一种光伏直流变换器串联升压并网系统发电量提升控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种光伏直流变换器串联升压并网系统发电量提升控制方法，各台光伏直流变换器采用输入并联输出串联的模块化级联结构，各光伏直流变换器根据实时运行模块数量与可使用冗余模块数量，确定其输出电压上限与下限范围，并实时检测直流变换器输出电压，决定投入或切除直流变换器内部模块数量，尽可能使各台光伏直流变换器工作在最大功率跟踪模式；当光伏直流变换器模块投切控制仍不能使其保持最大功率跟踪运行时，直流变换器实现最大功率跟踪模式与限电压工作模式的自由切换，进入限电压工作模式。本发明专利技术解决由于各台光伏直流变换器功率失配导致的光伏直流变换器输出电压越限问题和功率损失问题，可以有效提高光伏直流变换器串联升压并网系统发电量。

A method of power generation control for photovoltaic DC converter series boost grid connected system

【技术实现步骤摘要】
一种光伏直流变换器串联升压并网系统发电量提升控制方法
本专利技术涉及一种光伏直流变换器串联升压并网系统发电量提升控制方法，应用于大型光伏电站光伏直流变换器串联升压并网系统。
技术介绍
光伏发电基地可以汇聚优势资源、发挥规模效应，极大降低发电成本，是世界光伏发电规模化发展应用的重要方向。然而，传统百万千瓦级光伏发电基地电站内部采用低压交流汇集方式，汇流线路多、距离远、线路损耗大，所需设备多，直接影响光伏电站的整体效率与成本；同时，交流汇集系统的容抗感抗大，传统交流接入系统的谐波谐振、无功传输问题非常突出，成为限制光伏电能远距离输送的技术瓶颈。光伏电站内部采用中高压直流方式汇集电能，可以减小汇集线路损耗、降低建设成本，节省转换设备，同时采用直流送出方式可以完全避免交流送出的谐波谐振、无功损耗等问题。全直流系统效率比集中交流系统可提高约2％～3％，全直流级联结构是未来光伏发电基地的重要发展方向之一，特别是针对边远弱电网地区，全直流级联系统结合中高压柔性直流系统可以实现大规模光伏基地电能远距离传输外送。大规模光伏电站经中高压直流进行电能汇集，给大容量电力电子设备带来了一系列新的技术挑战。目前国内外对光伏中高压直流串联型升压汇集系统研究还处于起步阶段，对光伏直流串联型升压汇集系统的运行特性和控制策略的研究成果不多。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种光伏直流变换器串联升压并网系统发电量提升控制方法，主要解决由于各台光伏直流变换器功率失配导致的变换器输出电压越限问题和功率损失问题，尽可能使各台光伏直流变换器工作在最大功率跟踪模式，从而提高系统发电量；为光伏直流变换器串联升压并网系统的实证应用和推广提供技术支撑，具有重要的理论研究意义和工程实用价值。本专利技术技术解决方案：一种光伏直流变换器串联系统发电量提升控制方法，所述光伏直流变换器串联系统包括：N组光伏阵列和N台光伏直流变换器，每组光伏阵列的输出端与一台光伏直流变换器的输入端连接，串联系统中各台光伏直流变换器的输出端依次串联连接，N组光伏阵列与N台光伏直流变换器组成一套光伏直流变换器串联系统，然后接入高压直流电网，实现光伏电能直流升压、汇集、并网送出；根据光伏直流变换器串联升压并网系统中光伏直流变换器的输入功率与其输出电压情况，光伏直流变换器串联升压并网系统包含以下几种运行工况：光伏直流变换器输入功率均衡情况、光伏直流变换器输入功率轻微不均衡情况、光伏直流变换器输入功率严重不均衡情况，分别对应不同的运行模式；1)光伏直流变换器功率均衡情况当串联系统中所有光伏直流变换器的输出功率一致，即满足下式时，则光伏直流变换器功率均衡。Pi＝Pavg式中：Pi表示光伏直流变换器的输出功率，Pavg表示串联系统中光伏直流变换器的平均输出功率。由此可以得出串联系统中光伏直流变换器的出口电压为：Vi＝Vavg式中：Vi表示光伏直流变换器的输出电压，Vavg表示串联系统中光伏直流变换器的平均输出电压。此时，串联系统中所有光伏直流变换器都工作在最大功率跟踪控制模式，可以实现全部光伏功率输出。2)光伏直流变换器功率轻度不均衡情况当光伏直流变换器串联升压并网系统中光伏直流变换器的输入功率不一致时，则输入功率较大的光伏直流变换器输出电压也较大，而输出功率较小的光伏直流变换器输出电压也较小。当所有光伏直流变换器的输出电压满足下式时，则可认为光伏直流变换器输入功率轻度不均衡：(1-β)Vnom≤Vi≤(1+α)Vnom式中：α和β分别代表光伏直流变换器的输出电压上限和下限，Vnom表示光伏直流变换器的额定输出电压。此时，串联系统中所有光伏直流变换器都可以工作在最大功率跟踪控制模式，可以实现全部光伏功率输出。3)光伏直流变换器功率严重不均衡情况当光伏直流变换器串联升压并网系统中有光伏直流变换器的输出电压满足下式时，则可认为串联系统中光伏直流变换器输入功率严重不均衡：Vi＞(1+α)Vnom或Vi＜(1-β)Vnom此时，输出电压达到上限的光伏直流变换器采用定输出电压上限控制模式，输出功率得到限制；输出电压达到下限的光伏直流变换器采用定输出电压下限控制模式，光伏功率可以全部输出；本专利技术所述控制方法包括以下步骤：光伏直流变换器串联升压并网系统正常启动后，各台光伏直流变换器实时检测光伏直流变换器输出电压Vi，并将输出电压Vi分别与设定的光伏直流变换器输出电压上下限报警值及极限值Vupper、Vlower、Vupper_max、Vlower_min比较，根据比较结果执行以下对应的控制方案；①当光伏直流变换器串联升压并网系统中光伏直流变换器的输出电压满足Vlower≤Vi≤Vupper时，光伏直流变换器的输出电压处于正常范围内，光伏直流变换器继续保持最大功率跟踪运行模式；②当光伏直流变换器串联升压并网系统中光伏直流变换器的输出电压满足Vupper＜Vi＜Vupper_max时，光伏直流变换器输出电压达到上限报警值，光伏直流变换器检查该变换器内部的实时正常运行功率模块数量j是否小于可运行功率模块数量k，若j＜k，则说明光伏直流变换器还有可以投入运行的可运行功率模块，则该光伏直流变换器启动一个可运行功率模块，继续保持最大功率跟踪运行模式；若j＝k，则说明该光伏直流变换器内部可运行运行模块已全部投入使用，此时该光伏直流变换器采用限电压上限控制模式运行；③当光伏直流变换器串联升压并网系统中光伏直流变换器的输出电压Vlower_min≤Vi＜Vlower时，光伏直流变换器的输出电压达到下限报警值，光伏直流变换器检测该变换器内部实时正常运行功率模块数量j是否大于1，若j＞1，则该光伏直流变换器退出一台功率模块，继续执行最大功率跟踪；若j＝1，则该光伏直流变换器从光伏直流变换器串联升压并网系统中退出并停止运行；所述电压上下限报警值及极限值Vupper、Vlower、Vupper_max、Vlower_min分别定义如下：式中：Vmodul,max与Vmodul,min分别代表光伏直流变换器内部功率模块的最大输出电压与最小输出电压，j为光伏直流变换器内部实时正常运行功率模块数量，k为光伏直流变换器内部可运行功率模块数量，0＜j≤k≤n+m，其中n为光伏直流变换器内部配置的正常运行功率模块数量，m为光伏直流变换器配置的冗余备用功率模块数量。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术控制方法主要解决由于各台光伏直流变换器功率失配导致的变换器输出电压越限问题和功率损失问题，通过本专利技术方法，尽可能使各台光伏直流变换器工作在最大功率跟踪模式，提高串联系统发电量。当串联系统中光伏直流变换器输出功率不均衡时，输出功率较大的光伏直流变换器输出发生过电压，此时通过光伏直流变换器投入其内部的冗余备用功率模块，提高光伏直流变换器的输出电压上限值；串联系统中输出功率较小的光伏直流变换器可能发生欠电压，当欠电压发生时，光伏直流变换器切除其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏直流变换器串联升压并网系统发电量提升控制方法，所述的光伏直流变换器串联升压并网系统包括：N组光伏阵列和N台光伏直流变换器，每组光伏阵列的输出端与一台光伏直流变换器的输入端连接，串联升压并网系统中各台光伏直流变换器的输出端依次串联连接，N组光伏阵列与N台光伏直流变换器组成一套光伏直流变换器串联升压并网系统，然后接入高压直流电网，实现光伏电能直流升压、汇集、并网送出；/n其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：/n光伏直流变换器串联升压并网系统正常启动后，各台光伏直流变换器实时检测其输出电压V

