一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统，其包括中高压直流发电单元和集中式中高压光伏并网逆变器，所述中高压直流发电单元采用至少一个，每个中高压直流发电单元的输出端均接入一路中高压直流母线，用于向该路中高压直流母线输出中高压直流电压，分别与各个中高压直流发电单元的输出端连接的各路中高压直流母线并联后形成一路中高压直流母线再接入集中式中高压光伏并网逆变器的直流侧，所述集中式中高压光伏并网逆变器的交流侧接入中高压交流电网；所述集中式中高压光伏并网逆变器采用模块化多电平拓扑结构。本发明专利技术所述光伏并网发电系统既能够减小线路损耗，又能降低成本，且可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统
本专利技术应用于太阳能光伏发电
，涉及基于中高压直流接入的光伏系统集电线路设计和并网接入技术，具体涉及一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统。
技术介绍
随着光伏发电规模的日益增大，光伏产能不再局限于作为补充能源，而是朝着可替代能源的方向迈进。然而，由于经济发展和可再生资源布局的不均衡，我国的能源中心与负荷中心之间的距离跨度很大，作为能源中心的太阳能发电场主要集中在西北偏远地区，而作为负荷中心的经济发达地区则集中在东部沿海；同时，太阳能发电需要电网提供额外的调峰容量，但西北偏远地区的调峰能力不足，导致太阳能发电面临着规模化发展的外送消纳问题。在这场“能源革命”的影响下，现行光伏发电的概念、光伏电站的结构、并网发电装置以及相应的运行技术在应对超大规模可再生新能源的消纳方面越来越力不从心。如图1所示，目前主流的光伏电站的结构，也即传统的光伏并网发电系统包括：以并联的连接方式与中高压交流电网连接并向其输送电能的n个集中式光伏并网发电单元100，每个集中式光伏并网发电单元100均包括m个子单元101和工频升压变压器102，该m个子单元101均与工频升压变压器102的原边侧连接，每个子单元101均包括N个光伏阵列(N个光伏阵列即一组光伏阵列)1011、汇流箱1012、直流配电柜1013和光伏并网逆变器1014，每个光伏阵列1011均根据其所需的输出直流电压和额定功率等级由多个太阳能电池板通过串联和/或并联的方式组成，N个光伏阵列1011并联后接入汇流箱1012的输入端，该汇流箱1012用于将N个光伏阵列1011分别输出的直流电能汇流成一路，其输出端与直流配电柜1013的输入端连接，直流配电柜1013的输出端与光伏并网逆变器1014的直流侧(也称为输入端)连接，由于光伏并网逆变器1014的直流侧电压一般不超过1kV，故光伏并网逆变器1014也可称为低压光伏并网逆变器，为了提高光伏并网发电系统的整体效率，光伏并网逆变器1014一般具有最大功率跟踪(MPPT，MaximumPowerPointTracking)功能，即通过其内置的最大功率跟踪算法对其输入功率进行最大功率跟踪，以使得与其连接的N个光伏阵列输出最大功率，每个子单元101的光伏并网逆变器1014的交流侧(也称为输出端)均以并联的连接方式连接至工频升压变压器102的原边侧，以通过同步控制将能量以电流源形式向中高压交流电网馈送，可见，现有技术采用的是低压大电流并联的连接方式，每个集中式光伏并网发电单元100的工频升压变压器102的副边侧均连接至中高压交流电网，以使得光伏并网逆变器1014输出的电能通过工频升压变压器102逐级升压至中高压后输送至中高压交流电网，从而实现能源的长距离输送。这里，m、n、N均为大于1的整数，其具体取值可由本领域技术人员根据实际情况设定。