一種併網不上網的小型光伏發電系統及控制方法
2023-07-18 01:30:21 2
一種併網不上網的小型光伏發電系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了屬於太陽能光伏發電【技術領域】的一種併網不上網的小型光伏發電系統及其控制方法。該系統包括光伏電池組件、電容、反激變換器、工頻逆變器、EMI濾波器、輔助負載、輔助負載斷路器、本地負載、併網斷路器、電壓傳感器、電流傳感器、驅動模塊、控制器。併網前，系統工作於電壓跟蹤模式，即閉合輔助負載斷路器，調節系統輸出電壓與電網電壓的幅值、頻率、相位一致，閉合併網斷路器完成併網。併網後，斷開輔助負載斷路器，為保證不對電網輸出功率，系統轉為負載電流跟蹤模式。光伏電池組件輸出功率充足時，系統輸出電流跟蹤本地負載電流；光伏電池組件輸出功率不足時，系統工作於最大功率跟蹤方式，本地負載所需功率缺額由電網補充。
【專利說明】—種併網不上網的小型光伏發電系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於太陽能光伏發電【技術領域】，尤其涉及一種小型光伏發電系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著世界能源需求的快速增長和化石能源的逐漸減少，近年來小型光伏發電系統得到了廣泛的應用。現有的運行方式可分為獨立運行方式與併網運行方式。獨立運行方式即不與電網相連，獨立向附近的用戶供電。為了保持供電的連續性，系統中需配置蓄電池，成本和維護費用較高，在電網覆蓋的地區不易大量推廣；併網運行方式即與電網相連，不需要配置蓄電池，直接把能量輸送到電網。由於普通併網方式未與本地負載協調，在光照變化較大時容易對電網產生衝擊，增大電網末端電壓波動。
【發明內容】
[0003]針對以上兩種運行方式的缺點，本發明提出一種併網不上網的小型光伏發電系統及控制方法。
[0004]該系統與單相電網並聯，其特徵在於該系統包括光伏電池組件、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、反激變換器、工頻逆變器、EMI濾波器、輔助負載Rz、輔助負載斷路器K1、本地負載&、併網斷路器K2、第一電流傳感器CT1、第二電流傳感器CT2、第三電流傳感器CT3、第一電壓傳感器VT1、第二電壓傳感器VT2、第三電壓傳感器VT3、驅動模塊、控制器。
[0005]光伏電池組件正極與第一電容Cl正極連接，光伏電池組件負極接地；
[0006]第一電容Cl正極與光伏電池組件正極連接，第一電容Cl負極接地；
[0007]反激變換器輸入正端與第一電容Cl正極連接，反激變換器輸入負端與第一電流傳感器CTl 一輸入端連接；
[0008]第一電流傳感器CTl 一端與反激變換器輸入負端連接，第一電流傳感器CTl另一端接地，第一電流傳感器CTl測量信號輸出端與控制器連接；
[0009]反激變換器輸出正端與工頻逆變器輸入正端連接，反激變換器輸出負端與工頻逆變器輸入負端連接；
[0010]工頻逆變器輸入正端與反激變換器輸出正端連接，工頻逆變器輸入負端與反激變換器輸出負端連接；
[0011]工頻逆變器輸出正端與EMI濾波器一輸入端連接，工頻逆變器輸出負端與EMI濾波器另一輸入端連接；
[0012]EMI濾波器一輸入端與工頻逆變器輸出正端連接，EMI濾波器另一輸入端與工頻逆變器輸出負端連接；
[0013]EMI濾波器一輸出端與輔助負載斷路器Kl 一端連接，EMI濾波器另一輸出端與輔助負載Rz —端連接；
[0014]輔助負載斷路器Kl 一端與EMI濾波器一輸出端連接，輔助負載斷路器Kl另一端與輔助負載艮連接；
[0015]輔助負載Rz —端與EMI濾波器一輸出端連接，輔助負載Rz與輔助負載斷路器Kl
一端連接；
[0016]第一電壓傳感器VTl正端與EMI濾波器一輸出端連接，第一電壓傳感器VTl負端與EMI濾波器另一輸出端連接，第一電壓傳感器VTl測量信號輸出端與控制器連接；
[0017]第二電流傳感器CT2 —端與EMI濾波器一輸出端連接，第二電流傳感器CT2另一端與併網斷路器一端連接，第二電流傳感器CT2測量信號輸出端與控制器連接；
