控制系统及其方法以及使用该控制系统的光伏系统和微电网技术方案

提供了控制系统及其方法以及使用该控制系统的光伏系统和微电网。用于控制光伏变流器的控制系统包括：第一输入，用于接收第一信号，该第一信号指示由太阳能电池板提供的光伏变流器的输入电流的第一采样值；第二输入，用于接收第二信号，该第二信号指示由太阳能电池板提供的光伏变流器的输入电压的第二采样值；第三输入，用于接收第三信号，该第三信号指示光伏变流器的输出电压的第三采样值；以及控制器，用于通过以第一预先确定水平的第一电压改变对输入电压进行调节、基于第三采样值而在朝向参考电压的方向上对光伏变流器的输出电压进行第一调节；其中：控制器还适于基于针对先前采样时间点和当前采样时间点的第一采样值和第二采样值来监测由太阳能电池板提供的输入电压和功率的趋势，并且在该趋势改变的情况下暂停该第一调节。这允许改善控制系统的暂态响应，并且即使当太阳能电池板操作点相对远离MPP时，也防止较低输入电压的可能过冲。

Control system and its method as well as photovoltaic system and Microgrid using the control system

The control system and its method as well as the photovoltaic system and Microgrid using the control system are provided. The control system for controlling the photovoltaic converter includes: a first input for receiving a first signal indicating a first sampling value of the input current of the photovoltaic converter provided by the solar panel; a second input for receiving a second signal indicating a second sampling value of the input voltage of the photovoltaic converter provided by the solar panel; and a third transmission. Input, for receiving a third signal indicating a third sampling value of the output voltage of the photovoltaic converter; and a controller for adjusting the input voltage by changing the first voltage at the first predetermined level, and for first adjusting the output voltage of the photovoltaic converter in the direction towards the reference voltage based on the third sampling value; where: the controller is also suitable; The trend of input voltage and power supplied by solar panels is monitored based on the first and second sampling values for the previous sampling time point and the current sampling time point, and the first regulation is suspended when the trend changes. This allows improved transient response of the control system and prevents possible overshoots of lower input voltage even when the operating point of the solar panel is relatively far from MPP.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制系统及其方法以及使用该控制系统的光伏系统和微电网
本专利技术涉及利用预先确定的电压值作为参考来调节光伏系统的输出电压，并且更具体地涉及考虑到可从光伏系统的太阳能电池板获得的最大功率点来调节光伏变流器的输出电压。
技术介绍
