一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其包括：逆变单元，并网开关，直流电压检测装置，交流电流检测装置，交流电压检测装置；还包括控制单元，其通过所述各检测装置测量逆变单元输出的交流电压us、交流电流is；计算得到逆变单元PWM信号，该信号控制逆变单元的输出电压和频率，消除无功功率不平衡引起的电压偏差以及有功功率不平衡引起的频率偏差，具有即插即用和无缝切换的功能；在并网运行模式下，光电和电网均可为本地负载提供电能，在独立运行模式下，光电为本地负载提供电能。相应地，本发明专利技术还公开了一种即插即用的太阳能光伏发电控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统及方法
本专利技术涉及一种太阳能光伏发电控制系统及方法，尤其涉及一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统及方法。
技术介绍
能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，也是影响国家安全的重要因素。传统的石化能源属于不可再生能源，面临着枯竭的危险，同时，由于燃烧石化燃料，给大气造成了重度污染。为了解决能源供应这一重大问题，全世界的各个国家都加快了对新能源的开发。太阳能作为一种清洁能源，具有以下几个特点：第一，取之不尽；第二，易于获取，普遍存在；第三，清洁，无污染。太阳能的开发利用是解决传统石化能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类发展的理想替代能源。太阳能的利用主要包括光热利用(热力子发电、屋顶的太阳能热水器等)、太阳能发电、光化利用等。光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。在国家一系列优惠政策的刺激下，我国太阳能光伏产业发展迅速，2012年年底我国太阳能光伏发电装机容量累计达到700万千瓦，2013年年底达到1716万千瓦，2014年达到了2805万千瓦。其中，分布式发电由于直接在用户端安装，易于就地消纳，越来越受到市场的关注，截止2014年底分布式太阳能光伏发电装机容量已到500万千瓦，但是，用户端安装过程带来的停电干扰给用户带来了不便；电网故障时，引起用户端太阳能光伏发电控制模式的切换，也对用户供电造成了影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统，该系统可对分布式太阳能光电进行转化供电网和本地负载使用，并且既可以并网运行，又可以独立运行，做到即插即用。本专利技术的另一目的在于提供一种即插即用的太阳能光伏发电控制方法，该方法可基于上述系统达到上述效果。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统，用于与太阳能光伏电池板连接，以对太阳能光电进行转化供电网和本地负载使用；其中，所述控制系统包括控制单元，逆变单元，并网开关，直流电压检测装置，交流电流检测装置和交流电压检测装置，其中：所述逆变单元的直流输入端用于与所述太阳能光伏电池板的输出端连接，所述逆变单元的交流输出端与所述并网开关的一端连接，该并网开关的一端还用于连接本地负载，所述并网开关的另一端具有与电源插座适配的插头，以用于与所述电网连接，所述逆变单元的控制端与所述控制单元的逆变单元PWM信号输出端连接；所述直流电压检测装置，其与逆变单元的直流母线连接，以检测逆变单元的直流电压UDC，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；所述交流电流检测装置串接于所述逆变单元和并网开关之间，以检测逆变单元输出的交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；所述交流电压检测装置与逆变单元的交流输出端连接，以检测逆变单元输出的交流电压us，所述交流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；所述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制器；所述控制单元根据下述模型获得逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元有功功率控制量ud：uq＝kp1*(Qref-QS)+ki1*∫(Qref-QS)dtud＝kp2*(pref-PS)+ki2*∫(Pref-PS)dt式中，kp1为第一比例积分控制器的比例系数；ki1为第一比例积分控制器的积分系数；Qref为通过第一下垂控制Qref＝kq*(UN-US)得到的无功功率给定值，其中kq为第一下垂控制系数，UN为设定的交流电压额定值，Us是由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到的交流电压幅值；QS表示所述控制系统输出的无功功率，其中Is是由接收自交流电流检测装置的交流电流is得到的交流电流幅值，表示交流电压与交流电流的夹角；kp2为第二比例积分控制器的比例系数，ki2为第二比例积分控制器的积分系数；Pref为通过第二下垂控制Pref＝kf*(fN-fS)得到的有功功率给定值，其中kf为第二下垂控制系数，fN为设定的频率额定值，fS为由交流电压us得到的频率；PS表示所述控制系统输出的有功功率，所述控制单元通过下述模型合成与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc：其中Uout为交流电压幅值控制量，Uout＝UN-uq，fout为频率控制量，fout＝fN-ud控制单元通过其逆变单元PWM信号输出端将与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc传输给逆变单元的控制端，以控制逆变单元的输出电压和频率，消除无功功率不平衡引起的电压偏差以及有功功率不平衡引起的频率偏差；所述控制单元的并网开关控制输出端还与所述并网开关的控制端连接，所述控制单元还通过其电网电压信号输入端获取电网电压信号，以根据电网电压是否正常控制所述并网开关的通断，当电网电压正常时，并网开关导通，控制系统处于并网运行模式，当电网电压故障时，并网开关关断，控制系统处于独立运行模式。