一种光伏发电系统及其控制方法技术方案

一种光伏发电系统，包括第一光伏组串、第一直流变换器、第二光伏组串、第二直流变换器和逆变器，逆变器的输入端包括第一输入端、中间输入端和第二输入端，其中第一光伏组串和第一直流变换器串联，第二光伏组串和第二直流变换器串联，第一直流变换器和第二直流变换器串联形成直流变换器串联线，第一直流变换器的输出正极与逆变器的第一输入端连接，直流变换器串联线与逆变器的中间输入端连接，第二直流变换器的输出负极与逆变器的第二输入端连接，逆变器对总母线电压Vb、子母线电压V1、子母线电压V2中的任意两个量能够独立控制，从而实现逆变器的输入功率和输出功率的动态平衡，保证系统稳定工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发电系统及控制方法。具体而言，本专利技术涉及一种光伏发电系统及其控制方法。
技术介绍
现有技术的光伏发电系统中，n个光伏组件串联后，形成光伏组串，然后与入直流变换器连接，直流变换器与光伏逆变器连接，光伏组串的输出(直流变换器的输入)的电压为1000Vdc。如果将光伏组件串联的个数由原来的n个变为2n个，则光伏组串的输出电压上升到2000Vdc。光伏组串输出电压升高后，一方面能减少了光伏发电系统的线缆损耗，另一方面，减少了光伏发电系统的线缆，增大了直流变换器和光伏逆变器的功率密度，有效降低了光伏发电系统的成本。升压后的光伏发电系统如图1所示，串联的2n个光伏组件1的正极连接到带有MPPT(MPPT是“MaximumPowerPointTracking”的缩写，MPPT的译文是“最大功率点跟踪”)功能的直流变换器2的输入正极2a，串联的2n个光伏组件1的负极连接到带有MPPT功能的直流变换器2的输入负极2b，直流变换器2的输出正极2c连接到逆变器3的输入正极3a,直流变换器2的输出负极2d连接到逆变器3的输入负极3b,逆变器3将来自直流变换器2的直流电转换为交流的三相交流电(3U,3V,3W)，逆变器3的输出可以馈电入网或者与负载连接。在一个实例中，逆变器3可以为二电平逆变器。相比于1000Vdc的光伏发电系统，2000Vdc的光伏发电系统可大幅度增大逆变器的功率密度，直流变换器和逆变器的价格降低30％以上，同时，大幅度减少了光伏发电系统的线缆、汇流箱等设施，降低了光伏发电系统的的成本。现有技术的升压后的光伏发电系统具有以下缺陷：1)光伏发电系统的电压升高到2000Vdc后，直流变换器内部需要采用耐压等级更高的功率器件，2000Vdc以上耐压等级的功率器件和1200Vdc的功率器件相比，2000Vdc以上耐压等级的功率器件损耗大，降低了光伏发电系统的效率。2)光伏发电系统的电压升高到2000V后，为节省成本，直流变换器和逆变器的功率等级大幅提高，但是含有MPPT功能的直流变换器的数量大幅度减少，导致光伏组件最大功率跟踪的效率降低。3)光伏组件串联后，光伏组串的逆变器输出相电流大小取决于该光伏组串中逆变器输出相电流最小的组件，即组件串联后，光伏组串的逆变器输出相电流存在“木桶效应”。因此，同等条件下，与2串由n个组件串联而成的组串对比，2n个组件串联而成的组串，由于存在电流失配问题，其输出的功率更小，这将造成光伏发电系统发电量的下降。为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提出了一种光伏发电系统，其提高了直流变换器的效率和光伏电站最大功率跟踪的效率，改善了2n个组件串联时的电流失配问题，提高了光伏发电系统的发电量。
技术实现思路
