微网系统中光伏变换器自治模式切换控制方法技术方案

本发明专利技术光伏发电控制技术领域，尤其涉及一种微网系统中光伏变换器自治模式切换控制方法，包括：步骤1：对光伏变换器的直流母线电压进行监视；步骤2：当母线电压值在额定值以内时光伏变换器执行MPPT算法；步骤3：当母线电压值超过第一电压阈值时光伏变换器转为执行反向扰动观测法来限制功率；步骤4：当母线电压值超过第二电压阈值时光伏变换器采用改变扰动步长来控制功率。所述步骤2包括：如果光伏功率增量为正，而电压增量为正，则继续正方向扰动电压，若电压增量为负，则反方向扰动电压；如果功率增量为负，而电压增量为正，则反向扰动电压，若电压增量为负，则正向扰动电压。

Autonomous mode switching control method of photovoltaic converter in microgrid system

The invention relates to the photovoltaic power generation control technical field, in particular to a photovoltaic converter autonomous mode switching control method in a microgrid system, which includes: Step 1: monitor the DC bus voltage of the photovoltaic converter; step 2: implement the MPPT algorithm for the photovoltaic converter when the bus voltage value is within the rated value; step 3: implement the MPPT algorithm for the photovoltaic converter when the bus voltage value exceeds the first voltage threshold value Step 4: when the bus voltage value exceeds the second voltage threshold, the power is controlled by changing the disturbance step. The step 2 includes: if the photovoltaic power increment is positive and the voltage increment is positive, the positive direction disturbance voltage will continue; if the voltage increment is negative, the negative direction disturbance voltage will continue; if the power increment is negative and the voltage increment is positive, the negative direction disturbance voltage will continue; if the voltage increment is negative, the positive direction disturbance voltage will continue.

