專利名稱：一種基于電流逆變器的光伏/蓄電池混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，具體涉及一種基于電流逆變器的光伏/蓄電池混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)，屬于電工、電力電子、新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前大功率并網(wǎng)逆變器主要有電壓源型和電流源型兩大類。由于直流母線電壓恒定、交流電壓控制直接、及電壓源型變換器開關(guān)器件廣泛使用，目前大部分逆變型分布發(fā)電研究都是基于電壓源型逆變器。相比電壓逆變型發(fā)電，電流逆變型分布發(fā)電具有自身的特點(diǎn)(1)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。(2)逆變器輸出電壓波形好，dv/dt小。(3)逆變器PWM策略簡(jiǎn)單。
(4)短路電流保護(hù)能力強(qiáng)。電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，逆變器直流側(cè)電感有著較好的限流作用。
(5)由于輸出波形接近正弦波，逆變器的并網(wǎng)電纜長度允許較長。(6)電流型逆變器自身具有升壓功能?？蓪⒖稍偕茉?如光伏電池)輸出直接通過逆變器接入電網(wǎng)，無需DC/DC升壓變換器。(7)部分直流母線電感可利用電纜的電感效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，直流母線電感具有較長的壽命。(8)電流逆變型分布發(fā)電動(dòng)態(tài)性能完全可滿足風(fēng)力、光伏等可再生能源功率變化要求。目前國內(nèi)外絕大多數(shù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)均是基于電壓源型逆變器的，而電流逆變型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)很少；且基于電流型逆變器的蓄電池充放電系統(tǒng)也非常少。由于光伏等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率具有間歇性的特點(diǎn)，因此給輸電電網(wǎng)帶來的不穩(wěn)定因素，限制了基于可再生能源分布發(fā)電的大規(guī)模并網(wǎng)。所以實(shí)際中需要儲(chǔ)能系統(tǒng)如蓄電池系統(tǒng)參與輸出功率的平滑，來補(bǔ)償可再生能源的不穩(wěn)定輸出功率。另一方面，當(dāng)主電網(wǎng)進(jìn)行檢修或發(fā)生故障時(shí)，基于可再生能源的分布發(fā)電會(huì)從主電網(wǎng)中斷開，和當(dāng)?shù)刎?fù)荷一起形成孤島電網(wǎng)，這時(shí)分布發(fā)電需給孤島電網(wǎng)中的當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供能源。而基于可再生能源的分布發(fā)電由于其輸出功率不穩(wěn)定，和孤島電網(wǎng)中的當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷不能平衡，因此必需借助儲(chǔ)能系統(tǒng)配合來填補(bǔ)分布發(fā)電系統(tǒng)輸出功率和孤島電網(wǎng)中當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷之間的功率差異。傳統(tǒng)的光伏和蓄電池系統(tǒng)通過各自的并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)側(cè)相聯(lián)，這樣需要至少兩套并網(wǎng)逆變器，從而增加了系統(tǒng)的成本。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型目的是提供一種可降低成本、且具有電流型并網(wǎng)逆變器優(yōu)點(diǎn)的基于電流逆變器的光伏/蓄電池混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)，不僅可平滑光伏電池板的不穩(wěn)定功率輸出，而且在孤島電網(wǎng)下具有支撐電網(wǎng)電壓的能力。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型包括第一電壓/電流變換器或串聯(lián)的第二電壓/電流變換器與第三電壓/電流變換器，均用于將電壓轉(zhuǎn)換成電流；蓄電池；雙向功率升壓直流/直流變換器，與蓄電池相連接，用于對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電；光伏電池板；單向功率升壓直流/直流變換器，與光伏電池板輸出端相連接，用于將光伏電池板發(fā)出的能量傳送給第一電壓/電流變換器或第三電壓/電流變換器；和電流型并網(wǎng)逆變器，與電網(wǎng)輸入端相連接，用于將第一電壓/電流變換器或第二電壓/電流變換器及第三電壓/電流變換器輸出的直流電流轉(zhuǎn)換成交流電流；雙向功率升壓直流/直流變換器和單向功率升壓直流/直流變換器輸出端均通過第一電壓/電流變換器與電流型并網(wǎng)逆變器輸入端相連接，或雙向功率升壓直流/直流變換器和單向功率升壓直流/直流變換器輸出端分別通過第二電壓/電流變換器和第三電壓/電流變換器與電流型并網(wǎng)逆變器輸入端相連接。上述蓄電池、光伏電池板、雙向功率升壓直流/直流變換器和單向功率升壓直流/直流變換器的兩輸出端均并聯(lián)有電容，用于減小電壓紋波。上述電流型并網(wǎng)逆變器通過電感與電網(wǎng)相連接，用于減小并網(wǎng)電流諧波，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流控制。