本专利技术提出了一种光伏发电系统及其控制方法，旨在解决现有技术中光伏发电系统存在电流失配和发电量不高的问题。本专利技术的一个技术方案提供了一种光伏发电系统，包括第一光伏组串、第一直流变换器、第二光伏组串、第二直流变换器和逆变器，逆变器的输入端包括第一输入端、中间输入端和第二输入端，其中第一光伏组串和第一直流变换器串联，第二光伏组串和第二直流变换器串联，第一直流变换器和第二直流变换器串联形成直流变换器串联线，第一直流变换器的输出正极与逆变器的第一输入端连接，直流变换器串联线与逆变器的中间输入端连接，第二直流变换器的输出负极与逆变器的第二输入端连接。根据本专利技术的上述一个技术方案提供的光伏发电系统，其中逆变器对总母线电压Vb、子母线电压V1、子母线电压V2中的任意两个量能够独立控制。根据本专利技术的上述一个技术方案提供的光伏发电系统，其中逆变器还包括逆变桥、滤波器、控制系统和输出端，逆变桥与滤波器连接，其中逆变器的控制系统与逆变器的输入端、输出端和逆变桥连接，控制系统包括总母线电压控制模块、电压差控制模块、PWM控制模块和电流控制模块，其中，总母线电压控制模块用于与逆变器的第一输入端和电流控制模块连接，电流控制模块还用于与PWM控制模块连接，PWM控制模块还与电压差控制模块和逆变器的逆变桥连接，电压差控制模块还与逆变器的中间输入端连接，其中控制系统通过总母线电压控制模块、电压差控制模块、PWM控制模块和电流控制模块对总母线电压Vb、子母线电压V1、子母线电压V2中的任意两个量独立控制。根据本专利技术的上述一个技术方案提供的光伏发电系统，其中逆变桥中有多个功率开关管，将影响子母线电压V1的功率开关管分成一组，它们的占空比为第一占空比D1；将影响子母线电压V2的功率开关管分成一组，它们的占空比为第二占空比D2，控制系统通过总母线电压控制模块、电压差控制模块、PWM控制模块和电流控制模块能够对第一占空比D1和第二占空比D2进行独立调节，从而实现对逆变器中总母线电压Vb、子母线电压V1、子母线电压V2中的任意两个量的独立控制。根据本专利技术的上述一个技术方案提供的光伏发电系统，其中控制系统通过将总母线电压Vb、逆变器输出相电流Igrid和子母线电压V1分别与预设总母线参考电压Vbref、预设参考电流Iref和预设子母线参考电压V1ref分别进行比较，根据比较结果对第一占空比D1和第二占空比D2进行独立调节，从而实现对逆变器中总母线电压Vb、子母线电压V1、子母线电压V2中的任意两个量的独立控制。根据本专利技术的上述一个技术方案提供的光伏发电系统，其中逆变器的输出端包括U输出端、V输出端和W输出端，逆变器的输出端能够与电网或者负载连接。根据本专利技术的上述一个技术方案提供的光伏发电系统，其中第一光伏组串和第二光伏组串中，所串联的组件个数相等或不相等，第一光伏组串和第二光伏组串串联形成光伏组串串联线，光伏组串串联线与第一直流变换器的输入负极和第二直流变换器的输入正极相连。根据本专利技术的上述一个技术方案提供的光伏发电系统，其中逆变器为三电平逆变器，直流变换器是具有最大功率点跟踪功能的直流变换器。根据本专利技术的上述一个技术方案提供的光伏发电系统，其中逆变器为k电平逆变器，其中k大于3，直流变换器是具有最大功率点跟踪功能的直流变换器。本专利技术的另一个技术方案提供了一种用于光伏发电系统的控制方法，其中，在步骤102，对总母线电压Vb、逆变器输出相电流Igrid、子母线电压V1进行实时采样；在步骤104，判断总母线电压Vb是否大于预设总母线参考电压Vbref，如果总母线电压Vb大于预设总母线参考电压Vbref，则在步骤106增大预设参考电流Iref，使得逆变器输出相电流Igrid增大；否则，在步骤108减小预设参考电流Ir本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏发电系统，包括第一光伏组串、第一直流变换器、第二光伏组串、第二直流变换器和逆变器，逆变器的输入端包括第一输入端、中间输入端和第二输入端，其中第一光伏组串和第一直流变换器串联，第二光伏组串和第二直流变换器串联，第一直流变换器和第二直流变换器串联形成直流变换器串联线，第一直流变换器的输出正极与逆变器的第一输入端连接，直流变换器串联线与逆变器的中间输入端连接，第二直流变换器的输出负极与逆变器的第二输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种光伏发电系统，包括第一光伏组串、第一直流变换器、第二光伏组串、第二直流
