[发明专利]一种基于MMC技术的光伏储能一体化直流变换器结构

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电系统技术领域，具体涉及一种基于MMC技术的光伏储能一体化直流变换器结构。

背景技术

光伏发电系统具有以下两个典型特征：一、光伏发电系统的输出受光照、温度等环境因素的影响，输出功率会呈现较大的变化，特别是天气多变时，其发电功率呈现较为明显的随机性与不可控性。二、由于光伏发电系统造价相对较高，为了实现太阳能资源利用的最大化，系统多采用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)技术，并且要求电网能最大限度地吸收利用光伏电能；但是当光伏电站出现局部阴影现象时，目前采用的集中式光伏电站整体的最大功率点，远远小于每个光伏电池的最大功率点之和；这是由于集中式光伏电站的最大功率受限于串联电池的串联单个电池单元最大电流，或并联光伏电池组的最小电压。

目前，由于光伏发电系统规模相对于电网规模较小，同时也由于储能系统成本较高，光伏系统并网发电时通常不采用储能系统，这使得光伏系统对电网带来了以下不良影响：一、对线路潮流的影响。当光伏电源接入电网后，从根本上改变了系统潮流的模式且潮流变得无法预测。这种潮流的改变使得电压调整很难维持，甚至导致配电网的电压调整设备(如阶跃电压调整器、有载调压变压器、开关电容器组)出现异常响应，同时，也可能造成支路潮流越限、节点电压越限、变压器容量越限等，从而影响系统的供电可靠性。二、对系统保护的影响。当光照良好，光伏并网电站输出功率较大时，短路电流将会增大，可能会导致过流保护配合失误，而且过大的短路电流还会影响熔断器的正常工作。此外，对于配电网来说，未接入光伏发电系统之前，支路潮流一般是单向的，其保护不具有方向性，而接入光伏发电系统以后，该配电网变成了多源网络，网络潮流的流向具有不确定性。因此，必须要求增设具有方向性的保护装置。三、对电网经济性运行的影响。由于光伏电源的自身输出不稳定性，当光伏发电系统并网运行后，系统必须增加相应容量的旋转备用，以保证系统的调峰、调频能力，也就是说，光伏并网发电系统向电网供电，降低了机组利用小时数，牺牲了电网的经济性运行。并且，在分析电网的节能环保效果时，应当考虑这部分旋转备用的耗能和排放。四、对电能质量的影响。受云层遮挡的影响，光伏电源的发出功率可能在短时间内从100％降到30％以下，或由30％以下增至100％，对于大型光伏并网系统来说，会引起电压的波动与闪变或频率波动。此外，由于光伏发电系统所发出的电能为直流电，必须经过逆变装置接入电网，这一过程必将产生谐波，对电网造成影响。五、对运行调度的影响。光伏电源的输出功率直接受天气变化影响而不可控制，因此，光伏电源的可调度性也受到制约，当某个系统中光伏电源所占到一定比例后，电网运行商应认真考虑如何安全可靠地进行电力调度。另外，光伏电价与常规电价也存在着差异，如何在满足各种安全约束的条件下对电网进行经济性调度也将成为一个值得关注的问题。

中国太阳能光伏资源分布不均，其中，以西部青海、甘肃等地区日照资源相对较好。但西部电网建设相对落后，电网容量较小、网架脆弱，难以满足大规模光伏发电并网发电接入需求，在西部地区不少地方已经出现了限光抛弃风的现象，电能需要通过远距离高压输电线路向东部地区输送。由于大型光伏电站普遍在远离城市的偏远地区，采用交流输电远距离在经济上和技术上都不如直流输电。大型光伏电站发电具备间隙性、随机性和不完全可控性，接入当地交流电网将引起电网的电能质量问题，因此在电网中需要接入储能单元来消除新能的波动特质。作为接入直流输电网络的光伏储能混合直流变换器结构，它的需要接受直流输电需求，即在出口侧承受很高的直流电压，同时满足电网调度运行指令(运行模式可变，功率可以线性调度)；它还需要满足电池高效、高可靠性和易于维护的运行需求，即单元的模块化结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模块化多电平技术的光伏储能一体化直流变换器结构，该光伏储能一体化直流变换器结构适用于光伏电力通过直流输电技术向远距离输送，能够提升电网对光伏电站的消纳能力。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于模块化多电平技术(modular multilevel converter，简称MMC)的光伏储能一体化直流变换器结构，包括低压侧单相全桥电路、变压器和高压侧单相全桥电路。低压侧单相全桥电路包括四个桥臂，每个桥臂由多个MMC子模块电路串联组成(半桥(half-bridge)或全桥(full-bridge)子模块，由所连接电源类型决定)。高压侧单相全桥电路包括四个桥臂电路，每个桥臂电路由MMC半桥电路组成。