[0018]併網斷路器K2 —端與第二電流傳感器CT2 —端連接，併網斷路器K2另一端與單相電網火線接線端連接；
[0019]本地負載Rlj —端與單相電網火線接線端連接，本地負載Rlj另一端與第三電流傳感器CT3 —端連接；
[0020]第三電流傳感器CT3 —端與本地負載& 一端連接，第三電流傳感器CT3另一端與單相電網零線接線端連接，第三電流傳感器CT3測量信號輸出端與控制器連接；
[0021 ] 第三電壓傳感器VT3 —端與單相電網火線接線端連接，第三電壓傳感器VT3另一端與單相電網零線接線端連接，第三電壓傳感器VT3測量信號輸出端與控制器連接；
[0022]驅動模塊分別與反激變換器、工頻變換器、控制器連接。
[0023]所述反激變換器由變壓器TX1、二極體D、第一功率管Q1、第二電容C2組成；
[0024]變壓器TXl的一輸入端與第一功率管Ql的漏極連接，二極體D的輸出端與第二電容C2連接，第一功率管Ql的柵極經驅動模塊與控制器連接。
[0025]所述工頻逆變器由第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5組成；
[0026]第二功率管Q2的柵極、第三功率管Q3的柵極、第四功率管Q4的柵極、第五功率管Q5的柵極經驅動模塊與控制器連接，第二功率管Q2的源極與第四功率管Q4的漏極連接，第二功率管Q2的漏極與第三功率管Q3的漏極連接，第三功率管Q3的源極與第五功率管Q5的漏極連接，第四功率管Q4的源極與第五功率管Q5的源極連接。
[0027]所述EMI濾波器由電感L1、第三電容C3組成，電感L1、第三電容C3串聯連接。
[0028]一種基於上述系統的控制方法，它包括以下步驟:
[0029]I)併網前，系統工作於電壓跟蹤模式，即閉合輔助負載斷路器K1，調節系統輸出電壓與電網電壓的幅值、頻率、相位一致，然後閉合併網斷路器Kl完成併網；
[0030]2)併網後，斷開輔助負載斷路器K1，為保證不對電網輸出功率，系統工作於負載電流跟蹤模式；
[0031]3)比較光伏電池組件輸出電壓與閾值電壓的大小，判斷光伏電池組件輸出功率是否充足，決定系統的輸出電流設定值；
[0032]當光伏電池組件輸出電壓不小於閾值電壓，光伏電池組件輸出功率充足，控制系統輸出電流跟蹤本地負載電流；
[0033]當光伏電池組件輸出電壓小於閾值電壓，光伏電池組件輸出功率不足，系統工作於最大功率跟蹤方式，本地負載所需功率缺額由電網補充。
[0034]在電壓跟蹤模式中，採用電壓瞬時值反饋結合前饋的單閉環PI調節手段，其中前饋調節量D的計算為:
【權利要求】
1.一種併網不上網的小型光伏發電系統，與單相電網並聯，其特徵在於，該小型光伏發電系統包括光伏電池組件、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、反激變換器、工頻逆變器、EMI濾波器、輔助負載Rz、輔助負載斷路器K1、本地負載&、併網斷路器K2、第一電流傳感器CT1、第二電流傳感器CT2、第三電流傳感器CT3、第一電壓傳感器VT1、第二電壓傳感器VT2、第三電壓傳感器VT3、驅動模塊、控制器； 光伏電池組件正極與第一電容Cl正極連接，光伏電池組件負極接地； 第一電容Cl正極與光伏電池組件正極連接，第一電容Cl負極接地； 反激變換器輸入正端與第一電容Cl正極連接，反激變換器輸入負端與第一電流傳感器CTl 一輸入端連接； 第一電流傳感器CTl 一端與反激變換器輸入負端連接，第一電流傳感器CTl另一端接地，第一電流傳感器CTl測量信號輸出端與控制器連接； 反激變換器輸出正端與工頻逆變器輸入正端連接，反激變換器輸出負端與工頻逆變器輸入負端連接； 工頻逆變器輸入正端與反激變換器輸出正端連接，工頻逆變器輸入負端與反激變換器輸出負端連接； 工頻逆變器輸出正端與EMI濾波器一輸入端連接，工頻逆變器輸出負端與EMI濾波器另一輸入端連接； EMI濾波器一輸入端與工頻逆變器輸出正端連接，EMI濾波器另一輸入端與工頻逆變器輸出負端連接；` EMI濾波器一輸出端與輔助負載斷路器Kl 一端連接，EMI濾波器另一輸出端與輔助負載Rz —端連接； 輔助負載斷路器Kl 一端與EMI濾波器一輸出端連接，輔助負載斷路器Kl另一端與輔助負載Rz連接； 輔助負載Rz —端與EMI濾波器一輸出端連接，輔助負載Rz與輔助負載斷路器Kl 一端連接； 第一電壓傳感器VTl正端與EMI濾波器一輸出端連接，第一電壓傳感器VTl負端與EMI濾波器另一輸出端連接，第一電壓傳感器VTl測量信號輸出端與控制器連接； 第二電流傳感器CT2 —端與EMI濾波器一輸出端連接，第二電流傳感器CT2另一端與併網斷路器一端連接，第二電流傳感器CT2測量信號輸出端與控制器連接； 併網斷路器K2 —端與第二電流傳感器CT2 —端連接，併網斷路器K2另一端與單相電網火線接線端連接； 本地負載& 一端與單相電網火線接線端連接，本地負載&另一端與第三電流傳感器CT3 一端連接； 第三電流傳感器CT3 —端與本地負載& 一端連接，第三電流傳感器CT3另一端與單相電網零線接線端連接，第三電流傳感器CT3測量信號輸出端與控制器連接； 第三電壓傳感器VT3 —端與單相電網火線接線端連接，第三電壓傳感器VT3另一端與單相電網零線接線端連接，第三電壓傳感器VT3測量信號輸出端與控制器連接； 驅動模塊分別與反激變換器、工頻變換器、控制器連接。
2.根據權利要求1所述的一種併網不上網的小型光伏發電系統，其特徵在於，所述反激變換器由變壓器TX1、二極體D、第一功率管Q1、第二電容C2組成； 變壓器TXl的一輸入端與第一功率管Ql的漏極連接，二極體D的輸出端與第二電容C2連接，第一功率管Ql的柵極經驅動模塊與控制器連接。
3.根據權利要求1所述的一種併網不上網的小型光伏發電系統，其特徵在於，所述工頻逆變器由第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5組成； 第二功率管Q2的柵極、第三功率管Q3的柵極、第四功率管Q4的柵極、第五功率管Q5的柵極經驅動模塊與控制器連接，第二功率管Q2的源極與第四功率管Q4的漏極連接，第二功率管Q2的漏極與第三功率管Q3的漏極連接，第三功率管Q3的源極與第五功率管Q5的漏極連接，第四功率管Q4的源極與第五功率管Q5的源極連接。
4.根據權利要求1所述的一種併網不上網的小型光伏發電系統，其特徵在於，所述EMI濾波器由電感L1、第三電容C3組成，電感L1、第三電容C3串聯連接。
5.一種基於併網不上網的小型光伏發電系統的控制方法，其特徵在於，它包括以下步驟: 1)併網前，系統工作於電壓跟蹤模式，即閉合輔助負載斷路器K1，調節系統輸出電壓與電網電壓的幅值、頻率、相位一致，然後閉合併網斷路器Kl完成併網； 2)併網後，斷開輔助負載斷路器K1，為保證不對電網輸出功率，系統工作於負載電流跟蹤模式； 3)比較光伏電池組件輸出電壓與閾值電壓的大小，判斷光伏電池組件輸出功率是否充足，決定系統的輸出電流設.定值； 當光伏電池組件輸出電壓不小於閾值電壓，光伏電池組件輸出功率充足，控制系統輸出電流跟蹤本地負載電流； 當光伏電池組件輸出電壓小於閾值電壓，光伏電池組件輸出功率不足，系統工作於最大功率跟蹤方式,本地負載所需功率缺額由電網補充。
6.根據權利要求5所述的基於併網不上網的小型光伏發電系統的的控制方法，其特徵在於，所述閾值電壓由所選光伏電池組件的特性參數決定。
7.根據權利要求5所述的基於併網不上網的小型光伏發電系統的的控制方法，其特徵在於，在所述的電壓跟蹤模式中，採用電壓瞬時值反饋結合前饋的單閉環PI調節手段，其中前饋調節量D的計算為: D —VgIid
Vgrid + N.Vpv 其中，Vfid為單相電網電壓，N為反激變換器原、副邊匝比，Vpv為光伏電池組件輸出電壓。
8.根據權利要求5所述的的基於併網不上網的小型光伏發電系統的控制方法，其特徵在於，在所述的負載電流跟蹤模式中，採用電流瞬時值反饋結合前饋的單閉環PI調節手段，並利用遺傳算法對PI控制器參數進行優化。
9.如權利要求8所述的基於遺傳算法的PI控制器參數優化，其特徵在於，遺傳算法中適應度函數為
【文檔編號】H02J3/38GK103441526SQ201310354391
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月14日 優先權日:2013年8月14日
【發明者】馬良玉, 劉衛亮, 劉長良, 林永君, 陳文穎, 馬進, 馬永光 申請人:華北電力大學（保定）