变换器和逆变器，逆变器的输入端包括第一输入端、中间输入端和第二输入端，其中第一光
伏组串和第一直流变换器串联，第二光伏组串和第二直流变换器串联，第一直流变换器和
第二直流变换器串联形成直流变换器串联线，第一直流变换器的输出正极与逆变器的第一
输入端连接，直流变换器串联线与逆变器的中间输入端连接，第二直流变换器的输出负极
与逆变器的第二输入端连接。
2.如权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，逆变器对总母线电压Vb、子母线电压
V1、子母线电压V2中的任意两个量能够独立控制。
3.如权利要求2所述的光伏发电系统，其特征在于，逆变器还包括逆变桥、滤波器、控制
系统和输出端，逆变桥与滤波器连接，其中逆变器的控制系统与逆变器的输入端、输出端和
逆变桥连接，控制系统包括总母线电压控制模块、电压差控制模块、PWM控制模块和电流控
制模块，其中，总母线电压控制模块用于与逆变器的第一输入端和电流控制模块连接，电流
控制模块还用于与PWM控制模块连接，PWM控制模块还与电压差控制模块和逆变器的逆变桥
连接，电压差控制模块还与逆变器的中间输入端连接，其中控制系统通过总母线电压控制
模块、电压差控制模块、PWM控制模块和电流控制模块对总母线电压Vb、子母线电压V1、子母
线电压V2中的任意两个量独立控制。
4.如权利要求3所述的光伏发电系统，其特征在于，逆变桥中有多个功率开关管，将影
响子母线电压V1的功率开关管分成一组，它们的占空比为第一占空比D1；将影响子母线电压
V2的功率开关管分成一组，它们的占空比为第二占空比D2，控制系统通过总母线电压控制模
块、电压差控制模块、PWM控制模块和电流控制模块能够对第一占空比D1和第二占空比D2进
行独立调节，从而实现对逆变器中总母线电压Vb、子母线电压V1、子母线电压V2中的任意两
个量的独立控制。
5.如权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，控制系统通过将总母线电压Vb、逆变
器输出相电流Igrid和子母线电压V1分别与预设总母线参考电压Vbref、预设参考电流Iref和预
设子母线参考电压V1ref分别进行比较，根据比较结果对第一占空比D1和第二占空比D2进行
独立调节，从而实现对逆变器中总母线电压Vb、子母线电压V1、子母线电压V2中的任意两个
量的独立控制。
6.如权利要求3所述的光伏发电系统，其特征在于，逆变器的输出端包括U输出端、V输
出端和W输出端，逆变器的输出端能够与电网或者负载连接。
7.如权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，第一光伏组串和第二光伏组串中，
所串联的组件个数相等或不相等，第一光伏组串和第二光伏组串串联形成光伏组串串联
线，光伏组串串联线与第一直流变换器的输入负极和第二直流变换器的输入正极相连。
8.如权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，逆变器为三电平逆变器，直流变换
器是具有最大功率点跟踪功能的直流变换器。
9.如权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，逆变器为k电平逆变器，其中k大于
3，直流变换器是具有最大功率点跟踪功能的直流变换器。
10.一种用于权利要求1-9中任一项所述的光伏发电系统的控制方法，其中，
在步骤102，对总母...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志伟，庄波，曹晓宁，江红胜，
申请(专利权)人：中民新能投资有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11