在许多应用中，光伏系统作为可再生资源非常受欢迎。该光伏系统的太阳能电池板具有最大功率点(MPP)现象，这意味着太阳能电池板在不是操作范围一端的某一点处输出最大功率。此外，太阳能电池板的输出功率可以随温度和辐照而变化。图1A是太阳能电池板的P-V曲线，其图示了MPP现象。如图1A所示，太阳能电池板的输出功率在区域A中的朝向的MPP的方向上随着太阳能电池板输出电压的增加而增加。相反，太阳能电池板的输出功率在区域B中的远离MPP的方向上随着太阳能电池板输出电压的增加而减小。图1B示意性地描绘了针对各种操作条件的太阳能电池板的不同P-V曲线。如图1B所示，MPP的位置随太阳能电池板的操作条件(诸如其温度和辐照强度)而变化。由于这个原因，光伏系统通常包括控制系统，该控制系统变化其连接到太阳能电池板的变流器电路的负载与阻抗之间的匹配，以便确保电压源控制模式与最大功率点跟踪控制模式之间的切换。例如，在专利CN104753057A中公开了一种直流微电网和光伏功率单元，其在最大功率跟踪模式与下垂控制模式之间具有无缝切换方法。调节升压变流器的操作点以到达光伏阵列的最大功率点(MPP)，以在通过闭合回路来抑制直流母线电压波动时维持输出功率稳定。该现有技术解决方案需要一前提条件，即，光伏阵列的MPP是例如通过扰动和观测(P&O)策略而先验已知的。在操作员期望在其最大功率点操作光伏系统的情况下，变流器的下垂曲线被向下移位，以便实现由光伏阵列输出的功率的改变，并且因此最终光伏阵列到达其最大功率点。在这种情况下，被考虑用于触发电压源控制与最大功率控制之间的切换的不是光伏系统的电参数，而是由操作员发出的命令。这可能带来在切换的暂态期间系统不稳定的缺点。图1C示意性地描绘了处于不稳定暂态的太阳能电池板输出功率曲线和光伏变流器输出电压。如图1C所示，稳态维持直到t0，在该t0处，负载功率Pload增加。从t0开始到t1(在该t1处，太阳能电池板在图1A的区域A中操作)，通过控制策略来调节光伏变流器，使得太阳能电池板输出功率Ppv随着光伏变流器输出电压Uout的阻尼响应而增加，直到太阳能电池板到达其最大功率点Pmax为止。如果控制策略保持不变，其中在t1之后变流器仍然想要增加输出功率，但是因为太阳能电池板的操作点进入图1A的区域B，所以未改变的控制策略将导致输出功率Ppv的减小。因此，输出电压Uout将连续减小，然而仍然需要更多来自PV变流器的功率。最终，无法实现功率平衡，并且系统崩溃。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种用于控制光伏变流器的控制系统，包括：第一输入，用于接收第一信号，该第一信号指示由太阳能电池板提供的光伏变流器的输入电流的第一采样值；第二输入，用于接收第二信号，该第二信号指示由太阳能电池板提供的光伏变流器的输入电压的第二采样值；第三输入，用于接收第三信号，该第三信号指示光伏变流器的输出电压的第三采样值；以及控制器，用于通过以第一预先确定水平的第一电压改变对输入电压进行调节、基于第三采样值而在朝向参考电压的方向上对光伏变流器的输出电压进行第一调节；其中：控制器还适于基于针对先前采样时间点和当前采样时间点的第一采样值和第二采样值来监测由太阳能电池板提供的输入电压和功率的趋势，并且在该趋势改变的情况下暂停该第一调节。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于控制光伏变流器的控制方法，包括：接收第一信号，该第一信号指示由太阳能电池板提供的光伏变流器的输入电流的第一采样值；接收第二信号，该第二信号指示由太阳能电池板提供的光伏变流器的输入电压的第二采样值；接收第三信号，该第三信号指示光伏变流器的输出电压的第三采样值；以及基于针对先前采样时间点和当前采样时间点的第一采样值和第二采样值来监测太阳能电池板的输入电压和功率的趋势，并且在该趋势保持不变的情况下，通过以第一预先确定水平的第一电压改变对输入电压进行调节、在朝向参考电压的方向上基于第三采样值来调节光伏变流器的输出电压，否则暂停该第一调节。根据本专利技术的另一方面，提供了一种使用该控制系统的光伏系统，该光伏系统还包括太阳能电池板和光伏变流器，用于在其输出处输出光伏变流器的输出电压。根据本专利技术的另一方面，提供了一种微电网，包括：母线和光伏系统；其中光伏系统的光伏变流器的输出被电耦合到母线。MPPT算法通常使用某种形式的抖动来确定功率与电压条件的导数，或者确定并维持最大功率点处的操作。本领域技术人员应当理解，MPP可以通过考虑那些参数的计算模型而被预测，但是这可能需要几个干扰观测步骤以到达MPP的相对准确的位置，并且然后控制策略(诸如电压控制)可以应用于调节太阳能电池板在MPP处操作的变流器输出电压。与此相反，根据本专利技术的技术方案，太阳能电池板的操作点围绕其MPP(其精确位置对于控制器是未知的)在可允许距离内被动态调节，同时电压控制以步进方式执行。由于可能不再需要或期望保持电压控制等待MPP计算结果、以及然后在电压控制与功率控制之间进行判断，具有用于电压调节的内部控制回路和用于设置内部控制回路的“切换”信号的外部回路的这种混合模式操作允许了改善控制系统的暂态响应。另外，通过在控制系统中具有双回路结构，系统的稳定性得以改善，从而允许在暂态期间快速获取和跟踪系统。由于根据本专利技术的解决方案优先考虑太阳能电池板的功率控制而非变流器输出电压控制，所以内部回路可应用于PV变流器输出电压调节，而无需用于与传统算法一样精确定位MPP的单独算法。