独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法技术方案

本发明专利技术公开了独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法，包括：步骤1：检测直流母线电压，若其超过设定最大值，则判定系统处于供大于需且蓄电池已充满电的状态，此时转入步骤2；步骤2：检测各光伏子阵列的输出功率并进行比较，对当前输出功率最大的光伏子阵列发出脱离MPPT控制指令；步骤3：当底层MPPT控制器接收到指令后，通过控制与光伏子阵列连接的DC/DC变换器的占空比，进行脱离MPPT控制；步骤4：循环上述步骤，直到系统达到功率平衡状态。本发明专利技术能够高效而可靠地对多个光伏子阵列输出功率进行协调控制，系统也无需安装卸荷电路，可大幅降低系统的体积重量和成本。

【技术实现步骤摘要】
独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法
本专利技术涉及太阳能发电
，特别涉及独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法。
技术介绍
现如今，太阳能因为分布广泛、储量巨大，具有安全无污染的特性受到了全世界的重视，已成最有可能得到大规模开发利用的可再生能源之一。光伏发电系统主要由太阳能板、能量变换装置、储能装置、负载和能量管理系统组成，可并网运行，也可独立运行。对于离大电网较远的偏远地区，因独立光伏发电系统可较好的解决用户的用电需求，得到了快速的发展。目前，为了优化光伏发电系统在有部分遮挡时的功率输出，提升发电效率，光伏阵列往往被分为多个功率相同的子阵列并联发电。通过为每个子阵列配备一个独立的直直变换器(DC/DC变换器)，可实现对每个子阵列的最大功率跟踪控制(MPPT),进而在有部分遮挡的条件下实现整个系统的输出功率最大化。对于一个典型的独立光伏发电系统，光伏阵列分为了多个功率等级相同的子阵列并联发电形式，各子阵列通过DC/DC变换器实现并联。光伏发电系统的输出功率注入直流母线，用户负载则通过DC/AC逆变器从直流母线获取所需的功率，如图1所示。然而，因光伏发电功率随光照强度、温度等条件实时变化，而负载所需功率也随用户需求时刻变化，系统的供需之间往往存在功率不平衡问题。因此，在独立运行的光伏发电系统中通常会加入蓄电池储能单元来实现功率的供需平衡，如图1中蓄电池单元。因蓄电池的存在，发电功率和负载功率的差额功率可由蓄电池单元提供。然而，因为蓄电池容量的限制，在其充满电或过放电时会丧失功率平衡能力。此时，则需要增加合理的控制策略来保证系统功率供需平衡。在蓄电池过放电时，如果出现供大于需的情况，可以将多余的功率存入蓄电池；而供小于需时，则可切除负载，减小负载所需功率直至其全部切除达到功率平衡。因此，在蓄电池过放电时的功率平衡控制方法单一，实现较为容易。在电池充满电时，如果供小于需，负载所需的功率可自动由蓄电池提供，无需外加额外的控制；而如果供大于需，由于蓄电池因充满电而丧失功率储存能力，为实现系统的功率供需平衡，则需要减小光伏发电功率或者增加额外的卸荷电路消耗过剩功率。经过调研可以发现，目前常用的做法为在光伏发电系统的直流母线处(如图1所示)接入无极卸荷电路进行卸荷，将多余的发电功率全部由卸荷电阻消耗，达到功率平衡的目的。然而，该方法需要增加卸荷电阻及其散热装置，不仅使系统的体积重量上升，而且大大增加了系统成本。因此，急需一套简单的无损功率平衡方法来实现独立运行光伏发电系统供大于需时的功率平衡。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法，其主要针对独立运行的光伏发电系统在太阳能充足，负载很轻而且蓄电池已经充满的“供大于需”情况下，通过控制使处于并联运行的各个光伏子阵列按照优化的顺序先后脱离最大功率跟踪运行，从而减小发电功率，达到功率平衡的目的。本专利技术独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法包括以下步骤：步骤1：检测直流母线电压Vdc，若其超过设定最大值Vdcmax，则判定系统处于供大于需且蓄电池已充满电的状态，此时转入步骤2；步骤2：检测各光伏子阵列的输出功率Poi并进行比较，对当前输出功率最大的光伏子阵列发出脱离MPPT控制指令；步骤3：当底层MPPT控制器接收到指令后，进行脱离MPPT控制；所述的脱离MPPT控制为：通过控制与光伏子阵列连接的DC/DC变换器的占空比，使DC/DC变换器的输入电压按增大的方向运行；步骤4：循环上述步骤，直到系统达到功率平衡状态，停止操作。