太阳能并网发电能量输出最大化的方法技术

一种电力系统技术领域的太阳能并网发电能量输出最大化的方法，包括：基本逆变单元正、负两个方向的通／断控制与软连接器中软开关的连接控制策略。由市电基本频率确定的通／断周期Ｔ作为控制器对基本逆变单元正、负两个方向通／断控制周期，基本逆变单元在全程没有零电平输出，只有正、负两种电平输出状态，输出电平用公式Ｕ↓［ｏｕｔ］＝（－１）↑［［ｔ／Ｔ］］Ａ表示，当［ｔ／Ｔ］为偶数时Ｕ↓［ｏｕｔ］＝Ａ；当［ｔ／Ｔ］为奇数时Ｕ↓［ｏｕｔ］＝－Ａ，软连接器在ＰＷＭ控制策略作用下实现基本逆变单元相互之间的串／并连接关系，使系统输出阶梯微分正弦交流电，并达到太阳能并网发电系统在低谐波与高功率因数下能量输出的最大化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种电力系统
的方法，具体是一种。
技术介绍
针对当前能源日益紧张和环保问题日益突出的问题，太阳能作为可再生能源采用并网发电的方式向电网补充电能已经成为当前世界开发新能源技术的研究热点。光伏并网发电的关键技术在于如何使光伏阵列输出最大功率并尽可能安全有效地传输给用户或电网。上述问题取决于三大方面的技术成果电力电子器件、逆变电路拓扑结构以及逆变控制方法。多电平级联逆变电路是当前较为先进的一种直流/交流(DC/AC)逆变拓扑，该电路追求最大限度地降低并网谐波成分。在所有的逆变电路中全靠电力电子开关器件的通/断来实现输出电压形式的转换。众所周知，电子开关器件处于断路的工作状态时，即断开了能量输出通道，这在一般的DC/AC中，根本不存在能量滞留或损失的问题，但是，在太阳能光伏并网中情况就发生了根本的变化，因为太阳能电池是根据光生伏特效应实现光能向电能的转换吸收光能激发出非平衡电子空穴对；非平衡电子和空穴从产生处向非均匀势场运动；非平衡电子和空穴在非均匀势场作用下向相反方向运动而分离。如果光伏电池在太阳光的强烈照射下这种分离趋势所产生的电势能未能得到及时的泄放，不仅会造成能量的浪费，而且还会引起非均匀势场的破坏而出现激发能力衰退的现象。经对现有技术文献的检索发现，文献“Multilevel converters as a utilityinterface for renewable energy systems”(Tolbert，Leon M.and Peng，FangZ.SourceProceedings of the IEEE Power Engineering SocietyTransmission and Distribution Conference，v 2，2000，p 1271-1274)(IEEE电力工程学报，“用于可再生能源的级联变换接口”)介绍了一种用于太阳能并网发电中的多电平级联电路设计，由独立的逆变回路与每组太阳能电池组成一个逆变单元，将多个逆变单元进行固定串接，通过控制器对这些串接的逆变单元通/断时间进行控制，形成多电平移相级联，由于采用有限的直流电平通过移相级联的方式构成近似的正弦波形，因此这种波形的谐波成分少，在无需特别的滤波装置就可以使这种正弦交流电直接并入电网运行。但是，上述电路在考虑降低谐波成分和提高功率因数的时候，并没有考虑到如何使太阳能并网发电系统能量输出最大化。换句话说，上述文献没有考虑当开关器件处于关断状态时太阳能电池能量的释放问题。因此，不仅会造成能量的浪费，而且还会引起非均匀势场被破坏而出现激发能力衰退的现象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种，使其在太阳能并网发电能量输出最大化电路结构的基础上，可以最大限度地促使太阳能电池在高功率因数下达到能量输出最大化，进而确保了系统发电效率在光伏电池单片转换效率固定与光照条件有限的情况下达到最高的程度。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术所述太阳能并网发电能量输出最大化方法是通过控制器、软连接器与基本逆变单元来实现的，包括基本逆变单元正、负两个方向的通/断控制与软连接器中软开关的连接控制。