但是，随着新能源发电容量的不断增加，以及输电、配电技术的日益进步，现有的光伏发电、输电运行模式存在如下限制：(1)在每个集中式光伏并网发电单元100中，从各组光伏阵列1011的输出端到工频升压变压器102的原边侧之间都采用低压传输线路(该线路上的电压小于1kV)进行布线，且采用的是低压大电流并联的连接方式，导致低压大电流传输线路过长、线路损耗过大(线路损耗通常为总系统的2％-3％)的问题出现，并且该问题会随着发电规模、容量的增加而进一步恶化。(2)目前，由于受到直流损耗和低压光伏并网逆变器容量的限制，大型光伏电站通常需要配置几十甚至上百个低压光伏并网逆变器及相应的逆变机房和配电、监控设备。工业界的低压光伏并网逆变器产品的最大功率一般为500kW，若一个集中式光伏并网发电单元100包括1MW的光伏阵列，对于一个20MW的光伏电站来说，就需要配置20个逆变器机房，每个逆变器机房均需配备汇流箱1012、直流配电柜1013、低压光伏并网逆变器1014各两套，以及一套工频升压变压器102，从而导致新能源发电的初期投入成本高，资金运转周期长，整体投资回报率低。(3)经实验验证，通过低压光伏并网逆变器对光伏阵列的输出功率进行最大功率跟踪，其MPPT的渗透率较低，而且，针对光照不均问题(其可由云朵的遮挡、周围障碍物阴影、各光伏阵列本身特性的不一致性引起)的抗扰性也相对较弱。(4)目前主流的低压光伏并网逆变器产品的峰值效率标称98.7％，其在实际运行过程中的实际效率为97％左右，如果继续将研究、分析和优化的重点和精力集中在单个的光伏并网电力电子装置(即单个集中式光伏并网发电单元)上，无论从效率角度，还是从成本角度来看，都已经没有太多可以提升的空间，只有转变看问题的角度和解决问题的策略，才有可能使整个系统得到进一步、深层次的优化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种既能够减小线路损耗，又能降低成本，且可靠性高的基于中高压直流接入的光伏并网发电系统。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：所述基于中高压直流接入的光伏并网发电系统包括：中高压直流发电单元和集中式中高压光伏并网逆变器，所述中高压直流发电单元采用至少一个，每个中高压直流发电单元的输出端均接入一路中高压直流母线，用于向该路中高压直流母线输出中高压直流电压，分别与各个中高压直流发电单元的输出端连接的各路中高压直流母线并联后形成一路中高压直流母线再接入集中式中高压光伏并网逆变器的直流侧，所述集中式中高压光伏并网逆变器的交流侧接入中高压交流电网；所述集中式中高压光伏并网逆变器采用模块化多电平拓扑结构。优选地，所述集中式中高压光伏并网逆变器包括并联的三个相单元，这三个相单元的并联节点作为所述逆变器的直流输入节点，每个相单元均包括串联的上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂的串联节点作为该相单元的交流输出节点，每个相单元的上桥臂、下桥臂均包括与其交流输出节点连接的电感，以及连接在所述电感与直流输入节点之间且依次串联多个子单元。优选地，所述多个子单元均采用一种类型结构的子单元，所述一种类型结构的子单元为半桥型子单元、全桥型子单元和箝位双子型子单元中的任一种，或者，所述多个子单元采用两种类型结构的子单元，且所述两种类型结构的子单元的数量之和等于所述多个子单元的数量，所述两种类型结构的子单元为半桥型子单元、全桥型子单元和箝位双子型子单元中的任意两种。优选地，所述多个子单元均为半桥型子单元时，每个半桥型子单元的输入端与输出端之间均并联一个晶闸管。优选地，每个所述中高压直流发电单元均包括光伏阵列和级联直流升压单元，所述光伏阵列采用多组，每组光伏阵列均包括并联的多个光伏阵列，各组光伏阵列的输出端与所述级联直流升压单元的输入端相连，所述级联直流升压单元的输出端接入一路中高压直流母线，用于将各组光伏阵列输出的直流电压升压后再以串联的方式汇流输出至该路中高压直流母线。