CN105186563B - 一种基于同步boost的高效能太阳能光伏发电控制系统及方法 - Google Patents
一种基于同步boost的高效能太阳能光伏发电控制系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105186563B CN105186563B CN201510589383.5A CN201510589383A CN105186563B CN 105186563 B CN105186563 B CN 105186563B CN 201510589383 A CN201510589383 A CN 201510589383A CN 105186563 B CN105186563 B CN 105186563B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control
- unit
- voltage
- igbt
- synchronous boost
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 135
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 92
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 64
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 51
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 10
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 3
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，其包括：逆变单元，k个同步boost单元电压转换电路，以及检测装置；还包括控制单元，其通过检测装置测量交流电压us、交流电流is；获取输出电压UPVj；计算得到逆变单元PWM信号，控制逆变单元，使得控制系统输出的无功功率和逆变单元的直流电压趋于平稳；计算得到k个同步boost单元电压转换电路PWM信号，同步控制k个同步boost单元电压转换电路，实现对k组太阳能光伏电池板同步进行每组独立的MPPT控制，同时解决了并联boost控制不协调带来的振荡问题，拓宽了输入电压范围。相应地，本发明还公开了一种基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏发电控制系统及方法，尤其涉及一种高效能的太阳能光伏发电控制系统及方法。
背景技术
能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，也是影响国家安全的重要因素。传统的石化能源属于不可再生能源，面临着枯竭的危险，同时，由于燃烧石化燃料，给大气造成了重度污染。
为了解决能源供应这一重大问题，全世界的各个国家都加快了对新能源的开发。太阳能作为一种清洁能源，具有以下几个特点：第一，取之不尽；第二，易于获取，普遍存在；第三，清洁，无污染。
太阳能的开发利用是解决传统石化能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类发展的理想替代能源。太阳能的利用主要包括光热利用(例如热力子发电、屋顶的太阳能热水器等)、太阳能光伏发电、光化利用等。太阳能光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，太阳能光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。
我国光伏产业起步于20世纪70年代，于90年代中期进入稳步发展时期，太阳能电池及组件产量逐年增加，目前已跃居全球第一。
在国家一系列优惠政策的刺激下，我国光伏产业发展迅速，2012年年底我国光伏发电装机容量累计达到700万千瓦，2013年年底达到1716万千瓦，2014年达到了2805万千瓦。
我国太阳能光伏发电主要以大规模光伏电站为主，集中式逆变器成本低，具有很大的优势，但是我国光伏电站普遍存在太阳能光伏电池板能效低的问题，同时还存在太阳能光伏电池板使用寿命低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，该系统能提高太阳能光伏电池板能效，同时延长太阳能光伏电池板使用寿命。
本发明的另一目的在于提供一种基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法，该方法可基于上述系统达到上述效果。
为了实现上述目的，本发明提出了一种基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，用于串接于k组太阳能光伏电池板和电网之间，每一组太阳能光伏电池板包括若干个相互串接的太阳能光伏电池板，所述控制系统包括控制单元，逆变单元，k个同步boost单元电压转换电路(升压式变换电路)，直流电压检测装置，交流电流检测装置和交流电压检测装置，其中：
所述逆变单元的直流输入端与所述k个同步boost单元电压转换电路的输出端连接，所述逆变单元的交流输出端与所述电网连接，所述逆变单元的控制端与所述控制单元的逆变单元PWM(脉宽调制)信号输出端连接；
所述k个同步boost单元电压转换电路的输入端用于与所述k组太阳能光伏电池板的输出端分别对应连接，所述k个同步boost单元电压转换电路的控制端与所述控制单元的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号输出端分别对应连接；
所述直流电压检测装置，其与逆变单元的直流母线连接，以检测逆变单元的直流电压UDC，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；
所述交流电流检测装置串接于所述逆变单元和电网之间，以检测逆变单元输出的交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；
所述交流电压检测装置与逆变单元的交流输出端连接，以检测逆变单元输出的交流电压us，所述交流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；