所述基本逆变单元正、负两个方向通/断控制步骤如下(1)确立通/断周期T=Ton=Toff=12f0]]>这里，Ton为基本逆变单元正向导通时间，即正电平输出时段；Toff为基本逆变单元负向导通时间，即负电平输出时段；f0为市电的基本频率。(2)将市电基本频率确定的通/断周期T作为控制器对基本逆变单元正、负两个方向通/断控制周期，即在第一个控制周期基本逆变单元输出正电平，在第二个控制周期基本逆变单元输出负电平，其余类推，基本逆变单元在全程没有零电平输出，只有正、负两种电平输出状态，输出电平用公式表示如下 这里，t为控制发生时间； 为对其中计算结果的取整；A为电平幅值常数。当 为偶数时， 当 为奇数时， 所述软连接器中软开关的连接控制由PWM(脉宽调制)控制策略确定，PWM(脉宽调制)采用正弦调制三角波，由被正弦调制三角波上升沿幅值出现的时刻作为软开关连接状态变换的时刻。具体方法包括首先确定近似正弦波1/4周期内阶梯微分次数N，即阶梯电平的叠加次数，进而确定三角波载波频率fΔfΔ=2NT]]>利用频率为市电基本频率f0的标准正弦波对上述三角波载波进行振幅调制，取被正弦调制三角波上升沿幅值出现的时刻作为软开关连接状态变换的时刻，软连接器中软开关连接状态持续时间由阶梯微分时间Δt的大小所确定，Δt由下式确定Δt＝t2i+1-t2i-1i＝1，2，3... 其中，t(·)表示被正弦调制三角波上升沿幅值出现的时刻，当依次i＝1，2，3...时，按照如下方法改变软连接器的连接状态(1)当 且i＝1，t1出现时，将所有的基本逆变单元全部并接，系统输出第一个正向阶梯电压；(2)当 且i＝2，t3出现时，将原并接的基本逆变单元分成两组进行串接，系统实现两个电平的阶梯状叠加电压输出；(3)当 且i＝3，t5出现时，分别将第一、第二阶梯电压中并接的基本逆变单元各断开三分之一，并将这两个三分之一数量的基本逆变单元并接后再与第二个阶梯电压串接，系统实现三个电平的阶梯状叠加电压输出； (4)当 且i＝k，t2k-1出现时，k为 出现前的最后一次软开关连接状态变换，减少并联数，同时增加串联数，即完成了正弦交流电四分之一周期的阶梯状电压输出；(5)当 且i≥k+1，t2k+1出现以后，开始阶梯电压的递减过程，将原先的依次改并接为串接，依照反向顺序，依次改串接为并接，系统实现阶梯微分近似正弦波电压正半周的输出；(6)当 时，控制器控制所有的基本逆变单元负向导通，接着软连接器在控制器的控制下重复实现上述(1～4)的过程变换；(7)当 时，控制器仍保持所有的基本逆变单元负向导通，接着软连接器在控制器的控制下重复实现上述(5)的过程变换，系统实现阶梯微分近似正弦波电压负半周的输出；(8)当 时，控制器控制所有的基本逆变单元再次正向导通，软连接器在控制器的控制下重复实现上述(1～7)的过程变换，接着周而复始以致无穷，系统实现阶梯微分近似正弦波电压的连续输出。所述的基本逆变单元由4个电力电子开关器件构成桥式电路，连接太阳能电池组，太阳能电池输出电压接入基本逆变单元的两个输入端，在控制器输出的触发信号作用下，基本逆变单元中的四个开关器件接受控制器的通/断时间控制，使得基本逆变单元输出端能够在控制器确定的时间段内输出正、零、负三种状态的电平。所述软连接器由电力电子器件组合而成，利用电力电子开关器件的软开关特性在控制器的控制下起着等效继电开关的作用，并根据不同的时间段对基本逆变单元之间进行串接或者并接。采用本专利技术的软连接器可以使得由光强激发的电能全部释放到电网中去，同时对基本逆变单元通/断时间变得非常简单根据市电频率50Hz计算得出正弦交流电半周时间为10ms，所有组成多电平级联逆变拓扑的基本逆变单元在控制器的控制下同时正向导通和同时负向导通，正/负向导通时间均分别为10ms，也就是说，所有的基本逆变单元同时导通10ms后，又同时关闭正向，再同时开启负向导通10ms，如此周而复始，循环不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能并网发电能量输出最大化的方法，其特征在于包括基本逆变单元正、负两个方向的通／断控制与软连接器中软开关的连接控制，