大功率高升压比光伏直流变流器装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大功率高升压比光伏直流变流器装置及控制方法。它首先提出了一种基于中频400Hz变压器的低成本高效大功率高升压比光伏直流变流器装置，包括多路boost直流升压变换器、模块并联光伏逆变器、中频400Hz三绕组升压变压器、三相二极管整流桥以及高压滤波电路。并据此变流器装置公开了一种控制方法,该控制方法首先利用boost直流升压变换器调节光伏阵列输出端电压，进而调节光伏阵列输出端功率，然后经过模块并联光伏逆变器交直流侧电压和桥臂侧电感电流双环控制将光伏阵列的输出端功率输送到变压器侧，并经过变压器升压变换、二极管整流及高压滤波电路输送到最终的高压直流母线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光伏直流变流器装置及控制方法，尤其是一种大功率高升压比的光伏直流变流器装置及控制方法。
技术介绍
近年来，随着新能源技术的不断发展，光伏电站将继续朝着大功率的方向发展。单个光伏电站容量将达到GW级，交流电缆超过百公里。大量逆变器与长距离电缆的相互耦合，长距离的输送使得系统整体效率下降，投资成本上升，多逆变器之间的耦合问题使得交流电网的稳定性不断下降，超过一定距离时，交流电网的损耗和成本进一步增加。另一方面，随着电力电子和直流输电技术的发展和成熟，光伏电站采用高压大功率直流升压汇集送出系统成为可能。直流系统可以实现跨地区，跨海区域间不同频率等级的柔性连接，无频率不匹配及失步问题，稳定性更高、无需无功补偿，具有快速的功率控制能力，双向潮流控制更加灵活，跨区域间可以实现能量解耦，更适合波动性大的广域范围内的能源接入及互联，并灵活实现单级，双极或者同级运行；直流线路的“空间电荷效应”使电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小，产生的电磁辐射也小，具有环保优势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。作为光伏电站直流升压汇集技术的关键核心装备，大功率高升比直流变流器承担着将输入的光伏直流电汇集到高压直流母线的作用。为此不仅需要进一步研究大功率，高升压比，高效低成本的装置，也要进一步对装置性能进行优化，使得满足稳定性运行及并网性能要求。针对大功率高升压比光伏直流变流器拓扑结构及控制方法问题，国内外的专家学者们提出了一些方法，主要有：题为“PowerElectronicTractionTransformer—MediumVoltagePrototype”《IEEETRANSACTIONSONINDUSTRIALELECTRONICS》,DujicD,ZhaoC,MesterA,2013,28(12):5522-5534.(《机车牵引变压器-中压原型样机》，《IEEE工业电子专辑》，2013年第28卷第12期5522～5534页)的文章给出了一种多模块串并联DCDC变换装置，然而中间LLC变换环节的高频变压器制造困难，高频寄生参数大，成本较高，可靠性降低，不利于大功率高升比的光伏直流汇集系统。题为“Diode-BasedHVdcLinkfortheConnectionofLargeOffshoreWindFarms”，《IEEETRANSACTIONSONENERGYCONVERSION》,Blasco-GimenezR,-VillalbaS,Rodriguez-EJ,2011,26(2):615-626.(《用于离网型海上风电场基于二极管整流的HVDC直流变换环节》，《IEEE能源变换专辑》，2011年第26卷第2期615-626页)的文章采用工频变压器及单二极管整流模块，工频变压器体积较大，单二极管整流模块使得变压器谐波增加，损耗变大。题为“HighPowerHighVoltageDC/DCconverterforMVDCdistributionapplications”，DeAlegriaIM,SantamariaV,MadariagaA,.