專利名稱：智能光伏逆變器及具有該逆變器的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能光伏發(fā)電設(shè)備，具體涉及一種智能光伏逆變器及具有該逆變器的發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源是人類社會存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前能源緊缺、環(huán)境惡化的日趨嚴重是關(guān)乎人類生存及發(fā)展的全球性問題?？稍偕茉磳儆诳裳h(huán)使用的清潔能源，由于其資源十分豐富，且不受地域限制，可就地利用，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，是未來能源系統(tǒng)的希望。太陽能是一種巨量的可再生能源，太陽直接輻射到地球的能量十分豐富，分布廣泛，不會污染環(huán)境，清潔干凈。中國也擁有豐富的太陽能資源，目前可開發(fā)的太陽能是21039 億千瓦，若將的中國沙漠裝上光伏，總?cè)萘繉⑦_到13億千瓦，超過我國目前所有能源發(fā)電的裝機容量。當(dāng)今世界各國特別是發(fā)達國家對光伏發(fā)電技術(shù)十分重視，其開發(fā)和利用已經(jīng)歷了幾十年，逐漸成為綠色能源領(lǐng)域的前沿技術(shù)。國際上，光伏發(fā)電無論從技術(shù)上還是從規(guī)模上已經(jīng)比較成熟，已進入商業(yè)化運作階段，并且已主要用于城市的并網(wǎng)發(fā)電。我國太陽能光伏發(fā)電起步較晚，80年代中后期初具規(guī)模，90年代以來技術(shù)在不斷成熟，無論是產(chǎn)業(yè)化方面還是應(yīng)用方面都發(fā)展很快，目前多應(yīng)用在邊遠無電地區(qū)獨立式發(fā)電，例如在甘肅、西藏、新疆等地建立了以光伏發(fā)電為基礎(chǔ)的電力設(shè)施。而并網(wǎng)發(fā)電及城市應(yīng)用起步較晚，隨著國家對新能源的日益重視及一系列優(yōu)惠政策的頒布，我國太陽能發(fā)電增長迅速，為了使光伏電池得到最大效率的使用，光伏逆變系統(tǒng)希望能夠輸出最大功率。由于光伏發(fā)電受日照輻射、溫度等氣候條件的影響，它是一種間歇式能源，隨著光伏發(fā)電在電網(wǎng)中的比例越來越大，這個特點對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)已成熟的運行模式是個很大的沖擊，它將會影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，對電網(wǎng)的運行帶來負面影響當(dāng)大量的光伏發(fā)電接入電網(wǎng)時，將嚴重影響到電網(wǎng)的功率平衡，因此根據(jù)電網(wǎng)平衡負荷的需要，對光伏發(fā)電進行功率控制，使電網(wǎng)達到功率平衡，是目前急需解決的問題。此外，隨著我國電網(wǎng)規(guī)模日益增大，電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性顯得非常重要，電力系統(tǒng)穩(wěn)定是電網(wǎng)安全運行的關(guān)鍵，一旦遭到破壞，必將造成巨大的經(jīng)濟損失和災(zāi)難性后果。而由于間歇性可再生能源的大量接入，使得系統(tǒng)穩(wěn)定性面臨更大的挑戰(zhàn)，因此，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，將出現(xiàn)功率振蕩，這時，需要依靠光伏逆變器調(diào)節(jié)其有功功率和無功功率的輸出，來提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和阻尼，從而有助于電網(wǎng)快速地恢復(fù)穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種智能光伏逆變器及具有該逆變器的發(fā)電系統(tǒng)，以解決目前的光伏發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)無法達到功率平衡、電網(wǎng)穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案[0009]一種智能光伏逆變器，包括光伏逆變器，具有直流輸入端與交流輸出端；連接所述光伏逆變器的交流輸出端的濾波器，該濾波器具有一輸出端；并聯(lián)在所述濾波器的輸出端之后的電壓互感器、電流互感器；以及控制器，采集所述電壓互感器輸出的電壓信號和電流互感器輸出的電流信號，并向所述光伏逆變器發(fā)出控制信號。所述控制器為數(shù)字信號處理器。所述控制器為單片機或計算機。所述光伏逆變器包括直流升壓電路和逆變器。所述逆變器的功率元件為達林頓功率晶體管、功率場效應(yīng)管、絕緣柵晶體管或可關(guān)斷晶閘管。一種具有上述智能光伏逆變器的發(fā)電系統(tǒng)，包括連接所述光伏逆變器的直流輸入端的光伏電池板，以及連接所述濾波器的輸出端的電網(wǎng)。所述發(fā)電系統(tǒng)包括上級調(diào)控中心，該上級調(diào)控中心與所述控制器之間進行通訊。