一种光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法技术方案

本发明专利技术提出一种光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法，该方法依据系统中各变换器自身输出电压、输入功率实时变化状态，通过分段式变步长与动态阈值调节的方式，实现变换器工作模式快速、平稳切换以及安全可靠运行，并可提高串联系统发电量。在变换器处于模式切换状态或者单一工作模态时，针对不同具体工况，采用不同的动态调节方式，实现光伏中压直流串联系统在工况复杂多变条件下的多模式协调控制。本发明专利技术能够根据光伏中压直流串联系统中各变换器自身输出变化状态，在无集中控制器条件下，实现各直流变换器工作模式平稳切换，可提高串联系统光照利用效率，并减小模式切换过程中电压/电流变化率及线路传导干扰。中电压/电流变化率及线路传导干扰。中电压/电流变化率及线路传导干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法


[0001]本专利技术涉及机电领域，具体涉及一种光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法。

技术介绍

[0002]在多个分布式光伏阵列应用系统中，常规集中型汇集升压方式存在线路损耗大、发电效率低和升压比不够高等问题，引入串联型光伏直流升压结构可有效解决上述问题。
[0003]在光伏直流串联系统中，各台直流变换器输入独立、输出串联，系统电压由各台直流变换器按其输出功率占比分担。浮云遮挡、环境遮挡会导致各台直流变换器输出功率不均衡，输出功率相对较大的直流变换器将分担更高的系统电压，极端条件下可能出现过电压停机。同时，光伏直流串联系统运行受到光伏阵列、并网换流器、光伏直流变换器多方面影响，要考虑正常态和故障态两类状态，实现系统可靠运行和最大化功率输出两个运行目标，运行工况复杂，控制难度极大。因此，如果不采取有效控制措施，串联系统在运行过程中将面临严重问题，不利于工程化及推广应用。
[0004]现有针对光伏直流串联型系统的控制方法中，在阈值调节方面，仅考虑了变换器内部工作模块数量的影响，而未考虑系统中其他变换器运行状态变化带来的耦合影响，此外，在控制方式上主要采用固定步长调节方式。总结现有控制方法，主要存在以下问题：(1)仅考虑变换器内部运行模块数量因素，该方式仅能确定阈值上限值，而无法准确确定阈值区间的下限值，导致直流变换器在实际工作过程中无法及时进入最大功率跟踪模式，即直流变换器未处在最优运行状态，造成发电量的损失；(2)在固定步长控制方式下，无论变换器运行在单一稳态工作模式状态还是不同模式切换状态，均会降低系统响应及调节速度，导致出现输出过压、最大功率跟踪点追踪不准确等问题；(3)采用固定步长及固定阈值控制方式，在部分工作模式运行及切换过程中，会引起较大的电压/电流变化率及线路传导干扰，同时，变换器难以兼顾实现平滑稳定切换与高动态响应。

