本發(fā)明屬于配電網(wǎng)拓撲結構領域,尤其涉及一種光伏電站并入電網(wǎng)的拓撲結構。
背景技術:
隨著社會的發(fā)展,用戶用電需求不斷增大,而傳統(tǒng)資源的枯竭以及環(huán)境保護要求的不斷提高,可持續(xù)利用及開發(fā)的新能源和新技術越來越多的進入人們視野,其中光伏發(fā)電技術以其優(yōu)越的資源數(shù)量、廣泛的分布性、可靠的持續(xù)性一直為人們看重和期待,但在我國,現(xiàn)有的大規(guī)模光伏電站工程僅為示范工程,主要用于積累商業(yè)經(jīng)驗,相比國外的大型化即規(guī)?;夥a(chǎn)業(yè)而言,缺乏足夠的技術積累以及標準體系。光伏電站并入電網(wǎng)的一個重要問題是解決其對電網(wǎng)帶來的系列影響,包括電能質量、頻率協(xié)調(diào)以及經(jīng)濟性、穩(wěn)定性,特別是大型光伏電站,由于逆變器較多,并入電網(wǎng)時會產(chǎn)生大量的諧波電流,其與配電網(wǎng)系統(tǒng)的交互耦合也愈加復雜,諧波傳播過程中,往往會被放大,二者相互影響導致電能質量惡化,因此為保證電能質量,應當在光伏電站并入電網(wǎng)過程中進行諧振抑制,以防止其對電網(wǎng)系統(tǒng)造成更加惡劣的影響?,F(xiàn)有技術中針對諧波的治理,多數(shù)是涉及低頻諧波,少數(shù)針對高頻、寬頻諧波進行治理的方法,一是在輸電網(wǎng)兩端并聯(lián)電抗器來補償分布電容的影響,但這不僅會破壞電站功率因素,也容易造成電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定,二是安裝濾波裝置,但現(xiàn)有濾波裝置多針對低頻低次,在應用于高頻的時候,濾波器本身將會引起諧波諧振,反而會產(chǎn)生更多的異常低頻諧波。
技術實現(xiàn)要素:
針對上述現(xiàn)狀,本發(fā)明的目的在于提出一種光伏電站并入電網(wǎng)的拓撲結構,其能夠改善光伏電站的電能質量問題,消除和降低光伏電站并入電網(wǎng)時產(chǎn)生的諧波污染。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術方案。
一種光伏電站并入電網(wǎng)的拓撲結構,該拓撲結構設于光伏電站與電網(wǎng)連接部,即光伏電站的低壓側,并通過三相高壓斷路器掛接于光伏電站的母線,其特征在于,包括相互連接的信號引入部分以及諧振調(diào)節(jié)部分,還包括單獨連接于光伏電站與電網(wǎng)連接部的無源濾波部分;所述個信號引入部分依次連接有無偏諧單調(diào)諧波濾波支路、耦合變壓器以及分壓電抗器;所述諧振調(diào)節(jié)部依次連接有隔離變壓器、三相電壓型逆變器、分壓電抗器、控制部分以及有源濾波器,所述三相電壓型逆變器與分壓電抗器并聯(lián)在隔離變壓器的低壓側,并通過控制部分實現(xiàn)諧波指令的跟蹤;所述控制部分包括信號獲取部分及控制部分,其中信號獲取部分分別獲取諧波信號以及基波信號,其中諧波信號獲取方式是基于瞬時功率理論對電網(wǎng)側或負載側的諧波電流進行檢測,獲取需要補償?shù)闹C波幅值及相位;獲取基波信號用于穩(wěn)定直流側電壓,通過對直流側實時采樣值并與給定值作差,通過控制器對輸出信號限幅后作為基波信號;有源濾波器與分壓電抗器l1并聯(lián)在耦合變壓器的低壓側,由于分壓電抗器l1相比于無偏諧單調(diào)諧波濾波支路基波阻抗較低,通過信號引入部分的分壓可使得諧振調(diào)節(jié)部分承受較低的基波電壓,所以這種拓撲結構可應用于高電壓等級場合;所述無源濾波部分包括無源濾波器,所述無源濾波器單獨掛接于光伏電站連接至電網(wǎng)的母線上。