伏電池板可由燃料電池取代，蓄電池可由超級(jí)電容取代。本實(shí)用新型所提出的光伏/蓄電池系統(tǒng)基于電流型并網(wǎng)逆變器，因此具有電流逆變型分布式發(fā)電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障電流保護(hù)能力強(qiáng)、具有升壓功能、直流側(cè)儲(chǔ)能器件電感壽命長等優(yōu)點(diǎn)；本實(shí)用新型的光伏系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)共用一個(gè)電流型并網(wǎng)逆變器，節(jié)約了成本，而且控制直接、簡(jiǎn)單；本實(shí)用新型將蓄電池和光伏系統(tǒng)在直流側(cè)有效集成，不僅可平滑光伏電池板的不穩(wěn)定功率輸出，而且使系統(tǒng)具有在孤島電網(wǎng)下具有支撐電網(wǎng)電壓的能力；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，光伏中能量能夠有效存儲(chǔ)到蓄電池中，避免了并網(wǎng)電流過流。

圖I為本實(shí)用新型所提出的基于電流逆變器的光伏/蓄電池并聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型所提出的基于電流逆變器的光伏/蓄電池串聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型所提出的基于電流逆變器的光伏/蓄電池混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)的具體實(shí)施方案示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)蓄電池1，雙向功率升壓直流/直流變換器2，光伏電池板3，單向功率升壓直流/直流變換器4，第一電壓/電流變換器5-1，第二電壓/電流變換器5-2，第三電壓/電流變換器5-3，電流型并網(wǎng)逆變器6，電網(wǎng)7，電流逆變型光伏發(fā)電系統(tǒng)8，非線性負(fù)載9，基于電流逆變器的光伏/蓄電池并聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)10，電流逆變型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)11，基于電流逆變器的光伏/蓄電池串聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)12,第一線性負(fù)載13,第一斷路器14，第二斷路器15，第二線性負(fù)載16。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。本實(shí)用新型提出兩種具體結(jié)構(gòu)第一種是基于電流逆變器的光伏/蓄電池并聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)10，第二種是基于電流逆變器的光伏/蓄電池串聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)12。其中，基于電流逆變器的光伏/蓄電池并聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)10包括第一電壓/電流變換器5-1、蓄電池I、與蓄電池I相連接的雙向功率升壓直流/直流變換器2、光伏電池板3、與光伏電池板3輸出端相連接的單向功率升壓直流/直流變換器4和與電網(wǎng)7輸入端相連接的電流型并網(wǎng)逆變器6 ;雙向功率升壓直流/直流變換器2和單向功率升壓直流/直流變換器4輸出端均通過第一電壓/電流變換器5-1與電流型并網(wǎng)逆變器6輸入端相連接。該系統(tǒng)中，光伏系統(tǒng)通過單向功率升壓直流/直流變換器4、蓄電池系統(tǒng)通過雙向功率升壓直流/直流變換器2在直流電壓母線處并聯(lián)，該直流電壓母線通過一個(gè)公共的第一電壓/電流變換器5-1和直流電流母線相聯(lián)，該直流電流母線再通過電流型并網(wǎng)逆變器6接入電網(wǎng)7。 參見圖1，蓄電池I通過雙向功率升壓直流/直流變換器2和第一電壓/電流變換器5-1相聯(lián)，雙向功率升壓直流/直流變換器2用于對(duì)蓄電池I進(jìn)行充放電。光伏電池板3通過單向功率升壓直流/直流變換器4和第一電壓/電流變換器5-1相聯(lián)，用于將光伏電池板3發(fā)出的能量傳送給第一電壓/電流變換器5-1。單向功率升壓直流/直流變換器4和雙向功率升壓直流/直流變換器2在輸出側(cè)并聯(lián)。