一种节能型三相光伏发电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种光伏发电系统，尤其涉及一种节能型三相光伏发电系统。本发明专利技术的节能型三相光伏发电系统包括主控部分、逆变电路、节电变流电路、检测电路、隔离变压器、光伏电池、蓄电池及其充放电电路，各组成部分在功能或结构上可以合并或拆分。负载需求的电能可分为有功和无功两部分，在本发明专利技术中：光伏电池产生的直流电经逆变电路转化为交流电，向负载提供有功功率；节电变流电路通过实时检测负载特性，提供与之匹配的无功功率，同时对负载产生的谐波进行滤除，既能大幅提高功率因数，还能显著优化电能质量，并可在系统方案设计之初减少光伏电池的数量，实现系统装设成本的降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光伏发电系统，尤其涉及一种节能型三相光伏发电系统。
技术介绍
随着现代工业的发展，石油、煤、天然气等不可再生能源日渐稀少，以太阳能为代表的新能源符合全球低碳经济的时代潮流，已经得到世界各国政府的认可、重视与扶持。光伏产业在最近几年得到了井喷式的发展，但这高速发展背后的主要推动力，是世界各国政府的高额补贴，时至今日，相对于使用如煤炭、石油等不可再生能源的传统发电系统，光伏发电在成本上处于绝对的劣势地位。这就要求科技工作者不断探索，一方面，想方设法的降低光伏发电系统的装设成本，另一方面，尽可能的提高光伏发电系统的功率因数以及转换效率，降低损耗。当今，电力负载中有为数不少的以电动机为代表的感性负载，这类负载在工作时，光伏逆变器不仅仅提供有功功率，还必须同时发出一定量的无功功率，因为最大视在功率、最大电流和最大电压等参数的限制，系统必须降低功率因数运行，这种情况大大降低了光伏逆变器把太阳能转化为电能的效率，并且因为在高电压大电流的状态下长时间运行，增加了电能在传输过程中的损耗，也降低了光伏发电系统的使用寿命。更明显的弊端在于：光伏发电系统在设计之初，因应感性负载的特性，加上电机类负载启动时较多的无功功率需求，设计师通常会把光伏电池的容量设计成比负载的额定功率多出一半至几倍的瓦特数，无疑，这大幅提高了当前以太阳能电池为主的光伏发电系统的装设成本。除了上述弊端之外，当今的大量负载都会产生各种谐波，这些谐波不仅降低系统的使用寿命，还使电能的损耗大幅增加，甚至影响一些高精密仪器、设备的正常工作。
技术实现思路
本专利技术的节能型三相光伏发电系统，能克服上述缺点，从无功补偿和抑制谐波的角度解决问题，通过减少光伏电池的数量，使光伏发电系统的装设成本大幅降低。本专利技术的节能型三相光伏发电系统包括主控部分、逆变电路、节电变流电路、检测电路、隔离变压器、光伏电池、蓄电池及其充放电电路，各组成部分在功能或结构上可以合并或拆分。其中主控部分与逆变电路、节电变流电路、检测电路、蓄电池充放电电路分别电气连接；检测电路与逆变电路、节电变流电路、蓄电池充放电电路分别电气连接；光伏电池、蓄电池、节电变流电路以及逆变电路在直流侧电气连接；节电变流电路与逆变电路在交流侧直接电气连接或经隔离变压器间接电气连接；蓄电池与其充放电电路电气连接。本专利技术的主控部分包含微处理器、微控制器中的一种或多种，负责整个系统的信息采集、分析处理、决策输出等核心任务，是整个光伏发电系统的控制核心。其中微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD、FPGA、PLC。逆变电路与节电变流电路的构成方式类似，都包含若干个逆变桥臂或集成功率模块。对于包含逆变桥臂的情况：每个逆变桥臂由多个开关器件串联构成，每个开关器件都反并联一个续流二极管，该开关器件的类型包括但不限于晶体管、IGBT、MOSFET、IGCT、IEGT、GTO、SET。对于包含集成功率模块的情况：集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。逆变电路、节电变流电路采用的拓扑结构的电平数为2或大于2的奇数，其中大于2的奇数个电平的拓扑结构的类型包括但不限于单元级联型、飞跨电容型、二极管嵌位型。逆变电路和节电变流电路两者采用的拓扑结构可以相同，也可不同；二者选用的拓扑结构的电平数可以相同，也可不同。本专利技术的检测电路包括但不限于逆变电路交流侧的多个电压传感器、逆变电路与节电变流电路二者交流侧联接点与负载之间的多个电流传感器、逆变电路直流侧的电压传感器与电流传感器。本专利技术中光伏电池的类型包括但不限于单晶硅光伏电池、多晶硅光伏电池、薄膜光伏电池、生物光伏电池、化学光伏电池。本专利技术可在传统光伏逆变器功能的基础上增加无功补偿的功能，采用控制方法如下：通过检测电路实时获得负载侧电压、电流的瞬时值，经分析计算可得负载实时需求的有功功率以及无功功率，通过控制实现：逆变电路提供负载需求的有功功率；节电变流电路提供负载需求的无功功率。