光伏并网发电系统的变结构控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光伏并网发电系统的变结构控制方法，用于控制两级式电路结构或单级式电路结构，步骤包括：先分别确定各个控制点值，包括Ｖ１－Ｖ６、Ｖｒ１－Ｖｒ４，直流母线的参考电压值为Ｖｒｅｆ，光伏电池阵列实际输出电压值为ＶＰＶ，再按照下述情况具体控制：１）当光伏电池阵列的ＶＰＶ处于Ｖ１－Ｖ５之间时，光伏并网发电系统在两级式电路结构及两级式控制方式下工作，直流母线参考电压的设定Ｖｒｅｆ，与ＶＰＶ的大小和变化方向相关；２）当光伏电池阵列的ＶＰＶ处于Ｖ４－Ｖ６之间时，光伏并网发电系统在单级式电路结构及单级式控制方式下工作；３）当光伏电池阵列的ＶＰＶ处于Ｖ４－Ｖ５之间时，光伏并网发电系统工作在滞环控制方式。本发明专利技术的方法，工作电压范围扩大，设备使用效率显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能光伏并网发电
，涉及一种光伏并网发电系统的变结构 控制方法。
技术介绍
光伏并网发电技术日益受到各国政府的重视，很多关键技术期待解决，特别是新 颖的电路结构及其控制技术更为迫切。经典的电路结构分为单级式电路结构、两级或多级式电路结构。采用单级式电路 结构的目的之一是传送功率级数少，系统整体效率高。但是，单级式电路结构都是通过并网 逆变器、输出滤波器(若隔离型，则含工频变压器)等直接与交流电网相连。为了顺利将光伏 电池阵列产生的功率传送到交流电网上，要求光伏电池阵列的输出电压要高于交流电压峰 值电压，因此，当光伏电池阵列的输出电压低于交流电压峰值电压时，必须停止并网运行， 从而降低了光伏电池阵列的利用率。而采用两级或多级式电路结构的目的之一，当前光伏电池阵列成本较高，因此常 用较少的光伏电池组成阵列形式进行发电，从而造成了光伏电池阵列的输出电压较低，必 须经过开关变换器将电压升高，以便满足后级逆变器等电路的并网需求。对于经典的两级 或多级式电路结构而言，光伏电池阵列的输出电压通常都低于交流电网峰值电压，从而限 制了整个电路的工作电压范围，导致设备使用效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，解决了现有单级 式电路结构和两级或多级式电路结构的工作电压范围小，难以适应电路的并网调整需要， 导致设备使用效率低的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种，按照以 下步骤实施步骤1，根据220V单相光伏并网发电系统或380V三相光伏并网发电系统，分别确定各 个控制点值，包括光伏电池阵列实际输出电压值义、V2, V3> V4, V5, V6以及Vri、Vrt、Vrt、Vr4,直 流母线的参考电压值为VMf，光伏电池阵列实际输出电压值为Vpv ； 步骤2，按照下述情况进行具体控制2. 1)当光伏电池阵列的Vpv处于V1-V5之间时，光伏并网发电系统在两级式电路结构 及两级式控制方式下工作，此时，升压斩波器处于PWM开关状态，采集光伏电池阵列输出电 流检测和输出电压检测的数值，根据所选取的最大功率点跟踪算法模块来计算升压斩波器 的占空比去控制功率开关管动作，实现最大功率点跟踪和升压功能；通过电网电压检测提 供的检测值，锁相环产生一个与交流电网的电压同频同相的单位正弦信号；直流母线参考 电压和直流母线电压检测进行求差运算后，经过电压调节器的调节，输出为逆变器参考电 流的幅值，该幅值与前述的单位正弦信号相乘得到参考电流，该参考电流与并网电流检测再次进行求差运算后，通过电流调节器的调节产生调制信号，该调制信号通过PWM波发生 