本专利技术所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，通过对电网电压信号是否正常的判断自动切换并网运行模式和独立运行模式，在并网运行模式下，太阳能光电和电网均可为本地负载提供电能；在独立运行模式下，太阳能光电可为本地负载提供电能。同时，本专利技术所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统自动量测输出的电压与频率，根据电网电压与频率的反馈，通过下垂控制，主动调节有功功率不平衡引起的频率偏差，主动调节无功功率不平衡引起的电压偏差，因此控制系统可通过并网开关的与电源插座适配的插头直接插入电源插座，具有即插即用的功能，并且还能避免电网从正常到发生故障之间的不稳定状态引起并网运行模式和独立运行模式的切换，具有无缝切换的功能，有效地提高了太阳能光伏发电系统的使用效率，因此，本专利技术意义重大。优选地，本专利技术所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述第一下垂控制系数kq的范围取1<kq<10，所述第二下垂控制系数kf的范围取1<kf<10。进一步地，本专利技术所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述第一下垂控制系数满足下式其中kq0为第一下垂控制系数预设初值，1<kq0<10。上述方案中，为了控制效果最佳，所述第一下垂控制采取自适应控制，第一下垂控制系数kq随交流电压幅值Us的变化而变化。进一步地，本专利技术所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述第二下垂控制系数满足下式其中kf0为第二下垂控制系数预设初值，1<kf0<10。上述方案中，为了控制效果最佳，所述第二下垂控制采取自适应控制，第二下垂控制系数kf随频率fS的变化而变化。进一步地，本专利技术所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述控制单元为数字信号处理器。进一步地，本专利技术所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述直流电压检测装置包括直流电压传感器。进一步地，本专利技术所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述交流电压检测装置包括交流电压互感器。进一步地，本专利技术所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述交流电流检测装置包括交流电流传感器。优选地，本专利技术所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述第一比例积分控制器的比例系数kp1的范围取0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其用于与太阳能光伏电池板连接，以对太阳能光电进行转化供电网和本地负载使用；其特征在于，所述控制系统包括控制单元，逆变单元，并网开关，直流电压检测装置，交流电流检测装置和交流电压检测装置，其中：所述逆变单元的直流输入端用于与所述太阳能光伏电池板的输出端连接，所述逆变单元的交流输出端与所述并网开关的一端连接，该并网开关的一端还用于连接本地负载，所述并网开关的另一端具有与电源插座适配的插头，以用于与所述电网连接，所述逆变单元的控制端与所述控制单元的逆变单元PWM信号输出端连接；所述直流电压检测装置，其与逆变单元的直流母线连接，以检测逆变单元的直流电压UDC，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；所述交流电流检测装置串接于所述逆变单元和并网开关之间，以检测逆变单元输出的交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；所述交流电压检测装置与逆变单元的交流输出端连接，以检测逆变单元输出的交流电压us，所述交流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；所述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制器；所述控制单元根据下述模型获得逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元有功功率控制量ud：uq＝kp1*(Qref‑QS)+ki1*∫(Qref‑QS)dtud＝kp2*(Pref‑PS)+ki2*∫(Pref‑PS)dt式中，kp1为第一比例积分控制器的比例系数；ki1为第一比例积分控制器的积分系数；Qref为通过第一下垂控制Qref＝kq*(UN‑US)得到的无功功率给定值，其中kq为第一下垂控制系数，UN为设定的交流电压额定值，Us是由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到的交流电压幅值；QS表示所述控制系统输出的无功功率，其中Is是由接收自交流电流检测装置的交流电流is得到的交流电流幅值，表示交流电压与交流电流的夹角；kp2为第二比例积分控制器的比例系数，ki2为第二比例积分控制器的积分系数；Pref为通过第二下垂控制Pref＝kf*(fN‑fS)得到的有功功率给定值，其中kf为第二下垂控制系数，fN为设定的频率额定值，fS为由交流电压us得到的频率；PS表示所述控制系统输出的有功功率，所述控制单元通过下述模型合成与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc：PWMa=UoutUDC*sin(2πfoutt)]]>其中Uout为交流电压幅值控制量，Uout＝UN‑uqfout为频率控制量，fout＝fN‑ud控制单元通过其逆变单元PWM信号输出端将与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc传输给逆变单元的控制端，以控制逆变单元的输出电压和频率，消除无功功率不平衡引起的电压偏差以及有功功率不平衡引起的频率偏差；所述控制单元的并网开关控制输出端还与所述并网开关的控制端连接，所述控制单元还通过其电网电压信号输入端获取电网电压信号，以根据电网电压是否正常控制所述并网开关的通断，当电网电压正常时，并网开关导通，控制系统处于并网运行模式，当电网电压故障时，并网开关关断，控制系统处于独立运行模式。...