【技术特征摘要】
1.一种光伏直流变换器串联升压并网系统发电量提升控制方法，所述的光伏直流变换器串联升压并网系统包括：N组光伏阵列和N台光伏直流变换器，每组光伏阵列的输出端与一台光伏直流变换器的输入端连接，串联升压并网系统中各台光伏直流变换器的输出端依次串联连接，N组光伏阵列与N台光伏直流变换器组成一套光伏直流变换器串联升压并网系统，然后接入高压直流电网，实现光伏电能直流升压、汇集、并网送出；
其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
光伏直流变换器串联升压并网系统正常启动后，各台光伏直流变换器实时检测其输出电压Vi，并将输出电压Vi分别与设定的光伏直流变换器输出电压上下限报警值及极限值Vupper、Vlower、Vupper_max、Vlower_min比较，根据比较结果执行以下对应的控制方案；
①当光伏直流变换器串联升压并网系统中光伏直流变换器的输出电压满足Vlower≤Vi≤Vupper时，光伏直流变换器的输出电压处于正常范围内，光伏直流变换器继续保持最大功率跟踪运行模式；
②当光伏直流变换器串联升压并网系统中光伏直流变换器的输出电压满足Vupper＜Vi＜Vupper_max时，光伏直流变换器输出电压达到上限报警值，光伏直流变换器检查其内部实时正常运行功率模块数量j是否小于可运行功率模块数量k，若j＜k，则说明光伏直流变...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄欣科，王环，周宇，张玉波，魏苗苗，王一波，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11