控制产生PWM波，去控制并网逆变器进行相应的并网操作，其中，直流母线参考电压的设定 Vref,与Vpv的大小和变化方向相关，当Vpv从V1按照增加方向变化到V3时，Vref=Vrl ；当Vpv从V3按照增加方向变化到V5时，按照公式(1)进行计算vMf= (Vpv-V3) * (Vr3-Vrl) / (V5-V3)+Vrl(1)当Vpv从V4按照减小方向变化到V2时，按照公式(2)进行计算Wrf=(Vpv-V2XH1)/ (V4-V2)+Vrl(2)当Vpv从V2按照减小方向变化到V1时，Vref=Vrl ；2.2)当光伏电池阵列的Vpv处于V4-V6之间时，光伏并网发电系统在单级式电路结构 及单级式控制方式下工作，此时，升压斩波器中的功率开关管一直关断，采集光伏电池阵列 输出电流检测和输出电压检测的数值，根据所选取的最大功率点跟踪算法模块来计算Vref， Vref和输出电压检测进行求差运算后，经过电压调节器的调节，其输出为逆变器参考电流的 幅值；通过电网电压检测提供的检测值，锁相环产生一个与交流电网的电压同频同相的单 位正弦信号，该单位正弦信号与上述幅值相乘运算得到参考电流，该参考电流再与并网电 流检测进行求差运算后，通过电流调节器的调节产生调制信号，该调制信号通过PWM波发 生控制产生PWM波，去控制并网逆变器进行相应的并网操作和实现最大功率点跟踪功能；2.3)当光伏电池阵列的Vpv处于V4-V5之间时，光伏并网发电系统工作在滞环控制方 式，即当光伏电池阵列的Vpv从V4向V5变化时，采用两级式电路结构及两级式控制方式，当 Vpv ^ V5时，由两级式电路结构及两级式控制方式切换到单级式电路结构及单级式控制方 式；当光伏电池阵列的Vpv从V5向V4变化时，采用单级式电路结构及单级式控制方式，当 Vpv ^ V4时，由单级式电路结构及单级式控制方式切换到两级式电路结构及两级式控制方 式。本专利技术的有益效果是，在光伏电池阵列输出电压大范围变化的情况下，也能实现 最大功率点跟踪以及顺利并网发电等功能。该控制方法工作电压输入范围宽、转换效率高、 可靠性高；完全适应于经典的单级式电路系统和两级或多级式电路系统两个系统来使用， 从而减少了并网发电系统的控制方法种类，有利于降低成本。附图说明图1是现有的两级式电路结构及其控制示意图； 图2是现有的单级式电路结构及其控制示意图3是现有的升压斩波器3的电路示意图4是升压斩波器3中的功率开关管19 一直关断时的等效电路9的结构示意图； 图5是采用本专利技术方法进行变结构控制模式切换的曲线示意图。图中，1.光伏电池阵列，2.输出电流检测，3.升压斩波器，4.并网逆变器，5.并网 电流检测，6.交流电网，7.输出电压检测，8.最大功率点跟踪算法模块，9.等效电路，10.直 流母线电压检测，11.电压调节器，12.电流调节器，13. PWM波发生控制，14.电网电压检 测，15.锁相环，16.直流母线参考电压，17.输入滤波电容，18.高频电感，19.功率开关管， 20.功率二极管，21.输出滤波电容。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。如图1，是现有的两级式电路结构及其控制示意图。两级式电路结构是，包括光伏电池阵列1、升压斩波器3、并网逆变器4和交流电网 6依次级联连接，其中，光伏电池阵列1通过输出电流检测2与升压斩波器3连接，光伏电 池阵列1的两个输出端并联有输出电压检测7，输出电压检测7和输出电流检测2同时与 最大功率点跟踪算法模块8的输入端连接，最大功率点跟踪算法模块8的输出端与升压斩 波器3连接；升压斩波器3和并网逆变器4之间并联有直流母线电压检测10，直流母线电 压检测10与直流母线参考电压16通过一加减运算器与电压调节器11连接；并网逆变器4 与交流电网6之间串联有并网电流检测5，并网逆变器4与交流电网6之间并联有电网电压 检测14，电网电压检测14通过锁相环15后，与电压调节器11的输出端通过一乘法运算器 后再与并网电流检测5的输出端共同通过另一加减运算器与电流调节器12连接，电流调节 器12通过PWM波发生控制13与并网逆变器4连接。