一种光储直流微网系统的主动热控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光储直流微网系统的主动热控制方法，首先建立功率器件的热网络模型，同时采集光伏阵列输出电压、光伏阵列输出电流、直流电网电压、储能电池电压、储能电池充放电电流、功率器件损耗、功率器件壳温和环境温度；随后，根据功率器件损耗、壳温和环境温度，结合功率器件的热网络模型，对功率器件结温进行估计；再根据光伏阵列最大功率动态限制的扰动观察法和储能电池充放电电流动态限制的双闭环PI控制，输出进行了主动热控制的功率器件PWM信号占空比值；最后，根据功率器件PWM信号占空比值对光储直流微网系统进行主动热控制。本发明专利技术能够防止功率器件结温超过最大允许值，提升了光储直流微网系统的热安全性、供电持续性和短时过载能力。

【技术实现步骤摘要】
一种光储直流微网系统的主动热控制方法
本专利技术属于功率器件热控制领域，具体涉及一种光储直流微网系统的主动热控制方法。
技术介绍
光储直流微网系统是光伏发电的一种主要形式，其结构简单、建设周期短，并且能有效解决电网难以覆盖的偏远地区工厂、家庭和公共事业用电困难问题，因此得到了广泛应用。然而，当光储直流微网系统散热不良或过载运行时，光储直流微网系统极易因功率器件温度过高发生频繁停机甚至发生过热故障，从而影响系统的热安全性和供电持续性。功率器件的损耗是其发热的根本原因，尤其是在散热器积灰导致的散热能力下降或系统过载运行时，光储直流微网系统极易发生过热故障，从而带来经济损失和安全隐患。目前，工程上通常会设置一个温度保护点，防止功率器件温度过高而造成光储直流微网系统发生故障。但是，一旦功率器件温度超过该温度保护点，系统将会降额运行甚至直接停机。温度保护点设置通常比较保守，因此，不能充分发挥系统的功率输出能力；另一方面，对于一些重要供电负荷，直接停机可能会产生较大的安全问题或经济损失，而主动热控制是解决以上问题的关键方法。目前，已有许多专利都提出了功率器件主动热控制的方法。中国专利201610826041.5提出了《一种功率器件结温控制电路及主动热管理方法》。该方法利用硬件电路调整变流器中功率器件损耗，进而对功率器件结温进行管理。但是这种主动热管理方式电路较复杂并且结温控制精准较低，不能解决功率器件在大功率输出情况下的超温问题。中国专利201811093735.8提出了《一种功率器件主动结温控制系统及方法》。该方法通过调整功率器件开关频率和散热器冷却水流速两种措施控制功率器件结温。功率器件开关频率对器件损耗调节范围较小并且外部散热装置会增加应用系统的成本和体积，应用难度较大。在已有的专利中，未有主动热控制方法被应用到光储直流微网系统中。为保障光储直流微网系统的热安全性、可靠性和供电持续性，提升短时过载能力，亟需一种光储直流微网系统的主动热控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光储直流微网系统的主动热控制方法，解决了现有光储直流微网系统在散热能力下降或过载运行情况下功率器件出现过温失效的问题，提高了光储直流微网系统的热安全性和供电的持续性，也安全提升了系统的短时过载能力。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种光储直流微网系统的主动热控制方法，具体步骤如下：步骤1：建立功率器件结-壳热网络模型，同时采集光伏发电控制电路的状态参数、储能电池充放电控制电路的状态参数和环境参数；所述光伏发电控制电路的状态参数包括光伏阵列输出电压、光伏阵列输出电流、光伏发电控制电路中功率器件损耗值和光伏发电控制电路中功率器件壳温；所述储能电池充放电控制电路的状态参数包括直流电网电压、储能电池电压、储能电池充放电电流、储能电池充放电控制电路中功率器件损耗值和储能电池充放电控制电路中功率器件壳温；所述环境参数为环境温度，转入步骤2。