第一電壓/電流變換器5-1將雙向功率升壓直流/直流變換器2和單向功率升壓直流/直流變換器4的輸出電壓轉(zhuǎn)成電流，并和電流型并網(wǎng)逆變器6相聯(lián)。電流型并網(wǎng)逆變器6將直流電流轉(zhuǎn)成交流并網(wǎng)電流，和電網(wǎng)7相聯(lián)。其中，基于電流逆變器的光伏/蓄電池串聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)12包括串聯(lián)的第二電壓/電流變換器5-2與第三電壓/電流變換器5-3、蓄電池I、與蓄電池I相連接的雙向功率升壓直流/直流變換器2、光伏電池板3、與光伏電池板3輸出端相連接的單向功率升壓直流/直流變換器4和與電網(wǎng)7輸入端相連接的電流型并網(wǎng)逆變器6 ;雙向功率升壓直流/直流變換器2和單向功率升壓直流/直流變換器4輸出端分別通過第二電壓/電流變換器5-2和第三電壓/電流變換器5-3與電流型并網(wǎng)逆變器6輸入端相連接。該系統(tǒng)中，光伏系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)分別通過獨(dú)立的電壓/電流變換器(第二電壓/電流變換器5-2、第三電壓/電流變換器5-3)和公用的電流型并網(wǎng)逆變器6直流電流母線相聯(lián)。這樣，光伏系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)的電壓/電流變換器將在直流電流母線處形成串聯(lián)。參見圖2，蓄電池I通過雙向功率升壓直流/直流變換器2和第二電壓/電流變換器5-2相聯(lián)，雙向功率升壓直流/直流變換器2用于對(duì)蓄電池I進(jìn)行充放電。光伏電池板3通過單向功率升壓直流/直流變換器4和第三電壓/電流變換器5-3相聯(lián)，將光伏電池板3發(fā)出的能量傳送給第三電壓/電流變換器5-3。第二電壓/電流變換器5-2將雙向功率升壓直流/直流變換器2的輸出電壓轉(zhuǎn)成電流，第三電壓/電流變換器5-3將單向功率升壓直流/直流變換器4的輸出電壓轉(zhuǎn)成電流。第二電壓/電流變換器5-2的輸出和第三電壓/電流變換器5-3的輸出串聯(lián)，并和電流型并網(wǎng)逆變器6的直流母線相聯(lián)。電流型并網(wǎng)逆變器6將直流電流轉(zhuǎn)成交流并網(wǎng)電流，和電網(wǎng)7相聯(lián)?；陔娏髂孀兤鞯墓夥?蓄電池并聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)10和基于電流逆變器的光伏/蓄電池串聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)12中，在蓄電池I、光伏電池板3、雙向功率升壓直流/直流變換器2和單向功率升壓直流/直流變換器4的兩輸出端均并聯(lián)有電容；電流型并網(wǎng)逆變器6通過電感與電網(wǎng)7相連接；光伏電池板3可由燃料電池取代，蓄電池I可由超級(jí)電容取代。且兩種系統(tǒng)均可拓展為多個(gè)由光伏電池板3和單向功率升壓直流/直流變換器4構(gòu)成的光伏通道和多個(gè)由蓄電池I和雙向功率升壓直流/直流變換器2構(gòu)成的蓄電池通道組成。本實(shí)用新型中提到的雙向功率升壓直流/直流變換器2，單向功率升壓直流/直流變換器4，第一電壓/電流變換器5-1，第二電壓/電流變換器5-2，第三電壓/電流變換器
5-3和電流型并網(wǎng)逆變器6均為現(xiàn)有的器件，此處不再贅述。參見圖3，電流逆變型光伏發(fā)電系統(tǒng)8、基于電流逆變器的光伏/蓄電池并聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)10、電流逆變型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)11、基于電流逆變器的光伏/蓄電池串聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)12在電網(wǎng)7側(cè)并聯(lián)，且電網(wǎng)7中還聯(lián)接了非線性負(fù)載9、第一線性負(fù)載13和第二線性負(fù)載16。 當(dāng)?shù)谝粩嗦菲?4及第二斷路器15均閉合時(shí)，圖3中所有系統(tǒng)均并網(wǎng)運(yùn)行。電流逆變型光伏發(fā)電系統(tǒng)8、基于電流逆變器的光伏/蓄電池并聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)10、電流逆變型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)11、基于電流逆變器的光伏/蓄電池串聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)12的交流側(cè)輸出有功，無功功率由各自并網(wǎng)逆變器控制。當(dāng)將第一斷路器14斷開時(shí)，圖3中電流逆變型光伏發(fā)電系統(tǒng)8、非線性負(fù)載9、基于電流逆變器的光伏/蓄電池并聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)10、電流逆變型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)11、基于電流逆變器的光伏/蓄電池串聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)12、第二線性負(fù)載16形成孤島電網(wǎng)。