其中：所述的基本逆变单元正、负两个方向的通／断控制，具体为：（１）确立通／断周期：Ｔ＝Ｔ↓［ｏｎ］＝Ｔ↓［ｏｆｆ］＝１／２ｆ↓［０］这里，Ｔ↓［ｏｎ］为基本逆变单元正向导通时间，即正电平输出时段；Ｔ↓［ｏｆｆ］为基本逆变单元负向导通时间，即负电平输出时段；ｆ↓［０］为市电的基本频率；（２）将市电基本频率确定的通／断周期Ｔ作为控制器对基本逆变单元正、负两个方向通／断控制周期，在第一个控制周期基本逆变单元输出正电平，在第二个控制周期基本逆变单元输出负电平，以此类推，基本逆变单元在全程没有零电平输出，只有正、负两种电平输出状态，输出电平用公式表示如下：Ｕ↓［ｏｕｔ］＝（－１）↑［「ｔ／Ｔ」］Ａ这里，ｔ为控制发生时间，「.」为对其中计算结果的取整，Ａ为电平幅值常数，当「ｔ／Ｔ」为偶数时，Ｕ↓［ｏｕｔ］＝（－１）↑［「ｔ／Ｔ」］Ａ＝Ａ；当「ｔ／Ｔ」为奇数时，Ｕ↓［ｏｕｔ］＝（－１）↑［「ｔ／Ｔ」］Ａ＝－Ａ；所述的软连接器中软开关的连接控制，具体为：（１）控制策略由脉宽调制确定，脉宽调制采用正弦调制三角波，由被正弦调制三角波上升沿幅值出现的时刻作为软开关连接状态变换的时刻，首先确定近似正弦波１／４周期内阶梯微分次数Ｎ，即阶梯电平的叠加次数，进而确定三角波载波频率ｆ↓［△］ｆ↓［△］＝２Ｎ／Ｔ用频率为市电基本频率ｆ↓［０］的标准正弦波对上述三角波载波进行振幅调制；（２）软连接器中软开关连接状态持续时间由阶梯微分时间△ｔ的大小所确定，△ｔ由下式确定：△ｔ＝ｔ↓［２ｉ＋１］－ｔ↓［２ｉ－１］ｉ＝１，２，３…其中，ｔ↓［（.）］表示被正弦调制三角波上升沿幅值出现的时刻。...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能并网发电能量输出最大化的方法，其特征在于包括基本逆变单元正、负两个方向的通/断控制与软连接器中软开关的连接控制，其中所述的基本逆变单元正、负两个方向的通/断控制，具体为(1)确立通/断周期T=Ton=Toff=12f0]]>这里，Ton为基本逆变单元正向导通时间，即正电平输出时段；Toff为基本逆变单元负向导通时间，即负电平输出时段；f0为市电的基本频率；(2)将市电基本频率确定的通/断周期T作为控制器对基本逆变单元正、负两个方向通/断控制周期，在第一个控制周期基本逆变单元输出正电平，在第二个控制周期基本逆变单元输出负电平，以此类推，基本逆变单元在全程没有零电平输出，只有正、负两种电平输出状态，输出电平用公式表示如下Uout＝(-1)t/TA这里，t为控制发生时间，·为对其中计算结果的取整，A为电平幅值常数，当t/T为偶数时，Uout＝(-1)t/TA＝A；当t/T为奇数时，Uout＝(-1)t/TA＝-A；所述的软连接器中软开关的连接控制，具体为(1)控制策略由脉宽调制确定，脉宽调制采用正弦调制三角波，由被正弦调制三角波上升沿幅值出现的时刻作为软开关连接状态变换的时刻，首先确定近似正弦波周期内阶梯微分次数N，即阶梯电平的叠加次数，进而确定三角波载波频率fΔfΔ=2NT]]>用频率为市电基本频率f0的标准正弦波对上述三角波载波进行振幅调制；(2)软连接器中软开关连接状态持续时间由阶梯微分时间Δt的大小所确定，Δt由下式确定Δt＝t2i+1-t2i-1i＝1，2，3…其中，t(·)表示被正弦调制三角波上升沿幅值出现的时刻。2.根据权利要求1所述的太阳能并网发电能量输出最大化的方法，其特征是，所述的软连接器中软开关的连接控制，当依次i＝1，2，3…时，按照如下方法改变软连接器的连接状态(1)当2t/T＝0，且i＝1，t1出现时，将所有的基本逆变单元全部并接，系统输出第一个正向阶梯电压；(2)当2t/T＝0，且i＝2，t3出现时，将原并接的基本逆变单元分成两组进行串接，系统实现两个电平的阶梯状叠加电压输出；(3)当2t/T＝0，且i＝3，t5出现时，分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾国辉，张秀彬，赵兴勇，肖杭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[]