較優(yōu)地,所述有源濾波器的功率應當按照1.5-2.5倍額定功率進行選擇。
進一步地,所述分壓電抗器為有源濾波器提供適當?shù)幕妷?,通過控制分壓電抗器與直流側電容的基波有功交換,實現(xiàn)直流側電容穩(wěn)壓。
進一步地,所述信號獲取部分獲取的信號經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制,由控制部分控制三相逆變器輸出與信號同頻值同相的電流。
進一步地,所述控制部分還包括一個控制電源,
較優(yōu)地,所述電源為集成化直流斬波器供電電源。
其有益效果在于:
1、提供了一種適用于光伏電站并入電網(wǎng)的拓撲結構,其通過改進現(xiàn)有拓撲結構,利用諧振調(diào)節(jié)部分實現(xiàn)對系統(tǒng)諧振信號的跟蹤控制,對電網(wǎng)中的諧振污染信號進行實時跟蹤控制,并產(chǎn)生相應的注入信號,利用信號引入部分將附加信號接入電網(wǎng)進而消除電網(wǎng)諧振污染,該拓撲結構結構簡單便于實現(xiàn)集成化以及工程安裝設計,通過調(diào)節(jié)內(nèi)部各部件的具體參數(shù),可以在不同規(guī)模的光伏電站和電網(wǎng)接入系統(tǒng)中應用。
2、按照1.5-2.5倍豁余量進行選擇,可以提高該拓撲結構的可靠性、安全性以及穩(wěn)定性。
3、利用分壓電抗器為為有源濾波器提供適當?shù)幕妷?,通過控制分壓電抗器與直流側電容的基波有功交換,實現(xiàn)直流側電容穩(wěn)壓。通過組合控制,充分利用和協(xié)調(diào)各部件功能作用,減少零部件,降低拓撲結構的成本以及復雜度。
4、所述信號獲取部分獲取的信號經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制,由控制部分控制三相逆變器輸出與信號同頻值同相的電流。通過信號調(diào)制,獲取更準確合理的信號,便于針對信號進行分析處理,提高拓撲結構的準確度,提高其處理效率。
5、通過設置控制電源,使諧振調(diào)節(jié)部分中有源部分可以不用引入引出供電線路,使得該拓撲結構可以實現(xiàn)集成化、移動化。
6、使用集成化直流斬波器供電電源可以減小拓撲結構體積各結構,便于實現(xiàn)集成化制造。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一種拓撲結構實施例的示意圖;
圖2為實施例中單相拓撲結構的簡化示意圖。
具體實施方式
以下結合具體實施例對本發(fā)明創(chuàng)造作詳細說明。本實施例中,具體涉及一個母線電壓為35kv的光伏電站并入電網(wǎng)的拓撲結構,其拓撲結構如圖1所示。
該拓撲結構設于光伏電站與電網(wǎng)連接部,即光伏電站的低壓側,并通過三相高壓斷路器掛接于光伏電站的母線,高壓斷路器用以保護系統(tǒng)。該拓撲結構主要包括信號引入部分、諧振調(diào)節(jié)部分、無源濾波器組。其中信號引入部分以及諧振調(diào)節(jié)部分用于抑制光伏電站輸出信號中含有的低頻諧波,無源濾波器組用于抑制光伏電站輸出信號中含有的高次諧波。其中信號引入部分及無源濾波器組都可提供固定的容性無功功率,以提高光伏電站并網(wǎng)點的電壓,進而提高光伏電站功率輸送能力。
所述每個信號引入部分依次連接有無偏諧單調(diào)諧波濾波支路、耦合變壓器以及分壓電抗器。無偏諧單調(diào)諧濾波支路主要為有源濾波器輸出的低次諧波電流提供低阻抗通道以避免低次諧波污染電網(wǎng)電流;耦合變壓器實現(xiàn)電壓電流匹配及電氣隔離;分壓電抗器為有源濾波器提供適當?shù)幕妷?,可以通過控制分壓電抗器與直流側電容的基波有功交換,實現(xiàn)直流側電容穩(wěn)壓,避免安裝額外的直流側電容充電裝置。