【技术实现步骤摘要】
微网系统中光伏变换器自治模式切换控制方法
本专利技术光伏发电控制
，尤其涉及一种微网系统中光伏变换器自治模式切换控制方法。
技术介绍
近年来，基于多变换器的智能微电网、多变换级的多能集成系统引起越来越多的研究兴趣，光伏作为清洁和易获取能源，在类似系统中所占的比例越来越高。这也引起了用户侧电网形态的变化，正在由传统被动消纳型到同时具备消纳和发生能力、工作模式多样化等特征过渡。在孤岛微网或功率限制的多能系统中，在特定工作条件下，直流母线或交流母线(分别由储能和电网实现支撑)不具备足够的电能吸收能力，过剩的光伏电能将会引起电压的升高导致系统过压保护。解决上述难题的一种方法是根据系统的要求改变光伏变换器工作模式，即在MPPT运行时使用开路电压、扰动观测、电导增量等传统算法实现最大功率跟踪，当由于市电异常或功率达到变换器限值时，直流母线或交流母线不具足够支撑能力时转为控制光伏变换器的输出电压以实现电压稳定。两种模式下，对于光伏DC-DC变换器，受控量分别是变换器的输入电压和输出电压，其控制对象传递函数并不相同，因此在模式切换时需要控制环路和PI参数的重新设定，即控制结构重新配置。这也是当前大部分应用中采用的方法，但这种方法一方面在切换时需要改变控制器的PI参数以适应不同的控制目标；另一方面为了使切换平滑，还需要在两个PI环路切换瞬间以上一控制结构的输出来初始化另一个PI的积分输出环节；此外，为了防止母线检测扰动或在检测点附近工作时出现的系统模式振荡，通常需要使用窗口比较器来辅助阈值检测，窗口电压过小无法保证模式判断准确性，可能在两种模式之间来回切换，如果窗口电压设置过大又将一定程度上影响系统的动态响应，这些都增加了的控制难度。当前有少量应用中采用修改MPPT算法的方式来直接调节变换器的输入功率，从而保持控制环路结构不变，并能够调整和限制光伏变换器的输出功率。然而这需要能量管理系统或上层控制器发送参考功率值，在协调控制过程中依赖通信的及时性和鲁棒性，带来了成本的上升和可靠性下降。另外，已有的修改MPPT算法实现功率限制的方法中，反向扰动和正向扰动的频率、步长通常保持一致，这在功率调整较缓慢进入受限状态的应用中能够较好工作，但如果是并网变换器突发故障或离网系统中负载瞬态投切，而储能电池满充或容量配比较小等情况下，传统方法应用受到一定的限制。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出了一种微网系统中光伏变换器自治模式切换控制方法，包括：步骤1：对光伏变换器的直流母线电压进行监视；步骤2：当母线电压值在额定值以内时光伏变换器执行MPPT算法；步骤3：当母线电压值超过第一电压阈值时光伏变换器转为执行反向扰动观测法来限制功率；步骤4：当母线电压值超过第二电压阈值时光伏变换器采用改变扰动步长来控制功率。所述步骤2包括：如果光伏功率增量为正，而电压增量为正，则继续正方向扰动电压，若电压增量为负，则反方向扰动电压；如果功率增量为负，而电压增量为正，则反向扰动电压，若电压增量为负，则正向扰动电压。所述反向扰动观测法与MPPT算法的扰动方向相反，扰动频率为数千赫兹，接近开关和控制频率的1/3～1/2。所述改变扰动步长来控制功率包括：当光伏剩余功率过大时增加扰动步长以降低其输出功率，当光伏剩余功率与负载消耗接近一致时减少扰动步长以防止电压振荡。所述步骤4包括：根据光伏变换器输入输出功率差值动态改变反向扰动步长，以实现光伏输入能量相比输出需求过剩较多时，以大的扰动步长削弱光伏输出能力，当输入输出近似一致时，扰动步长接近为0；当光伏变换器输入输出功率差值下降至较小时，且母线电压继续上升超过第一电压阈值时，直接在控制环路上叠加反馈量，实现母线电压的可靠箝位。本专利技术的有益效果：1、拓展了光伏变换器的工作模式，能够在MPPT和限功率两种模式之间切换，满足多能变换系统中的特定工作条件。2、不改变控制环路结构，只需要一套控制环路中PI控制器的参数整定，避免切换时的瞬态问题。3、不依赖及时和可靠的通信交互，能够避免通信干扰造成的相关问题。基于功率平衡原理调整限功率模式下的扰动步长，即使限功率数量变化较大时也能够快速箝位母线电压，同时设计了第二阈值检测调整，防止进入过压保护引起停机，增强系统的可靠性。4、实现了功率流和信息流的解耦，模式切换由变换器自身传感器根据模拟量检测判断，能够同时满足无通信和快速、平滑切换两方面需求，以更好满足应对微网或多能系统中的极端工况条件。附图说明图1.光伏DC-DC变换器的原理电路图图2.最大功率跟踪模式下控制系统结构图图3.母线电压稳定模式下控制系统结构图图4.具备反向扰动观测功能的控制流程图图5实验测试平台示意图图6光伏模拟器设定的P-V和I-V曲线图图7MPPT向限功率模式切换实验波形图图8解除功率限制后恢复MPPT的过渡过程图具体实施方式本专利技术提出了一种微网系统中光伏变换器自治模式切换控制方法，包括：步骤1：对光伏变换器的直流母线电压进行监视；步骤2：当母线电压值在额定值以内时光伏变换器执行MPPT算法；步骤3：当母线电压值超过第一电压阈值时光伏变换器转为执行反向扰动观测法来限制功率；步骤4：当母线电压值超过第二电压阈值时光伏变换器采用改变扰动步长来控制功率。所述步骤2包括：如果光伏功率增量为正，而电压增量为正，则继续正方向扰动电压，若电压增量为负，则反方向扰动电压；如果功率增量为负，而电压增量为正，则反向扰动电压，若电压增量为负，则正向扰动电压。所述反向扰动观测法与MPPT算法的扰动方向相反，扰动频率为数千赫兹，接近开关和控制频率的1/3～1/2。所述改变扰动步长来控制功率包括：当光伏剩余功率过大时增加扰动步长以降低其输出功率，当光伏剩余功率与负载消耗接近一致时减少扰动步长以防止电压振荡。所述步骤4包括：根据光伏变换器输入输出功率差值动态改变反向扰动步长，以实现光伏输入能量相比输出需求过剩较多时，以大的扰动步长削弱光伏输出能力，当输入输出近似一致时，扰动步长接近为0；当光伏变换器输入输出功率差值下降至较小时，且母线电压继续上升超过第一电压阈值时，直接在控制环路上叠加反馈量，实现母线电压的可靠箝位。下面结合附图，对实施例作详细说明。1、对光伏Boost变换器的环路控制光照、温度等环境因素变化引起光伏阵列P-V曲线变动，不同条件下最大功率与光伏电池的输出电压有非线性对应关系，光伏变换器的最大功率跟踪是通过对光伏电池电压的控制实现的。因此对图1所示的Boost光伏DC-DC变换器，在MPPT模式下控制环路结构如图2所示，控制对象为变换器的输入电压vpv。MPPT模式下，光伏变换器跟踪光伏电池能够输出的最大功率，该功率能够被储能变换器或并网变换器全部吸收。当电网异常或变换器受限情况下，最大功率跟踪的输出功率超过系统所需，会引起直流母线电压上升导致不可控。因此，需要在这些情况下相应地改变光伏变换器的控制结构，由控制变换器的输入转而稳定变换器输出，以得到稳定的直流母线电压，对应的控制环路结构如图3所示，控制对象为直流母线电压。即光伏变换器在MPPT运行时为恒功率源控制模式，母线电压由并网变换器或储能系统支撑，当失去电压支撑能力后，光伏变换器应当及时转为电压控制模式，完成对母线电压支撑。两种控制模式下，虽然主电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微网系统中光伏变换器自治模式切换控制方法，其特征在于，包括：步骤1：对光伏变换器的直流母线电压进行监视；步骤2：当母线电压值在额定值以内时光伏变换器执行MPPT算法；步骤3：当母线电压值超过第一电压阈值时光伏变换器转为执行反向扰动观测法来限制功率；步骤4：当母线电压值超过第二电压阈值时光伏变换器采用改变扰动步长来控制功率。

【技术特征摘要】
1.一种微网系统中光伏变换器自治模式切换控制方法，其特征在于，包括：步骤1：对光伏变换器的直流母线电压进行监视；步骤2：当母线电压值在额定值以内时光伏变换器执行MPPT算法；步骤3：当母线电压值超过第一电压阈值时光伏变换器转为执行反向扰动观测法来限制功率；步骤4：当母线电压值超过第二电压阈值时光伏变换器采用改变扰动步长来控制功率。2.根据权利要求1所述微网系统中光伏变换器自治模式切换控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：如果光伏功率增量为正，而电压增量为正，则继续正方向扰动电压，若电压增量为负，则反方向扰动电压；如果功率增量为负，而电压增量为正，则反向扰动电压，若电压增量为负，则正向扰动电压。3.根据权利要求1所述微网系统中光伏变换器自治模式切换控制方法，其特征在于，所述反向扰动观测法...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂金铜，赵争鸣，冯高辉，袁立强，魏树生，石冰清，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11