，《InternationalSymposiumonPowerElectronics,ElectricalDrives,AutomationandMotion》2012:1314-1319(《应用于MVDC配电装置的大功率高压DCDC变换器》，《IEEE电力电子国际论坛会议，电气传动与自动化》，2012年13143～1319页)的文章给出了一种基于方波逆变的大功率DCDC变换装置，然而中间的2.5kHz变压器制作困难，成本较高，不利于光伏高压直流汇集系统的大规模应用和推广。总之，现有技术很难同时兼顾单体容量大、直流升压比高、转换效率高，低成本高可靠性等方面。对于目前的高频拓扑结构，单体大容量直流变流器使得高频变压器磁芯容量难以提升，成本增加，直流升压比变大时变压器寄生参数作用突出，影响正常工作下的变流器性能；实现适用于大容量高电压环境下直流变流器拓扑的另一个有效技术途径是采用多模块串/并联技术，然而多模块串并联控制技术复杂，可靠性低，成本较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对大型光伏电站的大功率高压直流光伏变流器单体容量小、高直流升压变比难度大和转换效率低，成本高，可靠性低，中高频大功率磁性元件制作困难，成本高等问题，提供一种大功率高升压比光伏直流变流器装置及控制方法。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升压比光伏直流变流器装置，包括：Nboost路光伏发电单元以及对应的Nboost路boost直流升压变换器、模块并联光伏逆变器、中频三绕组升压变压器、两个三相二极管整流桥以及对应的两个高压滤波电路，其中：每一路光伏发电单元中的输出端与对应的一路boost直流升压变换器的输入端相连接；Nboost路boost直流升压变换器的输出端相并联，形成一个多路直流升压变换器；多路直流升压变换器的并联输出端与模块并联光伏逆变器的直流输入侧相连接；模块并联光伏逆变器的输出端与中频三绕组升压变压器的低压侧相连接；中频三绕组升压变压器的两个高压输出端分别与对应的两个三相二极管整流桥的输入端相连接；两个三相二极管整流桥的输出端与对应的两个高压滤波电路的输入端分别相连接。优选的，所述模块并联光伏逆变器包括Nac组三电平三桥臂光伏逆变桥，每一组三电平三桥臂光伏逆变桥的直流输入端与多路直流升压变换器的并联输出端相连接，每组三电平三桥臂光伏逆变桥的三相输出端分别与三个电感L1的输入端相连接，电感L1的输出端与滤波电容C、变压器侧滤波电感L2的输入端相连接，其中滤波电容C为三角型连接方式；变压器侧滤波电感L2的的输出端与中频三绕组升压变压器的低压侧相连接。优选的，所述中频三绕组升压变压器为基波频率400Hz的三绕组变压器，包括一个低压绕组，两个高压绕组，一个低压绕组为星型连接，两个高压绕组分别为星型和三角型连接。优选的，所述三相二极管整流桥共有两组，每组二极管整流桥的每个桥臂分别由Ndc个二极管串联组成；第一组二极管输出端与第二组二极管输出端首尾相连，形成三个二极管整流输出端：+Udc_diode,O,-Udc_diode；其中+Udc_diode,O与O,-Udc_diode分别并联滤波电容Cdc，+Udc_diode,-Udc_diode分别串联滤波电感Ldc1,Ldc2，滤波电感Ldc1,Ldc2的输出端分别为+Udc,-Udc，最终形成+Udc,O,-Udc，接入高压直流母线。本专利技术还提供了一种大功率高升压比光伏直流变流器的控制方法，主要步骤如下：步骤1，采样及坐标变换；所述采样包括采集以下数据：boost直流升压变换器的输入直流侧电压Uin，boost直流升压变换器的电感电流idL，模块并联光伏逆变器的直流侧电压Udc，滤波电容电压uca,ucb,ucc，三电平三桥臂光伏逆变桥桥臂侧电感电流iL1a,iL1b,iL1c，变压器侧滤波电感L2电流iL2a,iL2b,iL2c；所述坐标变换包括对以下数据进行坐标变换：对滤波电容电压uca,u本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率高升压比光伏直流变流器装置，其特征在于,包括：Nboost路光伏发电单元以及对应的Nboost路boost直流升压变换器、模块并联光伏逆变器、中频三绕组升压变压器、两个三相二极管整流桥以及对应的两个高压滤波电路，其中：每一路光伏发电单元中的输出端与对应的一路boost直流升压变换器的输入端相连接；Nboost路boost直流升压变换器的输出端相并联，形成一个多路直流升压变换器；多路直流升压变换器的并联输出端与模块并联光伏逆变器的直流输入侧相连接；模块并联光伏逆变器的输出端与中频三绕组升压变压器的低压侧相连接；中频三绕组升压变压器的两个高压输出端分别与对应的两个三相二极管整流桥的输入端相连接；两个三相二极管整流桥的输出端与对应的两个高压滤波电路的输入端分别相连接。