所述濾波器的輸出端與所述電網(wǎng)之間設(shè)有升壓變壓器。本實用新型的智能光伏逆變器以及具有該智能光伏逆變器的發(fā)電系統(tǒng)，基于電網(wǎng)功率平衡、穩(wěn)定性出發(fā)，將太陽能直流電逆變成交流電輸送給電網(wǎng)，可以進行動態(tài)的功率 (功率包括有功功率和無功功率)調(diào)節(jié)，可向電網(wǎng)發(fā)出有功功率，也可對系統(tǒng)進行大范圍雙向無功功率調(diào)節(jié)；正常運行時，智能光伏逆變器進行最大功率點跟蹤(MPPT，MaXimum Power Point Tracking)控制，輸出全部有功功率，也可以根據(jù)上級調(diào)控中心對有功功率平衡的要求，進行有功功率控制；當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)功率振蕩時，調(diào)節(jié)其有功功率和無功功率的輸出，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和阻尼，有助于電網(wǎng)盡快地恢復(fù)穩(wěn)定。利用了潔凈的、可再生能源-太陽能， 既能實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制，又能滿足電網(wǎng)滿足功率平衡而控制光伏發(fā)電功率，具有功率可控制的功能，符合智能電網(wǎng)對各接入電源調(diào)控的要求，更能協(xié)助電網(wǎng)抑制功率振蕩。

圖1是本實用新型的具有智能光伏逆變器的發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施方式
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面將結(jié)合具體實施例及其附圖對本實用新型進一步詳細描述。如圖1所示，本實用新型的太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括智能光伏逆變器6、上級調(diào)控中心 7、以及光伏電池板8和電網(wǎng)9。其中的智能光伏逆變器6包括光伏逆變器1、濾波器2、控制器3、電壓互感器 (PT)4、電流互感器(CT)5。光伏逆變器1的直流輸入端與太陽能光伏電池板8的直流輸出端相連。濾波器2的輸入端與光伏逆變器1的輸出端相連，該濾波器2的輸出端與電網(wǎng)9 相連。PT 4輸出端和控制器3相應(yīng)的輸入端口相連。CT 5的輸入端和濾波器2與電網(wǎng)9 的連接端相連，CT 5的輸出端和控制器3相應(yīng)的輸入端口相連，即與所述PT 4形成在濾波器2輸出端和控制器3之間的并聯(lián)?？刂破?是一種數(shù)字控制電路，可以采用數(shù)字信號處理器、單片機、計算機中的任何一種。控制器3采集上述PT 4輸出的電壓信號、CT 5輸出的電流信號，通過串口與上級調(diào)控中心7進行通訊，實現(xiàn)對光伏電池板8最大輸出功率，對輸出功率進行控制和對輸出有功功率和無功功率進行調(diào)節(jié)。光伏逆變器6是一種將太陽能光伏電池輸出的直流電逆變成交流電，并輸送給電網(wǎng)的逆變器，它不僅具有太陽能光伏電池最大功率點跟蹤功能，而且具有輸出功率可控與調(diào)節(jié)功能。因此光伏逆變器6通常由直流升壓電路和逆變器組成。其中的直流升壓電路用來實現(xiàn)最大功率點跟蹤。所謂最大功率點跟蹤指的是，為了得到最大輸入功率，電路必須具備根據(jù)不同太陽光條件自動調(diào)節(jié)輸入電壓的功能，最大功率點一般在開環(huán)電壓的70%左右，當(dāng)然這和具體使用的光伏電池的特性也有關(guān)。直流升壓電路通過對輸入電壓的調(diào)整實現(xiàn)最大功率點跟蹤。逆變器的作用是把直流電逆變?yōu)榭刹⒕W(wǎng)的正弦交流電。單相逆變器可以選用H 橋逆變器，三相逆變器需選用三橋臂或四橋臂逆變器，大功率一般為三相逆變器。逆變器主電路功率器件，可以是達林頓功率晶體管(BJT)，功率場效應(yīng)管(MOSFET)，絕緣柵晶體管(IGBT)和可關(guān)斷晶閘管(GTO)等，在小容量低壓系統(tǒng)中使用較多的器件為M0SFET，因為 MOSFET具有較低的通態(tài)壓降和較高的開關(guān)頻率，在高壓大容量系統(tǒng)中一般均采用IGBT模 ±夬，這是因為MOSFET隨著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大，而IGBT在中容量系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢，而在特大容量(IOOkVA以上)系統(tǒng)中，一般均采用GTO作為功率元件。在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對電網(wǎng)品質(zhì)有較高的要求，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，為避免與公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變器輸出正弦波電流。逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，若直流電壓較低，則通過交流變壓器升壓，即得到標(biāo)準(zhǔn)交流電壓和頻率。對大容量的逆變器，由于直流母線電壓較高，交流輸出一般不需要變壓器升壓即能達到220V，在中、小容量的逆變器中，由于直流電壓較低，如 12V34V，就必須設(shè)計升壓電路。中、小容量逆變器一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種，推挽電路，將升壓變壓器的中性插頭接于正電源，兩只功率管交替工作，輸出得到交流電力，由于功率晶體管共地邊接，驅(qū)動及控制電路簡單，另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點，功率晶體管調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。本實用新型提出的智能光伏逆變器，它是一種智能光伏逆變裝置，它將太陽能電池板輸出的直流電逆變成交流電輸送給電網(wǎng)。正常情況下，它對太陽能光伏電池板進行最大功率點跟蹤，向電網(wǎng)輸出清潔的光伏電能；同時，可根據(jù)上級調(diào)控中心(上位機)調(diào)度電網(wǎng)的需要，進行功率控制；另外，電網(wǎng)出現(xiàn)功率振蕩時，它能對電網(wǎng)進行動態(tài)的功率調(diào)節(jié)， 抑制電網(wǎng)的功率振蕩，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，符合智能電網(wǎng)對接入新能源功率可控、可調(diào)的要求。該智能光伏逆變器和具有該智能光伏逆變器的發(fā)電系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢1)將潔凈的、可再生能源-太陽能光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換為交流電輸送給電網(wǎng)；2)根據(jù)上位機調(diào)度的需求，對輸出功率進行功率控制；3)通過其有功功率和無功功率的動態(tài)調(diào)節(jié)，抑制電網(wǎng)功率振蕩，改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種智能光伏逆變器，其特征在于，包括光伏逆變器，具有直流輸入端與交流輸出端；連接所述光伏逆變器的交流輸出端的濾波器，該濾波器具有一輸出端；并聯(lián)在所述濾波器的輸出端之后的電壓互感器、電流互感器；以及控制器，采集所述電壓互感器輸出的電壓信號和電流互感器輸出的電流信號，并向所述光伏逆變器發(fā)出控制信號。
2.如權(quán)利要求1所述的智能光伏逆變器，其特征在于，所述控制器為數(shù)字信號處理器。
3.如權(quán)利要求1所述的智能光伏逆變器，其特征在于，所述控制器為單片機或計算機。
4.如權(quán)利要求1所述的智能光伏逆變器，其特征在于，所述光伏逆變器包括直流升壓電路和逆變器。
5.如權(quán)利要求4所述的智能光伏逆變器，其特征在于，所述逆變器的功率元件為達林頓功率晶體管、功率場效應(yīng)管、絕緣柵晶體管或可關(guān)斷晶閘管。
6.一種具有如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的智能光伏逆變器的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該發(fā)電系統(tǒng)包括連接所述光伏逆變器的直流輸入端的光伏電池板，以及連接所述濾波器的輸出端的電網(wǎng)。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)包括上級調(diào)控中心，該上級調(diào)控中心與所述控制器之間進行通訊。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器的輸出端與所述電網(wǎng)之間設(shè)有升壓變壓器。
專利摘要本實用新型提供一種智能光伏逆變器及具有該智能光伏逆變器的發(fā)電系統(tǒng)，智能光伏逆變器包括光伏逆變器，具有直流輸入端與交流輸出端；連接所述光伏逆變器的交流輸出端的濾波器，該濾波器具有一輸出端；并聯(lián)在所述濾波器的輸出端之后的電壓互感器、電流互感器；以及控制器，采集所述電壓互感器輸出的電壓信號和電流互感器輸出的電流信號，并向所述光伏逆變器發(fā)出控制信號。本實用新型可以進行動態(tài)的功率調(diào)節(jié)，可向電網(wǎng)發(fā)出有功功率，也可對系統(tǒng)進行大范圍雙向無功功率調(diào)節(jié)，利用了潔凈的、可再生能源-太陽能，能滿足電網(wǎng)滿足功率平衡而控制光伏發(fā)電功率，符合智能電網(wǎng)對各接入電源調(diào)控的要求，更能協(xié)助電網(wǎng)抑制功率振蕩。
文檔編號H02M7/42GK202043052SQ20112013689
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者于龍, 崔靜 申請人:山東魯億通智能電氣股份有限公司