技术实现思路

[0005]为克服现有控制方法的不足，本专利技术提出一种光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法，其为基于分段式变步长与动态阈值调节的光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法，该方法依据光伏直流串联系统中各变换器自身输出电压、输入功率实时变化状态，通过分段式变步长与动态阈值调节控制策略实现串联系统中各分布式直流变换器工作模式快速平稳切换，在确保光伏直流变换器安全可靠运行的同时，提高系统发电量，解决光伏直流串联系统中复杂工况变化下直流变换器协调控制难度大、运行可靠性低的问题。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法基于多台直流变换器输入端相互独立、输出端串联方式构成的光伏直流串联系统，每台直流变换器输入端口连接对应的光伏阵列，所有直流变换器输出端串联之后接入直流电网；所述控制方法基于光伏直流串
联系统中各直流变换器自身输出电压、输入功率变化状态及变化区间，通过分段式变步长与动态阈值调节实现系统中各分布式直流变换器工作模式快速稳定切换。
[0008]进一步地，每台直流变换器在运行过程中存在两种工作模式，分别为最大功率跟踪模式和输出电压闭环模式，其中最大功率跟踪模式实现光伏阵列最大功率并网运行，输出电压闭环工作模式用于在不同光伏阵列光照不均衡条件下限制直流变换器输出功率；
[0009]当直流变换器处于上述两种工作模式之一时，根据输入功率变化率动态调节控制步长，以实现在光伏功率变化剧烈时，快速准确追踪最大功率以及控制输出电压。
[0010]进一步地，当外界状态发生变化，直流变换器切换运行模式时，在模式切换过程中采用变步长调节，实现运行模式快速平稳切换；当直流变换器从输出电压闭环模式切换到最大功率跟踪模式时，根据当前控制步长，在模式切换开始之后的一定数量控制周期内，动态减小该台直流变换器的占空比调节步长，使直流变换器更平稳切换过渡至最大功率跟踪模式，防止切换时刻电压/电流变化率过大产生串扰甚至出现故障；当直流变换器从最大功率跟踪模式切换到输出电压闭环模式时，此时在模式切换开始之后的一定数量控制周期内，动态增大该台直流变换器的占空比调节步长，使直流变换器更快进入输出电压闭环模式，防止发生过压故障。
[0011]进一步地，根据直流变换器输出电压的变化率动态更新切换电压阈值区间，用于快速稳定实现切换模式，提高发电量，并防止输出过压；当某台直流变换器运行在输出电压闭环模式且实时检测到自身输出电压快速下降时，通过控制系统动态调节减小电压阈值区间下限值，使该台直流变换器更快由输出电压闭环模式进入最大功率跟踪模式。
[0012]进一步地，所述协调控制方法用于降低变换器运行过程中电压/电流变化率及线路传导干扰。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]本专利技术的分段式变步长调节方式，无论当变换器运行在单一稳态工作模式状态还是不同模式切换状态下，均可提高系统动态响应及调节速度，并提高在光伏功率变化剧烈时的最大功率跟踪点追踪准确度；针对不同模式切换过程，采用不同变化方向的动态步长调节方式，可实现工作模式平稳切换，同时又可有效避免发生过压故障；本专利技术的动态阈值区间调节方式，控制系统根据直流变换器自身工作过程中输出电压变化率、实际运行模块数量参数，实时动态调节电压阈值区间的上限值和下限值，优化直流变换器工作运行状态，提高光照利用率；本专利技术所述的分段式变步长与动态阈值调节，可减小模式切换过程中以及单一工作模式下的电压/电流变化率及线路传导干扰。所述控制方法在有效防止输出过压的同时，可提高光伏直流串联系统发电量；此系统不需设置专门的集中控制器，可有效减小控制器软硬件成本及实施难度。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的一种光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法原理图。
[0016]图2是采用本专利技术控制方法的光伏直流串联系统拓扑图。
[0017]图3是采用本专利技术的控制方法下光伏直流串联系统启动场景的工作原理图。
[0018]图4是采用本专利技术的控制方法下光伏直流串联系统停机场景的工作原理图。
[0019]图5是采用本专利技术的控制方法下光伏直流串联系统功率不均衡场景的工作原理
图。
[0020]图3、图4和图5中，颜色较浅的部分，表示该部分电路在该工况下处于不导通状态；而颜色较深的部分表示该部分电路在该工况下处于导通状态。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0022]本专利技术的光伏直流串联系统多模式协调控制方法基于分段式变步长与动态阈值调节，基于多台直流变换器输入端相互独立、输出端串联并接入直流电网的光伏直流串联系统，每台直流变换器存在最大功率跟踪模式和输出电压闭环两种工作模式。
[0023]在实际工作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法，其特征在于：所述控制方法基于多台直流变换器输入端相互独立、输出端串联方式构成的光伏直流串联系统，每台直流变换器输入端口连接对应的光伏阵列，所有直流变换器输出端串联之后接入直流电网；所述控制方法基于光伏直流串联系统中各直流变换器自身输出电压、输入功率变化状态及变化区间，通过分段式变步长与动态阈值调节实现系统中各分布式直流变换器工作模式快速稳定切换。2.根据权利要求1所述的一种光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法，其特征在于，每台直流变换器在运行过程中存在两种工作模式，分别为最大功率跟踪模式和输出电压闭环模式，其中最大功率跟踪模式实现光伏阵列最大功率并网运行，输出电压闭环工作模式用于在不同光伏阵列光照不均衡条件下限制直流变换器输出功率；当直流变换器处于上述两种工作模式之一时，根据输入功率变化率动态调节控制步长，以实现在光伏功率变化剧烈时，快速准确追踪最大功率以及控制输出电压。3.根据权利要求1所述的一种光伏中压直流串联系统多模式协调控制方法，其特征在于，当外界状态发生变化，直流变换器切换运行模式时，在模式切换过程中采用变步长调节，实现运行模...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢俊龙，张玉波，由弘扬，张颖，王环，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：