现了低谐波控制、功率因数可超前滞后连续调节、直流电流在0～额定值范围自由调控的功能，适合应用于各种容量的光伏发电并网系统。

【技术实现步骤摘要】
高质量光伏发电并网系统DC/AC变换器控制方法
本专利技术属于光伏发电并网技术。
技术介绍
光伏发电并网系统的核心技术之一是DC/AC变换器，通常称为逆变器。在上世纪80年代第一台光伏发电装置问世时，采用的是晶闸管逆变器，但自90年代以后，光伏逆变器已经全部采用全控型开关器件，二十多年来关于晶闸管在光伏逆变器的应用研究已绝迹于科技出版物。目前的光伏发电并网系统逆变器主开关器件根据容量的不同而分别采用功率场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、门极关断晶闸管(GTO)、门极换向晶闸管(IGCT)等，控制方式采用脉宽调制(PWM)等等，拓扑结构采用电压源型逆变器、电流源型逆变器。目前，小于6kW的小型光伏变换器种类比较繁杂，基本上是单相系统，无变压器结构，不同程度的存在直流电流注入、共模电压产生的漏电流、谐波较大等问题，因而入网困难。6～100kW中型光伏变换器构成方式也具有多样化的特点，既有单相系统也有三相系统，或者是由单相组合的三相系统；既有无变压器结构，也有经变压器输出的系统；无变压器结构的系统也存在小型光伏变换器同样的问题，也存在入网困难的问题；经变压器输出的系统虽然不存在入网隔离的问题，但存在效率和谐波的问题。大于100kW的大型光伏变换器采用电压源型或电流源型逆变器，一般均经变压器输出，虽然不存在入网隔离的问题，但亦存在效率和谐波的问题，另一方面，由于电压源与电流源具有固有的对偶性，所以无论采用哪一种拓扑结构，都会存在某些不足。此外，目前的系统还普遍存在系统构成复杂、成本高、整体效率低、允许的直流输入电压范围小等问题。对于光伏发电并网系统的拓扑结构，各个国家的标准不尽相同，欧美等国的标准对入网的要求比较严格，对输出变压器的设置亦是重要限制条件。对输出变压器没有严格限制的国家，对入网实际条件的限制也基本上与经变压器入网的结果相同，故无变压器的结构需要更为复杂的解决方案，这意味着不用输出变压器隔离的方案需要付出其它方面的代价。因此，入网问题是光伏产品制造商和电力部门都感到困扰的问题。综上所述，现存的光伏发电并网变换器存在不同程度的问题，随着光伏发电技术的迅速发展和光伏发电的广泛应用，改善光伏发电并网变换器的技术方案也在不断涌现，但迄今为止还未见到创新性的研究成果出现。
技术实现思路
本专利技术研究的对象是用于光伏发电并网系统的12脉波DC/AC变换器，这是DC/AC变换器的典型结构，这样结构的DC/AC变换器其移相变压器绕组结构简单，出线容易，而且绕组利用率高，适合光伏发电并网系统各种功率的应用，是解决并网隔离的良好途径。本专利技术的目的是深入研究DC/AC变换器的变换机理、拓扑结构及控制技术，在综合现有技术的基础上，研发一种高质量的、适合并网运行的DC/AC变换器。本专利技术的要点是在DC/AC变换器的谐波抑制、晶闸管应用、提高综合效率、直流输入电压电流大范围控制、适合并网运行方面取得了突破性的进展。本专利技术高质量光伏发电并网系统DC/AC变换器控制方法的特征是采取移相变压器并网连接方式，移相变压器输出侧为Y形绕组(7)，与电网(8)相连接，输入侧分别为Y和Δ形两个绕组(5)和(6)，分别连接两个完全相同的晶闸管三相变流桥(3)和(4)，形成12脉波DC/AC变换器，多电平直流电流控制及分配单元(2)按等增量台阶形三角波多电平合成技术，依据(1)式和(2)式的特定变换规律对三相变流桥(3)和(4)进行电流分配和控制，实现了晶闸管可控化，(32)是采用等增量台阶形三角波电流波形的多电平合成的Y三相变流桥输入电流波形，(33)是Δ三相变流桥输入的电流波形，(34)是移相变压器输入侧Y绕组电流波形，(35)是移相变压器输入侧Δ绕组电流波形，(36)是移相变压器输出侧得到的合成电流波形，为接近正弦波波形，实现了低谐波控制，通过对Y三相变流桥和Δ三相变流桥电流幅值(32)和(33)的直接控制和对等增量台阶形三角波电流的相位控制，实现了功率因数可超前滞后连续调节、直流电流在0～额定值范围自由调控的功能。