调节PV变流器输入电压的改变速率具有以下效果：用于设置PV变流器输出电压的内部控制回路可以遵循预先确定的参考电压值，而没有任何过冲。这使得即使当太阳能电池板操作点相对远离MPP时，也可以防止较低输入电压的可能过冲。优选地，控制器还适于在趋势改变的情况下，在与第一电压改变相反的方向上第二调节第二预先确定水平的第二电压改变。总之，在趋势改变的情况下，控制器可以在与第一电压改变相反的方向上以第二预先确定水平的第二电压改变对输入电压进行调节(第二调节)。因此，太阳能电池板的操作点在可允许距离内围绕其MPP(其准确位置对于控制器是未知的)动态调整。这允许太阳能电池板在处于暂态的外部回路支配期间在相对接近MPP的操作点处工作。另外，因为在太阳能电池板操作点已经从一个区域移位到另一区域、例如如图1A所示从区域A移位到区域B(并且反之亦然)的情况下，内部回路保持以步进方式调节PV变流器输入电压，因此控制系统中的双回路结构仍然可以在光伏系统在其他区域工作(例如在区域B中工作)的情况下使用相同的控制策略来操作。优选地，对于第一调节和第二调节，控制器还适于向光伏变流器提供控制信号，诸如PWM信号。优选地，控制器还适于取决于输出电压与参考电压之间的电压差的水平来调节第一预先确定水平，并且第一预先确定水平随着电压差的水平增加而增加。由于这种依赖性，可以实现的是，PV变流器输出电压的更快调整能够在PV变流器输入电压范围的非关键范围中发生，由此在该范围内确保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制光伏变流器的控制系统，包括：第一输入，用于接收第一信号，所述第一信号指示由太阳能电池板提供的所述光伏变流器的输入电流的第一采样值；第二输入，用于接收第二信号，所述第二信号指示由所述太阳能电池板提供的所述光伏变流器的输入电压的第二采样值；第三输入，用于接收第三信号，所述第三信号指示所述光伏变流器的输出电压的第三采样值；以及控制器，用于通过以第一预先确定水平的第一电压改变对所述输入电压进行调节、基于所述第三采样值而在朝向参考电压的方向上对所述光伏变流器的所述输出电压进行第一调节；其中：所述控制器还适于：基于针对先前采样时间点和当前采样时间点的所述第一采样值和所述第二采样值，来监测由所述太阳能电池板提供的所述输入电压和功率的趋势，并且在所述趋势改变的情况下暂停所述第一调节。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制光伏变流器的控制系统，包括：第一输入，用于接收第一信号，所述第一信号指示由太阳能电池板提供的所述光伏变流器的输入电流的第一采样值；第二输入，用于接收第二信号，所述第二信号指示由所述太阳能电池板提供的所述光伏变流器的输入电压的第二采样值；第三输入，用于接收第三信号，所述第三信号指示所述光伏变流器的输出电压的第三采样值；以及控制器，用于通过以第一预先确定水平的第一电压改变对所述输入电压进行调节、基于所述第三采样值而在朝向参考电压的方向上对所述光伏变流器的所述输出电压进行第一调节；其中：所述控制器还适于：基于针对先前采样时间点和当前采样时间点的所述第一采样值和所述第二采样值，来监测由所述太阳能电池板提供的所述输入电压和功率的趋势，并且在所述趋势改变的情况下暂停所述第一调节。2.根据权利要求1所述的控制系统，其中：所述控制器还适于：在所述趋势改变的情况下，在与所述第一电压改变相反的方向上以所述输入电压第二预先确定水平的第二电压改变对所述输入电压进行第二调节。3.根据权利要求2所述的控制系统，其中：对于所述第一调节和所述第二调节，所述控制器还适于向所述光伏变流器提供控制信号。4.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中：所述控制器还适于：取决于所述输出电压与所述参考电压之间的电压差的水平来调整所述第一预先确定水平，并且所述第一预先确定水平随着所述电压差的水平增加而增加；或者取决于当前采样时间点与所述先前采样点之间的太阳能电池板功率差的水平来调整所述第一预先确定水平，并且所述第一预先确定水平随着所述太阳能电池板功率差的水平增加而增加。5.根据权利要求2或3所述的控制系统，其中：所述控制器还适于：取决于所述输出电压与所述参考电压之间的电压差的水平来调整所述第二预先确定水平，并且所述第二预先确定水平随着所述电压差的水平增加而增加；或者取决于当前采样时间点与所述先前采样点之间的太阳能电池板功率差的水平来调整所述第二预先确定水平，并且所述第二预先确定水平随着所述太阳能电池板功率差的水平增加而增加。6.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中：所述趋势是：所述输入电压在所述太阳能电池板的输出功率增加的同时增加，并且反之亦然。7.一种用于控制光伏变流器的控制方法，包括：接收第一信号，所述第一信号指示由太阳能...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛俊杰，黄杏，谢海莲，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH