[发明专利]一种高频隔离单相光伏并网系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高频隔离的单相光伏并网系统的拓扑及其控制方法，属于新能源领域，特别是可再生能源发电技术领域。

背景技术

近年来，能源危机的加重和人们环保意识的增强促进了分布式发电技术在世界各国快速发展。光伏发电作为分布式发电技术的一种，因为其清洁环保，噪声污染小，维护费用低，能提高整个电力系统的稳定性和灵活性而备受关注，越来越多的光伏并网系统被投入使用。同时，并网运行将使光伏发电系统本身以及电网的结构和运行方式都发生重大变化，因此，如何保证光伏并网发电系统的安全可靠运行成为光伏发电技术研究的重要内容。

传统单相光伏并网系统的典型结构图如图2，3所示。为了实现电气隔离，避免电磁干扰，并网系统需要使用隔离变压器，同时，由于光伏阵列输出电压较低，而DC/AC变换(逆变)器具有Buck(降压)属性，所以变压器还起到升压作用，以保证逆变后的电压幅值满足并网要求。图2是传统的使用工频隔离变压器的单相光伏并网系统的结构图，它的缺点是工频变压器笨重而庞大，增加了整个系统的体积和重量，不符合电力电子向轻量化、小型化方向发展的趋势。图3是传统的使用高频隔离变压器的单相光伏并网系统的结构图，此电路虽然用高频变压器代替工频变压器减小了系统的重量和体积，但是增加的两级电路会造成拓扑变复杂，可靠性和能量转换效率降低的后果。在这两种典型结构的基础上，各种新的光伏并网拓扑被不断提出，但总是没能同时很好的解决小型轻量和高能量转换效率这两个主要问题，因此，仍有必要研究新的光伏发电并网拓扑及其控制技术。

发明内容

发明目的：

本发明所要解决的技术问题是提出一种高效率的高频隔离单相光伏并网系统，通过拓扑的改变，解决传统光伏并网系统笨重庞大，拓扑复杂，变换级数多，稳定性和效率较低等问题。针对光伏并网系统的自身特点，提出了优化的控制方法，克服了光伏阵列输出电压的波动对系统造成的不利影响，保证了整个系统输出电能质量高，畸变小，动态响应快，对可再生能源发电技术的发展和环境保护起到了积极的作用。

技术方案：

一种高频隔离单相光伏并网系统，该系统包括光伏阵列，缓冲电容，高频变换器，高频变压器，AC/AC变换器，滤波器、电网以及控制电路；其中光伏阵列的输出端经过缓冲电容与高频变换器的直流端连接，高频变换器的交流端与高频变压器的原边绕组N1连接，高频变压器的副边绕组N2与AC/AC变换器的输入端连接，AC/AC变换器的输出端经滤波器与电网连接，所述控制电路输出的调制波信号，用于对整个系统进行控制。

本发明的高频隔离单相光伏并网系统的高频变换器为DC/AC变换器。

本发明的高频隔离单相光伏并网系统的AC/AC变换器为单相全波桥式电路或单相全桥桥式电路，当AC/AC变换器为全波桥式电路，则高频变换器对应为三绕组高频变压器；当AC/AC变换器为全桥桥式电路，则高频变换器对应为两绕组的高频变压器。

本发明的高频隔离单相光伏并网系统的滤波器为一阶L滤波器或者三阶LCL滤波器。

一种基于本发明的高频隔离单相光伏并网系统的控制方法，当能量从光伏阵列向电网流动时，该系统按照如下运行的模式工作：

A、光伏阵列的输出电压经滤波后经过缓冲电容向高频变换器提供直流电压；

B、高频变换器工作在逆变状态，将A步骤的直流电压逆变成低压高频交流电压；

C、B步骤所述低压高频交流电压经高频变压器升压后输入至AC/AC变换器；

D、AC/AC变换器将C步骤传输入的电压经过变换输出正弦脉宽调制(SPWM)方波电压，经滤波器滤波后向电网输出正弦电流完成并网。

本发明的控制方法的B至D步骤中，高频变换器和AC/AC变换器共同采用正弦脉宽脉位调制(SPWPM)的方法，高频变换器输出电压方波正负交替，AC/AC变换器将高频变换器输出的正负交替的电压方波转换为正弦脉宽调制方波。

本发明的控制方法的B至D步骤中，控制电路对高频变换器和AC/AC变换器的控制采用如下步骤：

首先采用最大功率点追踪控制算法追踪光伏阵列可以输出的最大有功功率，得到有功参考指令；

其次将该有功参考指令与按照电网需求设定的无功功率参考指令共同产生交流电流参考信号；

接着通过反馈控制算法对高频变换器的输出电流进行控制，输出调制波信号，控制高频变换器和AC/AC变换器向电网输出期望的有功功率和可调的无功功率。