式中：IBY：Y桥直流电流IBΔ：Δ桥直流电流Idc：太阳能极板电流k＝1，2，…附图说明附图1是高质量光伏发电并网系统DC/AC变换器拓扑结构图，图1中1是太阳能极板直流电源；2是多电平直流电流控制及分配单元；3是Y绕组三相变流桥；4是Δ绕组三相变流桥；5是移相变压器输入侧Y形绕组；6是移相变压器输入侧Δ形绕组；7是移相变压器输出侧绕组，Y形接法；8是交流电网。附图2是高质量光伏发电并网系统DC/AC变换器在理想变换下的波形图，图2中21是太阳能极板直流电流Idc波形；22是Y绕组三相变流桥输入电流IBY波形；23是Δ绕组三相变流桥输入电流IBΔ波形；24是移相变压器输入侧Y形绕组A相IaY电流波形，B相IbY电流波形和C相IcY电流波形与A相IaY电流波形类似，区别仅是分别与A相相差120°和240°；25是移相变压器输入侧Δ形绕组A相IaΔ电流波形，B相IbΔ电流波形和C相IcΔ电流波形与A相IaΔ电流波形类似，区别仅是分别与A相相差120°和240°；26是移相变压器输出，即网侧A相IA电流波形，B相IB电流波形和C相IC电流波形与A相IA电流波形类似，区别仅是分别与A相相差120°和240°。附图3是高质量光伏发电并网系统DC/AC变换器在采用等增量台阶形三角波时的波形图，图3中31是太阳能极板直流电流Idc波形；32是Y绕组三相变流桥输入电流IBY波形；33是Δ绕组三相变流桥输入电流IBΔ波形；34是移相变压器输入侧Y形绕组A相IaY电流波形，B相IbY电流波形和C相IcY电流波形与A相IaY电流波形类似，区别仅是分别与A相相差120°和240°；35是移相变压器输入侧Δ形绕组A相IaΔ电流波形，B相IbΔ电流波形和C相IcΔ电流波形与A相IaΔ电流波形类似，区别仅是分别与A相相差120°和240°；36是移相变压器输出，即网侧A相IA电流波形，B相IB电流波形和C相IC电流波形与A相IA电流波形类似，区别仅是分别与A相相差120°和240°。具体实施方式1.系统的拓扑结构本专利技术采取移相变压器并网连接方式，移相变压器输出侧为Y形绕组(7)，与电网(8)相连接，输入侧分别为Y和Δ形两个绕组(5)和(6)，分别连接两个完全相同的晶闸管三相变流桥(3)和(4)，形成12脉波DC/AC变换器，多电平直流电流控制及分配单元(2)的功能是按等增量台阶形三角波多电平合成技术，依据(1)式和(2)式的特定变换规律对三相变流桥(3)和(4)进行电流分配和控制。太阳能极板直流电源(1)产生的直流电压和电流的范围是0～额定值。2.系统低谐波的实现采用移相变压器并网连接的方式，从根本上解决直流电流注入和共模电压产生的漏电流问题，符合各个国家的入网标准，是具有通用性的并网结构。三线圈移相变压器具有一定的谐波抑制能力，还具有绕组结构简单，出线容易，而且绕组利用率高，特别适合光伏发电并网连接的需求。但传统的移相变压器组成的12脉波DC/AC变换器，其交流输出的总谐波畸变率THD大于8％，这样的变换质量显然不能满足谐波入网标准。