[发明专利]一种节能型三相光伏发电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。