步骤2：根据功率器件损耗值、功率器件壳温和环境温度，结合功率器件结-壳热网络模型，对光伏发电控制电路中功率器件进行结温估计，获取光伏发电控制电路中功率器件结温估计值，转入步骤3。同时对储能电池充放电控制电路中功率器件进行结温估计，获取储能电池充放电控制电路中功率器件结温估计值，转入步骤4。步骤3：根据光伏阵列输出电压、光伏阵列输出电流和光伏发电控制电路中功率器件结温估计值，结合光伏阵列最大功率动态限制的扰动观察法，输出光伏发电控制电路中功率器件的PWM信号占空比值D_Q1，转入步骤5。步骤4：根据直流电网电压、储能电池电压、储能电池充放电电流和储能电池充放电控制电路中功率器件结温估计值，结合储能电池充放电电流动态限制的双闭环PI控制，输出储能电池充放电控制电路中功率器件的PWM信号占空比值D_Q2和D_Q3，转入步骤5。步骤5：光储直流微网系统根据D_Q1、D_Q2和D_Q3，输出相应的PWM信号，实现光伏阵列的最大功率点跟踪、储能电池充放电控制和功率器件的主动热控制。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)通过光伏阵列最大功率动态限制的扰动观察法，适时调整传统扰动观察法允许跟踪的最大功率点，能够防止光伏发电控制电路中功率器件出现过温；通过储能电池充放电电流动态限制的双闭环PI控制，能够防止储能电池充放电控制电路中功率器件出现过温。光伏阵列最大功率动态限制的扰动观察法和储能电池充放电电流动态限制的双闭环PI控制解决了现有光储直流微网系统中功率器件易出现过温失效的问题，提高了系统的热安全性和供电持续性。(2)利用功率器件温升的滞后性和温度闭环对功率器件结温的精确控制，本专利技术安全提升了光储直流微网系统短时过载能力。附图说明图1为本专利技术所述的光储直流微网系统的主动热控制方法流程图。图2为功率器件结-壳热网络模型示意图。图3为本专利技术实施例中的传统光储直流微网系统示意图。图4为光伏阵列最大功率动态限制的扰动观察法原理图。图5为储能电池充放电电流动态限制的双闭环PI控制原理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术所述的一种光储直流微网系统的主动热控制方法，实施步骤如下：步骤1：建立功率器件结-壳热网络模型，同时采集光伏发电控制电路的状态参数、储能电池充放电控制电路的状态参数和环境参数；所述光伏发电控制电路的状态参数包括光伏阵列输出电压VPV、光伏阵列输出电流IPV、光伏发电控制电路中功率器件损耗值Ploss_1和光伏发电控制电路中功率器件壳温Tc_Q1；所述储能电池充放电控制电路的状态参数包括直流电网电压VDC、储能电池电压Vbat、储能电池充放电电流Ibat、储能电池充放电控制电路中功率器件损耗值Ploss_2、Ploss_3和储能电池充放电控制电路中功率器件壳温Tc_Q2、Tc_Q3；所述环境参数为环境温度Ta，转入步骤2。光伏发电控制电路用于控制光伏阵列的输出功率，实现最大功率点跟踪，提高光伏发电系统的能量收集效率。储能电池充放电控制电路用于控制储能电池充电和放电，实现光储直流微网系统的功率平衡。进一步地，所述功率器件结-壳热网络模型可根据器件厂商提供的数据手册建立，功率器件结-壳热网络模型如图2所示。P为功率器件的功率损耗；Tj为功率器件的结温；C1～Cm为热网络模型中各节点热容；R1～Rm为热网络模型中各节点热阻；T1～Tm-1为热网络模型中各节点温度；Tc为功率器件的壳温。功率器件结-壳热网络模型的参数均可从器件厂商提供的数据手册获取，m＝1,2,3……，m为功率器件结-壳热网络模型阶数。进一步地，所述光伏发电控制电路和储能电池充放电控制电路的一个实施例如图3所示。