[发明专利]考虑云遮挡的并网光伏发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，特别是涉及一种考虑云遮挡的并网光伏发电系统。

背景技术

当今社会化石燃料仍然在大量使用，但是化石燃料终将有枯竭的一天。并且因化石燃料大量使用所引发的环境问题日益严重，严重影响着人类的正常生活和心身健康。人类急切的需要寻找一种清洁可靠的新能源去替代化石燃料。太阳能是人类所能利用的储量最大的能源。人类利用太阳能的历史极为悠久，严格以上讲当今使用的化石燃料也是远古太阳能以特殊形式储藏下来的。作为新型的可再生能源，太阳能具有能源储量大、无地域性差异、可再生、清洁无污染等特点。与传统发电方式不同，在太阳能转化为电能的过程中，无需转动部件且各部分结构实现了模块化，这为整个系统的运行与维护提供了便利，缩短了整个系统的建设周期。自1969年世界第一座光伏发电站在法国建成以后，光伏发电在世界各国得到了普遍的重视。美国、日本、德国、西班牙相继提出了大规模光伏发电站建设计划。目前全球的光伏发电产业，欧洲占据绝对的领导地位。我国的地理位置具有天然的光伏优势，太阳能资源丰富，光伏产业潜力巨大。最初的光伏产业为了解决偏远地区输电困难而建立。自2001年第一座光伏发电站建成之后，我国光伏发电系统装机容量持续、快速增长。光伏发电在我国能源结构中所占的比重逐渐增大。我国光伏发电系统已经进入了大规模推广阶段。

光伏产业已进入高速发展阶段。然而光伏发电自身具有一定的局限性，光伏发电系统的能量来源是光伏阵列，是整个系统的核心。光伏发电系统的运行状态和天气、温度、气候等不定因素密切。在传统光伏发电系统中，光伏阵列是固定的，光伏模组之间的位置与电气分布无法改变。在光伏阵列受到遮挡的时候，光伏发电系统缺少相应的应对措施，故系统的稳定运行受到严重的影响。由此引发光伏发电系统运行特性的波动。这种波动对系统的危害主要体现在如下两个方面：

1、增加系统其它部分的工作量，尤其是MPPT部分。在光伏系统中MPPT部分保证了系统可以保持运行在当前状态下的最大输出功率处。在传统光伏系统中，云遮挡的发生会引起光伏阵列输出特性复杂化。增加了MPPT的运算工作量，同时也拉长了系统恢复稳定的时间。在遮挡较为严重且变化剧烈的情况下，系统运行将会大幅波动，当光伏发电系统并网运行的时候，系统波动将会导致注入电网的谐波成分更加复杂，电能质量变差。

2、影响系统其它部分使用寿命。光伏发电系统可以实现独立运行和并网运行两种状态的切换。为了保证系统可以向负载或电网进行平稳的输送电能，系统中存在大容量储能模块。对于储能模块来说，其使用寿命按照充放电次数进行衡量，影响大容量蓄电池使用寿命的主要因素为因无法及时补充引起的欠充电和使用时间过长引起的过放电。光伏阵列的遮挡所引起的输出波动会引起储能模块过早的投入使用进而延长蓄电池放电时间。难以持续满足负载的需求也会导致蓄电池频繁的充放电。这将很大程度的影响储能模块的实际存储容量和使用寿命。

针对以上传统光伏发电系统的局限，本发明提出对光伏发电系统进行变组态控制。在云遮挡发生时，光伏发电系统开始对光伏阵列的分布进行组态控制。在更加合理的阵列分布下，系统输出波动减小，输出特性得到改善，以此来降低上述两方面的危害。

发明内容

本发明的目的在于提供考虑云遮挡的并网光伏发电系统，改进了传统光伏发电系统在云遮挡问题上的弊端，可以使光伏发电系统在云遮挡情况下保持平稳高效的输出。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

考虑云遮挡的并网光伏发电系统，包括控制模块、电气模块，所述控制模块连接控制电气模块；所述电气模块由光伏阵列、开关矩阵、DC/DC变流器、并网逆变器、变压器组成；所述控制模块为组态控制算法；所述光伏阵列由多个光伏模组构成；所述光伏模组连接开关矩阵，开关矩阵连接DC/DC变流器，DC/DC变流器连接并网逆变器，并网逆变器连接变压器，变压器连接电网；所述电网通过逆变器控制电路连接并网逆变器、DC/DC变流器；所述开关矩阵通过MPPT太阳能控制器连接DC/DC变流器；所述组态控制算法连接多个光伏模组；所述控制模块通过开关矩阵驱动电路连接开关矩阵。

所述光伏阵列采用小型光伏发电的3×3阵列，整个阵列由9块光伏板组成，9块光伏板由开关矩阵连接，光伏阵列结构采用完全交叉结构。