两级式电路的控制原理是，控制电路分为前级控制电路和后级控制电路。前级控 制电路由最大功率点跟踪算法模块8根据光伏电池阵列1的输出电流检测2和输出电压检 测7的采样数值来控制升压斩波器3中的功率开关管19的动作。后级控制电路由直流母 线电压外环和并网电流内环双环控制组成，其中，对于直流母线电压外环而言，直流母线参 考电压16和直流母线电压检测10求差值，该差值经过电压调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏并网发电系统的变结构控制方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤１，根据２２０Ｖ单相光伏并网发电系统或３８０Ｖ三相光伏并网发电系统，分别确定各个控制点值，包括光伏电池阵列实际输出电压值Ｖ↓［１］、Ｖ↓［２］、Ｖ↓［３］、Ｖ↓［４］、Ｖ↓［５］、Ｖ↓［６］以及Ｖ↓［ｒ１］、Ｖ↓［ｒ２］、Ｖ↓［ｒ３］、Ｖ↓［ｒ４］，直流母线的参考电压值为Ｖ↓［ｒｅｆ］，光伏电池阵列实际输出电压值为Ｖ↓［ＰＶ］；步骤２，按照下述情况进行具体控制：２．１）当光伏电池阵列（１）的Ｖ↓［ＰＶ］处环（１５）产生一个与交流电网（６）的电压同频同相的单位正弦信号，该单位正弦信号与上述幅值相乘运算得到参考电流，该参考电流再与并网电流检测（５）进行求差运算后，通过电流调节器（１２）的调节产生调制信号，该调制信号通过ＰＷＭ波发生控制（１３）产生ＰＷＭ波，去控制并网逆变器（４）进行相应的并网操作和实现最大功率点跟踪功能；２．３）当光伏电池阵列（１）的Ｖ↓［ＰＶ］处于Ｖ↓［４］－Ｖ↓［５］之间时，光伏并网发电系统工作在滞环控制方式，即当光伏电池阵列（１）的Ｖ↓［ＰＶ］从Ｖ↓［４］向Ｖ↓［５］变化时，采用两级式电路结构及两级式控制方式，当Ｖ↓［ＰＶ］≥Ｖ↓［５］时，由两级式电路结构及两级式控制方式切换到单级式电路结构及单级式控制方式；当光伏电池阵列（１）的Ｖ↓［ＰＶ］从Ｖ↓［５］向Ｖ↓［４］变化时，采用单级式电路结构及单级式控制方式，当Ｖ↓［ＰＶ］≤Ｖ↓［４］时，由单级式电路结构及单级式控制方式切换到两级式电路结构及两级式控制方式。于Ｖ↓［１］－Ｖ↓［５］之间时，光伏并网发电系统在两级式电路结构及两级式控制方式下工作，此时，升压斩波器（３）处于ＰＷＭ开关状态，采集光伏电池阵列输出电流检测（２）和输出电压检测（７）的数值，根据所选取的最大功率点跟踪算法模块（８）来计算升压斩波器（３）的占空比去控制功率开关管（１９）动作，实现最大功率点跟踪和升压功能；通过电网电压检测（１４）提供的检测值，锁相环（１５）产生一个与交流电网（６）的电压同频同相的单位正弦信号；直流母线参考电压（１６）和直流母线电压检测（１０）进行求差运算后，经过电压调节器（１１）的调节，输出为逆变器参考电流的幅值，该幅值与前述的单位正弦信号相乘得到参考电流，该参考电流与并网电流检测（５）再次进行求差运算后，通过电流调节器（１２）的调节产生调制信号，该调制信号通过ＰＷＭ波发生控制（１３）产生...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任碧莹，孙向东，张琦，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]