本专利技术的有益效果：本专利技术独立光伏发电供大于需时的一种无损功率平衡法，在光伏发电功率高于负载所需功率时，通过控制使光伏子阵列按优化的顺序先后脱离MPPT运行，达到了减小发电功率，实现功率供需平衡的目的。采用本专利技术方法后，系统无需安装卸荷电路，可大幅降低系统的体积重量和成本。附图说明图1为典型的独立光伏发电系统整体结构图，其中光伏子阵列#1、#2、#3通过DC/DC变换器实现并联运行，蓄电池用以提供供需间的差额功率，负载通过DC/AC逆变器从直流母线获取电能。图中控制系统为两层结构，其中顶层为功率管理层，主要通过集中控制器对系统运行工况进行实时监控，以及对底层MPPT控制器发出控制指令；底层为MPPT控制层，结构为分散式，各MPPT控制器分别集成于与各光伏子阵列连接的DC/DC变换器中。MPPT控制器可根据集中控制器的指令来实时改变DC/DC变换器的占空比，从而改变DC/DC变换器的输入电压，实现对各光伏子阵列输出功率的控制和调节。图2为本专利技术所述无损功率平衡法的流程图。图3为光伏组件输出功率与输出电压关系图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。以图1所示3光伏子阵列并联运行组成的光伏发电系统为例，设当前系统处于供需平衡状态，且每个光伏子阵列运行于MPPT点处(即图3中功率输出最大点处)，系统输出最大功率，光伏组件#1、#2、#3输出功率分别为Po1、Po2、Po3，假设此时因云层部分遮挡的原因使Po1＞Po2＞Po3，负载所需功率为PL。在某一时刻，负载所需功率突然减小，此时有：Po1+Po2+Po3-PL＞0(1)在该情况下，过剩的功率将向蓄电池充电，导致蓄电池端电压上升，也即直流母线电压上升，当蓄电池端电压上升到最大值Vdcmax时，蓄电池充满电，此时差额功率不能流入蓄电池，如果不加限制，直流母线电压将超过最大允许值，促发系统保护甚至损坏系统。本实施例结合图2所示方法步骤使独立运行光伏发电系统在供大于需时实现无损功率平衡，即：步骤1：检测直流母线电压Vdc，若其超过设定最大值Vdcmax，则判定系统处于供大于需且蓄电池已充满电的状态，此时转入步骤2；步骤2：检测各光伏子阵列的输出功率Poi并进行比较，对当前输出功率最大的光伏子阵列发出脱离MPPT控制指令；步骤3：当底层MPPT控制器接收到指令后，进行脱离MPPT控制；所述的脱离MPPT控制为：通过控制与光伏子阵列连接的DC/DC变换器的占空比，使DC/DC变换器的输入电压按增大的方向运行；步骤4：循环上述步骤，直到系统达到功率平衡状态，停止操作。结合图2所示的无损功率平衡法实现流程图，可知当顶层集中控制器检测到直流母线电压Vdc>Vdcmax时，可判断出蓄电池处于充满状态且此时供大于需，因此，按照图2所示步骤，集中控制器将向输出功率最大的MPPT控制器#1发送指令，使其实施脱离MPPT控制，控制光伏组件#1脱离MPPT运行。此时，MPPT控制器#1将改变DC/DC变换器#1的占空比，在当前占空比D0基础上叠加一个变化量ΔD0，目的为使DC/DC变换器#1的输入电压(也即光伏组件#1的输出电压)增大。根据图3所示光伏组件输出功率与输出电压关系，光伏组件#1的输出功率将减小，脱离MPPT运行。当光伏组件#1的输出功率减小后，通过检测系统状态，在满足Vdc>Vdcmax并且光伏组件#1的输出功率最大时，MPPT控制器#1将始终按照步长ΔD0改变DC/DC变换器#1的占空比，增大其输入电压，减小光伏组件#1的输出功率。当光伏组件#1输出功率减小到小于光伏组件#2的输出功率时本文档来自技高网...

【技术保护点】
独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：检测直流母线电压V

【技术特征摘要】
1.独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：检测直流母线电压Vdc，若其超过设定最大值Vdcmax，则判定系统处于供大于需且蓄电池已充满电的状态，此时转入步骤2；步骤2：检测各光伏子阵列的输出功率Poi并进行比较，对当前输出功率最大的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈家伟，李想，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50