优选地，所述级联直流升压单元包括输出端依次串联的多个中高压汇流箱，串联的级数不少于2级，且这些输出端依次串联的中高压汇流箱具有两个端头，其中位于一个端头处的中高压汇流箱的正极输出端与位于另一个端头处的中高压汇流箱的负极输出端接入一路中高压直流母线，其余每个中高压汇流箱的正极输出端均与其串联的前一个中高压汇流箱的负极输出端相连，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统，其特征在于，包括：中高压直流发电单元和集中式中高压光伏并网逆变器，所述中高压直流发电单元采用至少一个，每个中高压直流发电单元的输出端均接入一路中高压直流母线，用于向该路中高压直流母线输出中高压直流电压，分别与各个中高压直流发电单元的输出端连接的各路中高压直流母线并联后形成一路中高压直流母线再接入集中式中高压光伏并网逆变器的直流侧，所述集中式中高压光伏并网逆变器的交流侧接入中高压交流电网；所述集中式中高压光伏并网逆变器采用模块化多电平拓扑结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于中高压直流接入的光伏并网发电系统，其特征在于，包括：中高压直流发电单元和集中式中高压光伏并网逆变器，所述中高压直流发电单元采用至少一个，每个中高压直流发电单元的输出端均接入一路中高压直流母线，用于向该路中高压直流母线输出中高压直流电压，分别与各个中高压直流发电单元的输出端连接的各路中高压直流母线并联后形成一路中高压直流母线再接入集中式中高压光伏并网逆变器的直流侧，所述集中式中高压光伏并网逆变器的交流侧接入中高压交流电网；所述集中式中高压光伏并网逆变器采用模块化多电平拓扑结构；每个所述中高压直流发电单元均包括光伏阵列和级联直流升压单元，所述光伏阵列采用多组，每组光伏阵列均包括并联的多个光伏阵列，各组光伏阵列的输出端与所述级联直流升压单元的输入端相连，所述级联直流升压单元的输出端接入一路中高压直流母线，用于将各组光伏阵列输出的直流电压升压后再以串联的方式汇流输出至该路中高压直流母线；所述级联直流升压单元包括输出端依次串联的多个中高压汇流箱，串联的级数不少于2级，且这些输出端依次串联的中高压汇流箱具有两个端头，其中位于一个端头处的中高压汇流箱的正极输出端与位于另一个端头处的中高压汇流箱的负极输出端接入一路中高压直流母线，其余每个中高压汇流箱的正极输出端均与其串联的前一个中高压汇流箱的负极输出端相连，其余每个中高压汇流箱的负极输出端均与其串联的后一个中高压汇流箱的正极输出端相连；在每个中高压直流发电单元中，每组光伏阵列均对应一个中高压汇流箱，且每组光伏阵列中的多个光伏阵列并联后接入对应中高压汇流箱的输入端，所述中高压汇流箱用于将其对应的一组光伏阵列输出的直流电压汇流成一路直流电压，并对该路直流电压进行升压处理后输出；在每个中高压直流发电单元中，每个中高压汇流箱均包括汇流排和高绝缘等级的高频升压变压器，所述汇流排用于将其对应的一组光伏阵列包括的多个光伏阵列输出的直流电压汇流成一路直流电压，所述高绝缘等级的高频升压变压器用于对该路直流电压进行升压处理，以及实现其对应的一组光伏阵列和所在中高压直流发电单元接入的中高压直流母线之间的电气隔离；所述高绝缘等级的高频升压变压器的隔离电压等级远高于其对应的一组光伏阵列的工作电压，其中，根据中高压交流电网的电压等级确定该高频升压变压器的隔离电压等级与其对应的一组光伏阵列的工作电压的倍数，该倍数等于中高压交流电网的电压等级除以1kV，或者该高频升压变压器的隔离电压等级与其对应的一组光伏阵列的工作电压的倍数等于每个中高压直流发电单元中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟增，李直，张洁琼，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，特变电工西安柔性输配电有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65