【技术特征摘要】
1.一种大功率高升压比光伏直流变流器装置，其特征在于,包括：Nboost路光伏发电单元以及对应的Nboost路boost直流升压变换器、模块并联光伏逆变器、中频三绕组升压变压器、两个三相二极管整流桥以及对应的两个高压滤波电路，其中：每一路光伏发电单元中的输出端与对应的一路boost直流升压变换器的输入端相连接；Nboost路boost直流升压变换器的输出端相并联，形成一个多路直流升压变换器；多路直流升压变换器的并联输出端与模块并联光伏逆变器的直流输入侧相连接；模块并联光伏逆变器的输出端与中频三绕组升压变压器的低压侧相连接；中频三绕组升压变压器的两个高压输出端分别与对应的两个三相二极管整流桥的输入端相连接；两个三相二极管整流桥的输出端与对应的两个高压滤波电路的输入端分别相连接。2.根据权利要求1所述的大功率高升压比光伏直流变流器装置，其特征在于，所述模块并联光伏逆变器包括Nac组三电平三桥臂光伏逆变桥，每一组三电平三桥臂光伏逆变桥的直流输入端与多路直流升压变换器的并联输出端相连接，每组三电平三桥臂光伏逆变桥的三相输出端分别与三个电感L1的输入端相连接，电感L1的输出端与滤波电容C、变压器侧滤波电感L2的输入端相连接，其中滤波电容C为三角型连接方式；变压器侧滤波电感L2的的输出端与中频三绕组升压变压器的低压侧相连接。3.根据权利要求1所述的大功率高升压比光伏直流变流器装置，其特征在于，所述中频三绕组升压变压器为基波频率400Hz的三绕组变压器，包括一个低压绕组，两个高压绕组，一个低压绕组为星型连接，两个高压绕组分别为星型和三角型连接。4.根据权利要求1所述的大功率高升压比光伏直流变流器装置，其特征在于，所述三相二极管整流桥共有两组，每组二极管整流桥的每个桥臂分别由Ndc个二极管串联组成；第一组二极管输出端与第二组二极管输出端首尾相连，形成三个二极管整流输出端：+Udc_diode,O,-Udc_diode；其中+Udc_diode,O与O,-Udc_diode分别并联滤波电容Cdc，+Udc_diode,-Udc_diode分别串联滤波电感Ldc1,Ldc2，滤波电感Ldc1,Ldc2的输出端分别为+Udc,-Udc，最终形成+Udc,O,-Udc’接入高压直流母线。5.一种大功率高升压比光伏直流变流器的控制方法，其特征在于，主要步骤如下：步骤1，采样及坐标变换；所述采样包括采集以下数据：boost直流升压变换器的输入直流侧电压Uin，boost直流升压变换器的电感电流idL，模块并联光伏逆变器的直流侧电压Udc，滤波电容电压uca,ucb,ucc，三电平三桥臂光伏逆变桥桥臂侧电感电流iL1a,iL1b,iL1c，变压器侧滤波电感L2电流iL2a,iL2b,iL2c；所述坐标变换包括对以下数据进行坐标变换：对滤波电容电压uca,ucb,ucc，桥臂侧电感电流iL1a,iL1b,iL1c，变压器侧滤波电感L2电流iL2a,iL2b,iL2c进行单同步旋转坐标变换得到滤波电容电压dq的分量Ucd,Ucq，桥臂侧电感电流dq的分量IL1d,IL1q，变压器侧滤波电感L2电流dq的分量IL2d,IL2q；步骤2，根据步骤1中得到的模块并联光伏逆变器的直流侧电压Udc和给定的直流侧电压指令Udc*，经过直流侧电压控制方程得到有功电流指令ILd*，所述直流侧电压控制方程为：ILd*＝(Kp_dc+Ki_dc/s)(Udc*-Udc)，其中，Kp_dc为比例控制系数、Ki_dc为积分控制系数，s为拉普...

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