[实用新型]基于MMC的大型光伏并网系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及换流器在光伏并网系统中的应用，尤其是MMC在大规模光伏并网系统中的应用。 

背景技术

随着能源危机和环境污染日益严重，迫切寻找一种新的清洁可再生能源，太阳能光伏发电属于清洁的可再生能源，光伏发电的应用对于缓解能源危机和减少环境污染有重要作用。目前，光伏发电各项技术已经趋于成熟，光伏电站的大型化和并网化将是今后的发展方向和研究重点。但是，随着光伏产业的迅速发展，光伏发电容量的大幅度提升，一些问题也相应的突显出来，例如光伏阵列发电效率低、光伏并网发电对电网影响大、并网逆变器需满足更高的要求等。在大型光伏并网发电系统中，光伏阵列的数量数以万计，最大限度地提高光伏阵列的太阳能利用率，让其尽可能工作在最大功率状态，将会大幅度提高光伏系统的发电效率。在光伏并网系统中，逆变器将光伏电池板发出的直流电转化成交流电并送入电网，在光伏系统中属于核心的关键设备，多电平变换器由于可以输出多个电平交流电压，使并网电流中的谐波含量小，对电网污染较小得到广泛应用，当前主要应用的嵌位式多电平变换器随着电平数增加，其嵌位器件急剧增加，且控制复杂，实际应用中一般限制在5电平及以下；而模块化多电平变流器由于其模块化结构，开关器件与电平数线性增加，因此在电平数较多时，所需器件要少于嵌位式多电平，控制简单，模块化的结构使其扩展性强，易实现冗余控制，将其应用于光伏系统，相较于嵌位式多电平具有一定的优势。 

实用新型内容

为了弥补已有技术的缺陷，提供一种能减少嵌位式多电平变换器主电路器件数量的基于MMC的大型光伏并网系统。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的: 

一种基于MMC的大型光伏并网系统，包括光伏阵列、DC-DC变换电路、DC-AC变换电路和三相电网，所述的光伏阵列将太阳光能量转换为电能后输出的电压作为所述的DC-DC变换电路的输入，所述的DC-DC变换电路包括有BOOST电路、MPPT控制器、PI调节器和PWM发生器，所述的MPPT控制器检测到所述的光伏阵列的电流和输出电压，通过MPPT控制算法得到调节光伏阵列工作点电压的指令，将所述的指令与光伏阵列输出电压值相减，并通过所述的PI调节器进行闭环控制，产生PWM控制信号，PWM控制信号对DC-DC变换电路的输入电压进行控制，光伏阵列得到MPPT控制；系统在初始状态，光伏阵列经DC-DC电路给电容预充电，当每个子模块上的电容电压都达到预定值后解锁各子模块，系统正常工作时，光伏阵列输出仍经DC-DC电路持续给电容充电，这时通过脉宽调制技术对MMC各子模块进行控制，触发各相桥臂相应子模块上的开关器件，控制各SM的投入与切除，以保证各子模块上的电容电压一致且恒定；所述的DC-AC变换电路包括有三相三桥臂电路，所述的三相三桥臂电路每相由上、下两个桥臂组成，所述的每个上桥臂和下桥臂均包括有N个PSM和一个限流的 电抗器，N个PSM与限流电抗器依次串联，所述的PSM为光伏阵列、DC-DC变换电路和MMC子模块组成，所述MMC子模块为一半桥电路，与所述DC-DC变换器输出端相连，所述光伏阵列与所述DC-DC变换器输入端相连；所述的三桥臂的上桥臂和下桥臂的中间节点分别接所述的三相电网的三相输入端。 

所述的DC-DC变换电路中的BOOST电路也可为BUCK电路或BUCK-BOOST电路。 

所述的MMC子模块为两个开关器件和一个储能电容构成的半桥电路，开关器件一与开关器件二中间的节点为子模块的输出端，半桥臂的下端为子模块的输入端，每个子模块根据开关器件状态可输出0电压和储能电容电压，子模块中每个开关管仅承受子模块电容电压，较低电压等级的开关器件经过子模块串联达到较高的电压等级。 

在本实用新型中，上桥臂电压为Uu 

u_U＝N_U·U_C    (1) 

下桥臂电压为U_L

u_L＝N_L·U_C    (2) 

其中，N_U，N_L分别表示上桥臂和下半臂串入子模块的数目，U_C表示单个子模块内部的电容电压； 

由基尔霍夫电压定律对上下两个方程列电压方程，交流电压为Uv， 

U_V+u_U＝0    (3) 

-U_V+u_L＝0    (4)