[发明专利]一种两级式光伏并网发电系统及中间直流侧电压稳定方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，更具体地说，涉及一种两级式光伏并网发电系统中间直流侧电压稳定方法或者说降低中间直流侧电容容量的方法。

背景技术

随着能源危机的日益加剧和环保意识的提高，绿色可再生能源发电成为各国研究应用的重点。其中，太阳能光伏发电凭借其具有取之不尽、用之不竭和无污染的优点，成为各国专家学者的研究热点，建设大规模光伏并网发电系统是未来可再生能源发展的必然趋势。

光伏并网发电是太阳能应用的重要方式之一。目前，中小功率等级的光伏并网发电技术在工程应用中，大多采用两级式拓扑结构。前级采用DC/DC升压、后级采用DC/AC逆变，实现并网发电控制。此时，对DC/DC与DC/AC的解耦，常常是通过中间并联电解电容来解决。该电容被用来稳定直流电压的波动，维持前、后级功率的平衡。

引入解耦电容后，对其电压的稳定就变得极为重要。现今稳压的方法主要从硬件和软件控制两个方面考虑，硬件上通常是增大电解电容的容值，采用很多电解电容进行串并联。软件控制方面主要有基于后级的电压电流双闭环控制进行稳压控制和基于前级的直流变换器(升压、降压电路)稳压控制两种控制策略。

由于采用众多的电解电容进行串并联，会使得逆变器体积和成本上升，另一方面，故障率也随之上升。因此，众多专家开始从软件控制方面来研究新的控制策略以降低电解电容的数量。

基于前级直流变换器稳定中间直流侧电压的控制原理为：在系统运行过程中，前级从光伏电池组件输入电压，通过DC/DC变换可以快速实现中间直流电容电压的稳定控制。但是，这种控制方式并网工作时，需要在后级DC/AC变换器中实现光伏电池组件的最大功率输出，以及满足并网电流与电网电压同频同相的要求，控制复杂，实现起来极为困难。同时，在给中间直流电容充电的过程中，并不能实现光伏组件的最大功率输出，造成能量浪费，导致该控制方式在两级式光伏并网发电系统中没有得到广泛应用。

基于后级电压电流双闭环控制稳定中间直流侧电压的原理为：在系统运行过程中，前级DC/DC电压变换主要实现且保持光伏电池组件的最大功率输出，向中间直流侧电容充电，而后级DC/AC光伏并网逆变器，则是当中间直流侧电容电压达到要求时，闭合继电器开始并网发电运行，后级DC/AC主要实现并网电流的控制，与前级实现最大功率点跟踪控制相互独立。然而，在这种控制方式中，并网逆变器输入、输出功率在并网运行初始阶段数值相差较大，而光伏电池组件以最大功率输出，远大于并网功率，前、后两级之间的有功功率并不能实现完全平衡，导致中间直流侧电解电容过冲，使得其电压值过高而影响其使用寿命；同时，还会威胁到后面逆变桥中功率器件的安全，进而降低整个光伏并网发电系统的使用寿命。此时，需要提高中间直流侧电容的耐压值或加大其容量，使电容更为平稳的缓冲能量。因此，在保持光伏并网发电系统高效运行的同时，稳定中间直流侧电压值极为关键。而目前暂时没有检索到公开的关于两级式光伏并网发电系统中间直流侧电压稳定的技术方案。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明针对传统两级式光伏并网发电系统中间直流侧电压值在并网初始阶段超调量大，导致中间直流侧电解电容损坏或者功率器件击穿等问题，提供了一种两级式光伏并网发电系统及中间直流侧电压稳定方法；本发明采用在电压电流双闭环控制外叠加功率闭环控制的光伏并网逆变器，使光伏并网发电系统在初始并网和稳态运行过程中不会产生并网冲击电流，中间直流侧电压值平稳上升且超调量小，运行过程安全可靠、实现简单，且不需要增加任何硬件成本。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种两级式光伏并网发电系统中间直流侧电压稳定方法，其步骤为：

步骤一、闭合空气开关，DSP及控制电路实现前级最大功率点跟踪，生成PWM信号送至升压电路，对中间直流侧电容器充电；

步骤二、DSP及控制电路判断电网的电压幅值和频率是否正常，以及中间直流侧电容器的电压是否达到并网要求；

步骤三、待步骤二所述电网的电压幅值和频率正常，以及中间直流侧电容器的电压达到并网要求，闭合继电器，并网逆变器通过电抗器与电网连接；

步骤四、步骤三结束后，DSP及控制电路对采集的光伏电池组件的电压与电流信号、中间直流侧电容器的电压信号、电网的电压和并网电流信号进行运算处理，将产生的SPWM信号输出至逆变器，进入并网初始阶段；