本专利技术可在传统光伏逆变器功能的基础上增加有源滤波的功能，采用控制方法如下：通过检测电路实时获得负载侧电流的瞬时值，经分析计算可得负载电流中所含的各次谐波的频率、幅值及相位等参数，通过控制使节电变流电路发出与各次电流谐波频率、幅值相等但相位相反的各次抑制波，这些抑制波与谐波相抵消，从而实现了对谐波的滤除。本专利技术还可在传统光伏逆变器功能的基础上同时增加无功补偿与有源滤波的功能，采用控制方法如下：通过检测电路实时获得负载侧电压、电流的瞬时值，经分析计算可得负载实时需求的有功功率、无功功率以及负载电流中各次谐波的含量及其特性参数，通过控制实现：逆变电路提供负载需求的有功功率；节电变流电路向负载发出无功功率以及与各次电流谐波频率、幅值相等但相位相反的各次抑制波，这样就同时实现了无功功率的补偿与谐波的滤除。相对于传统光伏发电系统，本专利技术的优势包括但不限于如下方面：首先，一个明显的优势在于：本专利技术的光伏发电系统中光伏电池(或光伏组件)的使用数量降到接近于极限值，只需略大于负荷的额定功率即可。对于同样的带有感性分量的负载，当今广泛应用的传统设计方案中，光伏电池(或光伏组件)的使用数量一般为本设计方案的1.5倍至3倍，个别无功功率需求较高的应用场合甚至达到3倍以上。本专利技术具有上述优势的原因在于：电机类负载启动时较多的无功功率需求由本专利技术的节电变流电路提供，而不是由光伏电池(或光伏组件)提供，这大幅降低了当前以光伏电池为主的光伏发电系统的装设成本。其次，在长期运行过程中，对于电力负载中异步电动机为代表的感性负载，本专利技术的光伏发电系统不仅仅提供有功功率，还可同时发出与负荷匹配的无功功率，大幅提高功率因数，并且减少了电能在传输过程中的损耗，也间接延长了光伏发电系统的使用寿命。再次，现在的大量负载电流中都含有各种谐波，本专利技术的光伏发电系统可以实时滤除这些谐波，不仅延长了系统的使用寿命，还使电能的损耗大幅降低，附近的高精密仪器、设备也可正常工作。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的一次侧电气结构示意图。图2为本专利技术的控制与检测电路示意图。图3为本专利技术的主控部分电路原理图。图4为本专利技术的两电平逆变电路原理图。图5为本专利技术的三电平节电变流电路原理图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本实施例如图1～图5所示。本实施例包括主控部分、逆变电路、节电变流电路、检测电路、光伏电池、蓄电池及其充放电电路，其中主控部分与逆变电路、节电变流电路、检测电路、蓄电池充放电电路分别电气连接；检测电路与逆变电路、节电变流电路、蓄电池充放电电路分别电气连接；光伏电池、蓄电池充放电电路、节电变流电路以及逆变电路在直流侧电气连接；节电变流电路与逆变电路在交流侧电气连接；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种节能型三相光伏发电系统，其特征在于包括主控部分、逆变电路、节电变流电路、检测电路，各组成部分彼此分别电气连接，其中节电变流电路与逆变电路在直流侧与交流侧分别电气连接，各组成部分在功能或结构上可以合并或拆分。

【技术特征摘要】
1.一种节能型三相光伏发电系统，其特征在于包括主控部分、逆变电路、节电变流电路、检测电路，各组成部分彼此分别电气连接，其中节电变流电路与逆变电路在直流侧与交流侧分别电气连接，各组成部分在功能或结构上可以合并或拆分。2.根据权利要求1所述的节能型三相光伏发电系统，其特征在于主控部分包含微处理器、微控制器中的一种或多种，其中微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD、FPGA、PLC。3.根据权利要求2所述的节能型三相光伏发电系统，其特征在于逆变电路和节电变流电路都包含若干个逆变桥臂或集成功率模块，对于包含逆变桥臂的情况，每个逆变桥臂由多个开关器件串联构成，每个开关器件都反并联一个续流二极管，该开关器件的类型包括但不限于晶体管、IGBT、MOSFET、IGCT、IEGT、GTO、SET；对于包含集成功率模块的情况，集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。4.根据权利要求3所述的节能型三相光伏发电系统，其特征在于检测电路包括但不限于逆变电路交流侧的多个电压传感器、逆变电路与节电变流电路二者交流侧联接点与负载之间的多个电流传感器、逆变电路直流侧的电压传感器与电流传感器。5.根据权利要求4所述的节能型三相光伏发电系统，其特征在于包括光伏电池、蓄电池及其充放电电路，光伏电池与下述电路的直流侧电气连接：逆变电路、节电变流电路、蓄电池充放电电路，蓄电池与其充放电电路电气连接，光伏电池的类型包括但不限于单晶硅光伏电池、多晶硅光伏电池、薄膜光伏电池、生物光伏电池、化学光伏电池。6.根据权利要求5所述的节能型三相光伏发电系统，其特征在于逆变电路、节电变流...

【专利技术属性】
技术研发人员：马玉林，褚东军，马群，
申请(专利权)人：武汉承光博德光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42