諧振調(diào)節(jié)部包括一個三相電壓型逆變器,與分壓電抗器并聯(lián)在隔離變壓器的低壓側,并通過控制部分實現(xiàn)諧波指令的跟蹤??刂撇糠种饕尚盘柅@取部分及控制部分組成。其中信號獲取部分分別獲取諧波信號以及基波信號。其中諧波信號獲取方式是基于瞬時功率理論對電網(wǎng)側或負載側的諧波電流進行檢測,獲取需要補償?shù)闹C波幅值及相位;獲取基波信號用于穩(wěn)定直流側電壓,通過對直流側實時采樣值并與給定值作差,通過pi控制器對輸出信號限幅后作為基波信號。獲取的信號經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制,由控制部分控制三相逆變器輸出與信號同頻值同相的電流。諧振調(diào)節(jié)部分在系統(tǒng)中除了用于對諧波進行動態(tài)濾除,還可改善無源濾波器組的濾波特性,采用特定的控制算法時,可以抑制電網(wǎng)與系統(tǒng)之間可能發(fā)生的諧振。特別的,控制部分的性能,決定了諧振調(diào)節(jié)部分的補償效果,一般采用無差拍控制策略等,易于工程實現(xiàn)??刂撇糠诌€包括一個控制電源,從簡化系統(tǒng)結構減小體積的目的出發(fā),采用集成化直流斬波器供電電源。
有源濾波器與分壓電抗器l1并聯(lián)在耦合變壓器的低壓側,由于分壓電抗器l1相比于無偏諧單調(diào)諧波濾波支路基波阻抗較低,通過信號引入部分的分壓可使得諧振調(diào)節(jié)部分承受較低的基波電壓,所以這種拓撲結構可應用于高電壓等級場合。為保證該拓撲模塊系統(tǒng)的可靠性以及穩(wěn)定性、安全性,有源濾波器的功率應當按照1.5-2.5倍額定功率進行選擇。
通過耦合變壓器實現(xiàn)諧振調(diào)節(jié)部分與信號引入部分的電氣隔離,便于諧振調(diào)節(jié)部分的維護。此外,當諧振調(diào)節(jié)部分出現(xiàn)故障時,可以實現(xiàn)快速切除,使有源濾波器快速脫離系統(tǒng),而無源濾波支路及分壓電抗器構成的支路仍然可正常工作,不至于對電網(wǎng)造成過大的沖擊。
本發(fā)明的一種光伏電站并入電網(wǎng)的拓撲結構,是由連接在3kv光伏電站與電網(wǎng)之間的三相分支線路組成,且其中單相線路的等效電路圖如圖2所示。
其中有源部分含有電流控制部分,因此對整個系統(tǒng)而言可等效為一個可控電流源,其發(fā)出電流為ic;將接入到隔離變壓器原邊的參數(shù)折合到副邊,其中za為分壓電抗器等效阻抗,zf為單調(diào)諧支路的等效阻抗,ig為通過該支路的諧波電流;zppf為為無源濾波器組的等效阻抗,us為電網(wǎng)側電壓,zs為電網(wǎng)等效阻抗,ipv為光伏電站作為負載的等效電流。當有源部分采用傳統(tǒng)檢測負載側諧波電流的策略時,只需要檢測光伏電站側諧波電流ipv并作為控制指令控制有源部分發(fā)出相應的諧波電流,通過注入支路的分流,ig為流入電網(wǎng)與ipv相互抵消即可實現(xiàn)諧波濾除。注入支路需要為有源部分發(fā)出的諧波電流ic提供低阻抗通道,由于分壓電抗的存在,一部分諧波電流不可避免地被分流,其余的諧波電流ig通過無源支路注入電網(wǎng),這一部分諧波電流起實際諧波抑制作用。
最后應當說明的是,以上實施例僅用以說明本發(fā)明創(chuàng)造的技術方案,而非對本發(fā)明創(chuàng)造保護范圍的限制,盡管參照較佳實施例對本發(fā)明創(chuàng)造作了詳細地說明,本領域的普通技術人員應當理解,可以對本發(fā)明創(chuàng)造的技術方案進行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明創(chuàng)造技術方案的實質和范圍。