问题在于，传统12脉波DC/AC变换器是将直流量平均分配给两个三相变流桥进行变换，结果是谐波抵本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术高质量光伏发电并网系统DC/AC变换器控制方法的特征是采取移相变压器并网连接方式，移相变压器输出侧为Y形绕组[7]，与电网[8]相连接，输入侧分别为Y和△形两个绕组[5]和[6]，分别连接两个完全相同的晶闸管三相变流桥[3]和[4]，形成12脉波DC/AC变换器，多电平直流电流控制及分配单元[2]按等增量台阶形三角波多电平合成技术，依据(1)式和(2)式的特定变换规律对三相变流桥[3]和[4]进行电流分配和控制，实现了晶闸管可控化，[32]是采用等增量台阶形三角波电流波形的多电平合成的Y三相变流桥输入电流波形，[33]是△三相变流桥输入的电流波形，[34]是移相变压器输入侧Y绕组电流波形，[35]是移相变压器输入侧△绕组电流波形，[36]是移相变压器输出侧得到的合成电流波形，为接近正弦波波形，实现了低谐波控制，通过对Y三相变流桥和△三相变流桥电流幅值[32]和[33]的直接控制和对等增量台阶形三角波电流的相位控制，实现了功率因数可超前滞后连续调节、直流电流在0～额定值范围自由调控的功能。IBY(ωt)=Idc{12+Σk=1∞7+4336(2k-1)2-1cos[6(2k-1)ωt]+Σk=1∞1144k2-1cos(12kωt)}---(1)]]>IBΔ(ωt)=Idc{12-Σk=1∞7+4336(2k-1)2-1cos[6(2k-1)ωt]+Σk=1∞1144k2-1cos(12kωt)}---(2)]]>式中：IBY：Y桥直流电流IB△：△桥直流电流Idc：太阳能极板电流k=1，2，…...

【技术特征摘要】
1.一种高质量光伏发电并网系统DC/AC变换器控制方法，其特征是采取移相变压器并网连接方式，移相变压器输出侧为Y形绕组(7)，与电网(8)相连接，输入侧分别为移相变压器输入侧Y形绕组(5)和移相变压器输入侧Δ形绕组(6)，分别连接两个完全相同的晶闸管三相变流桥Y绕组三相变流桥(3)和Δ绕组三相变流桥(4)，形成12脉波DC/AC变换器，多电平直流电流控制及分配单元(2)按等增量台阶形三角波多电平合成技术，依据(1)式和(2)式的特定变换规律对Y绕组三相变流桥(3)和Δ绕组三相变流桥(4)进行电流分配和控制，实现了晶闸管可控化，Y绕组三相变流桥输入电流IBY波形(32)是采用等增量台阶形三角波电流波形的多电平合成的Y三相变流桥输入电流波形，Δ绕组三相变流桥输入电流IBΔ波形(33)是采用等增量台阶形三角波电流波形的多电平合成的Δ三相变流桥输入的电流波形，移相变压器输出(36)是移相变压器输入侧Y形绕组A相IaY电流波形(34)和移相变压器输入侧Δ形绕组A相IaΔ电流波形(35)的合成电流波形，为接近正弦波波形，实现了低谐波控制，通过对Y绕组三相变流桥输入电流IBY波形(32)和Δ绕组三相变流桥输入电流IBΔ波形(33)电流幅值的直接控制和对等增量台阶形三角波电流的相位控制，实现了功率因数可超前滞后连续调节、直流电流在0～额定值范围自由调控的功能，式中：IBY：Y桥直流电流IBΔ：Δ桥直流电流Idc：太阳能极板电流k＝1，2，…。2.根据权利要求1所述的一种高质量光伏发电并网系统DC/AC变换器控制方法，其中所述的多电平直流电流控制及分配单元(2)完成下述功能：(1)将直流电流均等分配为m个支路，每个支路连接到两个可控开关，两个开关互补动作，构成互补开关对，分别连接到Y三相变流桥和Δ三相变流桥；(2)每隔30°/m切换一个互补开关对，使流入Y三相变流桥的电流增...

【专利技术属性】
技术研发人员：高毅夫，陈琳琳，刘昆，
申请(专利权)人：高毅夫，
类型：发明
国别省市：北京;11