【技术特征摘要】
1.一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其用于与太阳能光伏电池板连接，以对太阳能光电进行转化供电网和本地负载使用；其特征在于，所述控制系统包括控制单元，逆变单元，并网开关，直流电压检测装置，交流电流检测装置和交流电压检测装置，其中：所述逆变单元的直流输入端用于与所述太阳能光伏电池板的输出端连接，所述逆变单元的交流输出端与所述并网开关的一端连接，该并网开关的一端还用于连接本地负载，所述并网开关的另一端具有与电源插座适配的插头，以用于与所述电网连接，所述逆变单元的控制端与所述控制单元的逆变单元PWM信号输出端连接；所述直流电压检测装置，其与逆变单元的直流母线连接，以检测逆变单元的直流电压UDC，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；所述交流电流检测装置串接于所述逆变单元和并网开关之间，以检测逆变单元输出的交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；所述交流电压检测装置与逆变单元的交流输出端连接，以检测逆变单元输出的交流电压us，所述交流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；所述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制器；所述控制单元根据下述模型获得逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元有功功率控制量ud：uq＝kp1*(Qref-QS)+ki1*∫(Qref-QS)dtud＝kp2*(Pref-PS)+ki2*∫(Pref-PS)dt式中，kp1为第一比例积分控制器的比例系数；ki1为第一比例积分控制器的积分系数；Qref为通过第一下垂控制Qref＝kq*(UN-US)得到的无功功率给定值，其中kq为第一下垂控制系数，UN为设定的交流电压额定值，Us是由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到的交流电压幅值；QS表示所述控制系统输出的无功功率，其中Is是由接收自交流电流检测装置的交流电流is得到的交流电流幅值，表示交流电压与交流电流的夹角；kp2为第二比例积分控制器的比例系数，ki2为第二比例积分控制器的积分系数；Pref为通过第二下垂控制Pref＝kf*(fN-fS)得到的有功功率给定值，其中kf为第二下垂控制系数，fN为设定的频率额定值，fS为由交流电压us得到的频率；PS表示所述控制系统输出的有功功率，所述控制单元通过下述模型合成与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc：其中Uout为交流电压幅值控制量，Uout＝UN-uqfout为频率控制量，fout＝fN-ud控制单元通过其逆变单元PWM信号输出端将与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc传输给逆变单元的控制端，以控制逆变单元的输出电压和频率，消除无功功率不平衡引起的电压偏差以及有功功率不平衡引起的频率偏差；所述控制单元的并网开关控制输出端还与所述并网开关的控制端连接，所述控制单元还通过其电网电压信号输入端获取电网电压信号，以根据电网电压是否正常控制所述并网开关的通断，当电网电压正常时，并网开关导通，控制系统处于并网运行模式，当电网电压故障时，并网开关关断，控制系统处于独立运行模式。2.如权利要求1所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述第一下垂控制系数kq的范围取1<kq<10，所述第二下垂控制系数kf的范围取1<kf<10。3.如权利要求1所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述第一下垂控制系数满足下式其中kq0为第一下垂控制系数预设初值，1<kq0<10。4.如权利要求1所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述第二下垂控制系数满足下式其中kf0为第二下垂控制系数预设初值，1<kf0<10。5.如权利要求1所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述控制单元为数字信号处理器。6.如权利要求1所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述直流电压检测装置包括直流电压传感器。7.如权利要求1所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述交流电压检测装置包括交流电压互感器。8.如权利要求1所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述交流电流检测装置包括交流电流传感器。9.如权利要求1所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述第一比例积分控制器的比例系数kp1的范围取0＜kp1＜100，第一比例积分控制器的积分系数ki1的范围取0＜ki1＜10。10.如权利要求1所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述第二比例积分控制器的比例系数kp2的范围取0＜kp2＜100，第二比例积分控制器的积分系数ki2的范围取0＜ki2＜10。11.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁慕檩，
申请(专利权)人：上海载物能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31