一种光伏微电网孤岛模式发电装置及其控制方法制造方法及图纸

一种光伏微电网孤岛模式发电装置及其控制方法，属于光伏发电技术领域。本发明专利技术包括DSP控制单元、数据采集单元、执行单元、PV阵列输入单元、监控显示单元、混合储能控制单元、以及负载，混合储能控制单元包括储能管理、蓄电池、超级电容器、DC/DC双向变换器Ⅱ、DC/DC双向变换器Ⅲ、以及若干开关。本发明专利技术将超级电容器和蓄电池分别通过DC/DC双向变换器连接到直流母线上构成混合储能系统，蓄电池主要负责稳定直流母线电压，超级电容器主要负责减少负载突变对直流母线造成的冲击，以发挥超级电容器循环寿命长、功率提高、储能能力增加以及响应速度迅速等优势，同时还能有效避免超级电容器储能不高的缺点。高的缺点。高的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏微电网孤岛模式发电装置及其控制方法


[0001]本专利技术属于光伏发电
，具体是涉及一种光伏微电网孤岛模式发电装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着石油、煤炭和天然气等化石燃料的迅速消耗，环境污染与能源危机日益加剧，太阳能具有清洁安全、取之不尽和用之不竭等特点，成为新能源研究的热点之一。
[0003]光伏微电网最大限度利用分布式和多样化可再生能源的特点，在同一网络中管理能源，并可在电网并网模式和孤岛模式之间切换。在孤岛模式中，微电网未连接到主电网，仅提供本地负载供电。在孤岛模式中，太阳能光伏微电网系统孤岛模式发电时，受到周围环境和气候比较大,因而导致太阳能光伏发电输出功率不可预知，发电效率不稳定。太阳能独立的光伏系统一般自身要配置携带一定容量的蓄能设备,以确保太阳能光伏负载利用率的可靠性和连续性。目前,在孤岛模式中，铅酸蓄电池通常用作独立光伏系统中的储能装置,尤其是太阳能光伏中小型电力系统。但是,存在着短周期寿命短、较严的太阳能光伏充放电电流限制，以及受到环境制约问题等缺点，影响太阳能光伏系统的普及和发展。太阳能光伏系统中铅酸蓄电池的配置成本占光伏系统成本的20％
‑
25％。因为太阳能光伏发电系统过程的特殊性以及太阳能光伏发电系统工作环境影响,常常造成太阳能光伏电池较早失去效果，蓄电池容量逐渐降低，需要不断更换蓄电池，导致太阳能光伏系统的发电成本升高。
[0004]超级电容器由于循环寿命长、功率密度高、不需要维护和充放电效率高等优点,逐渐受到社会的重视。超级电容器的缺点是能量密度低于电池，成本高，目前难以实现大容量的电源存储。超级电容器充放电效率高，自身功率密度较大，反复使用寿命长，在循环充放电和大功率充放电的场合很适应。但也有不足，如能量密度相对偏低，因此不太适宜于大规模电力储能。相比于超级电容器，蓄电池特性则相反，其功率密度小，但能量密度较大，循环寿命较短，充放电效率较低，对充放电过程较为敏感。可见，在光伏微电网孤岛模式发电中，对大功率充放电和频繁充放电的适应性有待提高。
[0005]因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种光伏微电网孤岛模式发电装置及其控制方法，以解决传统单一蓄电池储能光伏发电装置存在负载突变冲击能力弱、循环次数低、寿命短等不足。
[0007]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种光伏微电网孤岛模式发电装置，包括DSP控制单元、数据采集单元、执行单元、PV阵列输入单元、监控显示单元、混合储能控制单元、以及负载，所述DSP控制单元包括开关量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、中央处理器、以及设有RBF控制算法的RBF控制器，所述中央处理器分别连接开关量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和RBF控制器，所述执行单元包括依次相
连的PWM控制器、占空比和DC/DC双向变换器Ⅰ，所述PWM控制器与模拟量输出模块相连，所述PV阵列输入单元通过DC/DC双向变换器Ⅰ与负载相连，所述混合储能控制单元包括储能管理、蓄电池、超级电容器、DC/DC双向变换器Ⅱ、DC/DC双向变换器Ⅲ、以及若干开关，所述储能管理与中央处理器相连，所述储能管理通过控制开关的状态改变蓄电池、超级电容器、PV阵列输入单元、负载的工作模式，所述数据采集单元分别连接PV阵列输入单元、模拟量输入模块、开关量模块、DC/DC双向变换器Ⅰ、蓄电池、以及超级电容器，所述监控显示单元连接DSP控制单元。
[0008]作为优选，所述开关包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、以及开关K6，所述PV阵列输入单元通过开关K1与DC/DC双向变换器Ⅰ相连，所述DC/DC双向变换器Ⅰ通过开关K2与负载相连，所述储能管理通过控制开关S1、开关S2的状态使蓄电池工作在DC/DC双向变换器Ⅱ的Boost模式或Buck模式，DC/DC双向变换器Ⅱ的Boost模式通过开关K3与负载相连，DC/DC双向变换器Ⅱ的Buck模式通过开关K4与负载相连，所述储能管理通过控制开关S3、开关S4的状态使超级电容器工作在DC/DC双向变换器Ⅲ的Boost模式或Buck模式，DC/DC双向变换器Ⅲ的Boost模式通过开关K5与负载相连，DC/DC双向变换器Ⅲ的Buck模式通过开关K6与负载相连。