该实施例中，光储直流微网系统控制器1输出PWM信号，分别控制光伏发电控制电路2中的第一功率器件Q1开关动作，和储能电池充放电控制电路3中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光储直流微网系统的主动热控制方法，其特征在于，具体步骤如下：/n步骤1：建立功率器件结-壳热网络模型，同时采集光伏发电控制电路的状态参数、储能电池充放电控制电路的状态参数和环境参数；所述光伏发电控制电路的状态参数包括光伏阵列输出电压、光伏阵列输出电流、光伏发电控制电路中功率器件损耗值和光伏发电控制电路中功率器件壳温；所述储能电池充放电控制电路的状态参数包括直流电网电压、储能电池电压、储能电池充放电电流、储能电池充放电控制电路中功率器件损耗值和储能电池充放电控制电路中功率器件壳温；所述环境参数为环境温度，转入步骤2；/n步骤2：根据功率器件损耗值、功率器件壳温和环境温度，结合功率器件结-壳热网络模型，对光伏发电控制电路中功率器件进行结温估计，获取光伏发电控制电路中功率器件结温估计值，转入步骤3。同时对储能电池充放电控制电路中功率器件进行结温估计，获取储能电池充放电控制电路中功率器件结温估计值，转入步骤4；/n步骤3：根据光伏阵列输出电压、光伏阵列输出电流和光伏发电控制电路中功率器件结温估计值，结合光伏阵列最大功率动态限制的扰动观察法，输出光伏发电控制电路中功率器件的PWM信号占空比值D...

【技术特征摘要】
1.一种光储直流微网系统的主动热控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：建立功率器件结-壳热网络模型，同时采集光伏发电控制电路的状态参数、储能电池充放电控制电路的状态参数和环境参数；所述光伏发电控制电路的状态参数包括光伏阵列输出电压、光伏阵列输出电流、光伏发电控制电路中功率器件损耗值和光伏发电控制电路中功率器件壳温；所述储能电池充放电控制电路的状态参数包括直流电网电压、储能电池电压、储能电池充放电电流、储能电池充放电控制电路中功率器件损耗值和储能电池充放电控制电路中功率器件壳温；所述环境参数为环境温度，转入步骤2；
步骤2：根据功率器件损耗值、功率器件壳温和环境温度，结合功率器件结-壳热网络模型，对光伏发电控制电路中功率器件进行结温估计，获取光伏发电控制电路中功率器件结温估计值，转入步骤3。同时对储能电池充放电控制电路中功率器件进行结温估计，获取储能电池充放电控制电路中功率器件结温估计值，转入步骤4；
步骤3：根据光伏阵列输出电压、光伏阵列输出电流和光伏发电控制电路中功率器件结温估计值，结合光伏阵列最大功率动态限制的扰动观察法，输出光伏发电控制电路中功率器件的PWM信号占空比值D_Q1，转入步骤5；
步骤4：根据直流电网电压、储能电池电压、储能电池充放电电流和储能电池充放电控制电路中功率器件结温估计值，结合储能电池充放电电流动态限制的双闭环PI控制，输出储能电池充放电控制电路中功率器件的PWM信号占空比值D_Q2和D_Q3，转入步骤5；
步骤5：光储直流微网系统根据D_Q1、D_Q2和D_Q3，输出相应的PWM信号，实现光伏阵列的最大功率点跟踪、储能电池充放电控制和功率器件的主动热控制。


2.根据权利要求1所述的光储直流微网系统的主动热控制方法，其特征在于，所述步骤3中，根据光伏阵列输出电压、光伏阵列输出电流和光伏发电控制电路中功率器件结温估计值，结合光伏阵列最大功率动态限制的扰动观察法，输出光伏发电控制电路中功率器件的PWM信号占空比值D_Q1，具体如下：
步骤3-1：采集当前k时刻光伏阵列输出电压VPV(k)和光伏阵列输出电流IPV(k)，计算光伏阵列当前k时刻输出功率P(k)：
P(k)＝VPV(k)*IPV(k)
步骤3-2：将光伏发电控制电路中功率器件结温估计值输入第一PI控制器进行闭环控制，得到光伏阵列最大功率限制值Plim；根据光伏阵列最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：应展烽，熊城，邱纯，陈灯，李德明，谢佳伟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32