這時(shí)，基于電流逆變器的光伏/蓄電池并聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)10和基于電流逆變器的光伏/蓄電池串聯(lián)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)12將實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的輸出電壓控制，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。由于這兩種基于電流逆變器的光伏/蓄電池混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既可向電網(wǎng)中注入電能,也可從電網(wǎng)中吸收電能，因此可補(bǔ)償孤島電網(wǎng)中發(fā)電和用電負(fù)荷間的差異，可用于支撐孤島電網(wǎng)的電壓。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.一種基于電流逆變器的光伏/蓄電池混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括 第一電壓/電流變換器(5-1)或串聯(lián)的第二電壓/電流變換器(5-2)與第三電壓/電流變換器(5-3)，均用于將電壓轉(zhuǎn)換成電流； 蓄電池⑴； 雙向功率升壓直流/直流變換器(2)，與蓄電池(I)相連接，用于對(duì)蓄電池(I)進(jìn)行充放電； 光伏電池板⑶； 單向功率升壓直流/直流變換器(4)，與光伏電池板(3)輸出端相連接，用于將光伏電池板(3)發(fā)出的能量傳送給第一電壓/電流變換器(5-1)或第三電壓/電流變換器(5-3)； 和電流型并網(wǎng)逆變器￠)，與電網(wǎng)(7)輸入端相連接，用于將第一電壓/電流變換器(5-1)或第二電壓/電流變換器(5-2)及第三電壓/電流變換器(5-3)輸出的直流電流轉(zhuǎn)換成交流電流； 所述雙向功率升壓直流/直流變換器(2)和單向功率升壓直流/直流變換器(4)輸出端均通過第一電壓/電流變換器(5-1)與電流型并網(wǎng)逆變器(6)輸入端相連接，或所述雙向功率升壓直流/直流變換器(2)和單向功率升壓直流/直流變換器(4)輸出端分別通過第二電壓/電流變換器(5-2)和第三電壓/電流變換器(5-3)與電流型并網(wǎng)逆變器(6)輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于電流逆變器的光伏/蓄電池混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述蓄電池(I)、光伏電池板(3)、雙向功率升壓直流/直流變換器(2)和單向功率升壓直流/直流變換器(4)的兩輸出端均并聯(lián)有電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于電流逆變器的光伏/蓄電池混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述電流型并網(wǎng)逆變器(6)通過電感與電網(wǎng)(7)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意一項(xiàng)所述的基于電流逆變器的光伏/蓄電池混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述光伏電池板⑶可由燃料電池取代，所述蓄電池⑴可由超級(jí)電容取代。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種基于電流逆變器的光伏/蓄電池混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)，包括第一電壓/電流變換器或第二、第三電壓/電流變換器、蓄電池、與蓄電池相連接的雙向功率升壓直流/直流變換器、光伏電池板、與光伏電池板輸出端相連接的單向功率升壓直流/直流變換器和電流型并網(wǎng)逆變器，雙向功率升壓直流/直流變換器和單向功率升壓直流/直流變換器通過第一電壓/電流變換器與電流型并網(wǎng)逆變器相連接，或雙向功率升壓直流/直流變換器和單向功率升壓直流/直流變換器分別通過第二、第三電壓/電流變換器與電流型并網(wǎng)逆變器相連。本實(shí)用新型基于電流型并網(wǎng)逆變器因此具有電流型并網(wǎng)逆變器優(yōu)點(diǎn)；光伏系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)共用電流型并網(wǎng)逆變器節(jié)約了成本。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202616801SQ201220125869
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者王政 申請(qǐng)人:東南大學(xué)