[0009]作为优选，所述数据采集单元为传感器，采集太阳能光伏输入电流信号、太阳能光伏输入电压信号、太阳能光伏输出电流信号、太阳能光伏输出电压信号、光照强度信号、环境温度信号、蓄电池电压信号、蓄电池电流信号、超级电容器电压信号、以及超级电容器电流信号。
[0010]作为优选，所述监控显示单元包括液晶显示器和按键，所述按键与液晶显示器相连，所述液晶显示器通过总线网络与DSP控制单元相连。
[0011]作为优选，所述RBF控制器的RBF控制算法包括如下步骤：建立RBF神经网络；系统参数采样；采集的数据归一化处理；RBF神经网络表达式；梯度下降法训练；判断是否结束。
[0012]作为优选，所述PWM控制器的实施步骤为：利用RBF控制器的RBF控制算法计算出最佳数据，并以此输出最佳的占空比信号，通过调节占空比大小，控制DC/DC双向变换器Ⅰ开关管的导通时间，调整输出电压，使MPPT功率输出不断靠近最大功率点。
[0013]作为优选，所述PWM控制器的具体实施步骤为：
[0014]步骤1，以RBF控制算法多次迭代计算生成的最佳数据为初始数据，确定功率变化量允许最小值mP和电压变化量允许最小值mV；
[0015]步骤2：计算此时功率变化量
△
P的绝对值，并判断是否小于功率变化量允许最小值mP；若是，转到步骤3；若否，转到步骤4；
[0016]步骤3：计算此时电压变化量
△
V的绝对值，并判断是否大于电压变化量允许最小值mV；若是，转到步骤4；若否，转到步骤6；
[0017]步骤4：确定扰动步长
△
D；
[0018]步骤5：进行步长自适应调整，计算更新占空比；
[0019]步骤6：获得最佳占空比，控制DC/DC双向变换器Ⅰ开关管的导通时间，调整输出电压，使MPPT功率输出不断靠近最大功率点，从而获得MPPT最大功率输出效果。
[0020]所述光伏微电网孤岛模式发电装置的控制方法为：
[0021]工作模式1，当PV阵列输入单元的输出功率P
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＞负载需求功率P
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，蓄电池的荷电状
态SOC
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＜蓄电池荷电上限SOC
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，超级电容器荷电状态SOC
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＜超级电容器荷电上限SOC
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时，开关S1、开关S3、开关K3和开关K5为断开状态，开关S2、开关S4、开关K本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光伏微电网孤岛模式发电装置，其特征在于，包括DSP控制单元、数据采集单元、执行单元、PV阵列输入单元、监控显示单元、混合储能控制单元、以及负载，其特征在于，所述DSP控制单元包括开关量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、中央处理器、以及设有RBF控制算法的RBF控制器，所述中央处理器分别连接开关量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和RBF控制器，所述执行单元包括依次相连的PWM控制器、占空比和DC/DC双向变换器Ⅰ，所述PWM控制器与模拟量输出模块相连，所述PV阵列输入单元通过DC/DC双向变换器Ⅰ与负载相连，所述混合储能控制单元包括储能管理、蓄电池、超级电容器、DC/DC双向变换器Ⅱ、DC/DC双向变换器Ⅲ、以及若干开关，所述储能管理与中央处理器相连，所述储能管理通过控制开关的状态改变蓄电池、超级电容器、PV阵列输入单元、负载的工作模式，所述数据采集单元分别连接PV阵列输入单元、模拟量输入模块、开关量模块、DC/DC双向变换器Ⅰ、蓄电池、以及超级电容器，所述监控显示单元连接DSP控制单元。2.根据权利要求1所述的一种光伏微电网孤岛模式发电装置，其特征在于，所述开关包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、以及开关K6，所述PV阵列输入单元通过开关K1与DC/DC双向变换器Ⅰ相连，所述DC/DC双向变换器Ⅰ通过开关K2与负载相连，所述储能管理通过控制开关S1、开关S2的状态使蓄电池工作在DC/DC双向变换器Ⅱ的Boost模式或Buck模式，DC/DC双向变换器Ⅱ的Boost模式通过开关K3与负载相连，DC/DC双向变换器Ⅱ的Buck模式通过开关K4与负载相连，所述储能管理通过控制开关S3、开关S4的状态使超级电容器工作在DC/DC双向变换器Ⅲ的Boost模式或Buck模式，DC/DC双向变换器Ⅲ的Boost模式通过开关K5与负载相连，DC/DC双向变换器Ⅲ的Buck模式通过开关K6与负载相连。3.根据权利要求1所述的一种光伏微电网孤岛模式发电装置，其特征在于，所述数据采集单元为传感器，采集太阳能光伏输入电流信号、太阳能光伏输入电压信号、太阳能光伏输出电流信号、太阳能光伏输出电压信号、光照强度信号、环境温度信号、蓄电池电压信号、蓄电池电流信号、超级电容器电压信号、以及超级电容器电流信号。4.根据权利要求1所述的一种光伏微电网孤岛模式发电装置，其特征在于，所述监控显示单元包括液晶显示器和按键，所述按键与液晶显示器相连，所述液晶显示器通过总线网络与DSP控制单元相连。5.根据权利要求1所述的一种光伏微电网孤岛模式发电装置，其特征在于，所述RBF控制器的RBF控制算法包括如下步骤：建立RBF神经网络；系统参数采样；采集的数据归一化处理；RBF神经网络表达式；梯度下降法训练；判断是否结束。6.根据权利要求1所述的一种光伏微电网孤岛模式发电装置，其特征在于，所述PWM控制器的实施步骤为：利用RBF控制器的RBF控制算法计算出最佳数据，并以此输出最佳的占空比信号，通过调节占空比大小，控制DC/DC双向变换器Ⅰ开关管的导通时间，调整输出电压，使MPPT功率输出不断靠近最大功率点。7.根据权利要求6所述的一种光伏微电网孤岛模式发电装置，其特征在于，所述PWM控制器的具体实施步骤为：步骤1，以RBF控制算法多次迭代计算生成的最佳数据为初始数据，确定功率变化量允许最小值mP和电压变化量允许最小值mV；步骤2：计算此时功率变化量
△
P的绝对值，并判断是否小于功率变化量允许最小值mP；
若是，转到步骤3；若否，转到步骤4；步骤3：计算此时电压变化量
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V的绝对值，并判断是否大于电压变化量允许最小值mV；若是，转到步骤4；若否，转到步骤6；步骤4：确定扰动步长
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D；步骤5：进行步长自适应调整，计算更新占空比；步骤6：获得最佳占空比，控制DC/DC双向变换器Ⅰ开关管的导通时间，调整输出电压，使MPPT功率输出不断靠近最大功率点，从而获得MPPT最大功率输出效果。8.一种权利要求1所述的光伏微电网孤岛模式发电装置的控制方法，其特征在于，所述方法为：工作模式1，当PV阵列输入单元的输出功率P
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＞负载需求功率P
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，蓄电池的荷电状态SOC
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＜蓄电池荷电上限SOC
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，超级电容器荷电状态SOC
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＜超级电容器荷电上限SOC
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时，开关S1、开关S3、开关K3和开关K5为断开状态，开关S2、开关S4、开关K1、开关K2、开关K4和开关K6为闭合状态，PV阵列输入单元给负载供电，同时多余的能量供超级电容器和蓄电池充电，DC/DC双向变换器Ⅱ和DC/DC双向变换器Ⅲ工作在Buck模式下，当蓄电池和超级电容器充电达到上限后，自动停止充电，以确保光伏电路输出两端的主电压保持在一定值范围内；工作模式2，当PV阵列输入单元的输出功率P
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＞负载需求功率P
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，蓄电池的荷电状态SOC
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时，开关S1、开关S2、开关S3、开关K3、开关K4和开关K5为断开状态，开关S4、开关K1、开关K2和开关K6为闭合状态，PV阵列输入单元给负载供电，同时多余的能量供超级电容器充电，DC/DC双向变换器Ⅱ不工作，DC/DC双向变换器Ⅲ工作在Buck模式下，当超级电容器充电达到上限后，自动停止充电，以确保光伏电路输出两端的主电压保持在一定值范围内；工作模式3，当PV阵列输入单元的输出功率P
v
＞负载需求功率P
L
，蓄电池的荷电状态SOC
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＜蓄电池荷电上限SOC
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，超级电容器荷电状态SOC
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＞超级电容器荷电上限SOC
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时，开关S1、开关S3、开关S4、开关K3、开关K5和开关K6为断开状态，开关S2、开关K1、开关K2和开关K4为闭合状态，PV阵列输入单元给负载供电，同时...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈怀忠，
申请(专利权)人：浙江工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：