所述控制单元还与k组太阳能光伏电池板连接，以获取k组太阳能光伏电池板的输出端的输出电压UPVj(j取1～k)；所述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制器；所述控制单元根据下述模型获得逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元直流电压控制量ud：
uq＝kp1*(Qref-QS)+ki1*∫(Qref-QS)dt
ud＝kp2*(UDC0-UDC)+ki2*∫(UDC0-UDC)dt
式中，kp1为第一比例积分控制器的比例系数；ki1为第一比例积分控制器的积分系数；Qref为设定的无功功率给定值；QS表示所述控制系统输出的无功功率，其中Us是由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到的交流电压幅值，Is是由接收自交流电流检测装置的交流电流is得到的交流电流幅值，表示交流电压与交流电流的夹角；kp2为第二比例积分控制器的比例系数，ki2为第二比例积分控制器的积分系数；UDC0为设定的直流电压给定值；
所述控制单元将逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元直流电压控制量ud进行dq-abc派克反变换，得到与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc，控制单元通过其逆变单元PWM信号输出端将与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc传输给逆变单元的控制端，以控制逆变单元的输出电压，使得控制系统输出的无功功率为Qref，逆变单元的直流电压为UDC0；
所述控制单元根据下述模型获得k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj(j取1～k)：
式中，其中，
所述控制单元通过其k个同步boost单元电压转换电路PWM信号输出端将k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj分别对应同步传输给k个同步boost单元电压转换电路的控制端，以通过控制k个同步boost单元电压转换电路使得k组太阳能光伏电池板每组同步实现MPPT(最大功率点跟踪)控制，并且实现k个同步boost单元电压转换电路损耗最小。
本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，通过对k个同步boost单元电压转换电路的控制，实现对k组太阳能光伏电池板中每组太阳能光伏电池板分别进行MPPT控制。同时，通过对逆变单元的控制，控制逆变单元的输出电压，使得控制系统输出的无功功率为Qref，逆变单元的直流电压为UDC0，从而使得控制系统输出的无功功率和逆变单元的直流电压趋于平稳。本发明所述的控制系统对k组太阳能光伏电池板中每组太阳能光伏电池板分别进行MPPT控制，大大提高了太阳能光伏电池板能效，同时延长了太阳能光伏电池板使用寿命。此外，由于采取了并联同步boost控制技术，解决了并联boost控制不协调带来的振荡问题，使得本发明所述的k个同步boost单元电压转换电路损耗最小，整体转换效率高，并且拓展了太阳能光伏电池板输出电压范围，应用更加灵活。本发明所述的控制系统成本较低，竞争力强。
在本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统中，所述将逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元直流电压控制量ud进行dq-abc派克反变换的变换公式如下：
式中，θ为交流电压相位角，其可由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到。
进一步地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统中，所述控制单元为数字信号处理器。
进一步地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统中，所述直流电压检测装置包括直流电压传感器。
进一步地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统中，所述交流电压检测装置包括交流电压互感器。
进一步地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统中，所述交流电流检测装置包括交流电流传感器。
优选地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统中，所述第一比例积分控制器的比例系数kp1的范围取0＜kp1＜100，第一比例积分控制的积分系数ki1的范围取0＜ki1＜10。
优选地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统中，所述第二比例积分控制器的比例系数kp2的范围取0＜kp2＜100，第二比例积分控制的积分系数ki2的范围取0＜ki2＜10。
进一步地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统中，所述逆变单元包括与交流三相连接的三相逆变结构与公共直流母线电容，其中每相逆变结构均包括：第一IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、第二IGBT，其中所述第一IGBT的发射极连接所述第二IGBT的集电极，所述第一IGBT的集电极通过所述公共直流母线电容与所述第二IGBT的发射极连接，作为逆变单元的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其与对应相逆变单元PWM信号对应的控制单元的逆变单元PWM信号输出端相连，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信号相反，第二IGBT的集电极为逆变单元的交流输出端，所述公共直流母线电容两端为逆变单元的直流输入端，其电压为逆变单元的直流电压UDC。
上述方案中，由于第一IGBT的控制端和第二IGBT的控制端信号相反，控制单元的逆变单元PWM信号输出端输出的逆变单元PWM信号可经外部反相器或者由控制单元内部生成相反的逆变单元PWM信号，然后将逆变单元PWM信号和相反的逆变单元PWM信号对应输入第一IGBT的控制端和第二IGBT的控制端。
进一步地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统中，所述k个同步boost单元电压转换电路均包括：输入滤波电容、输出滤波电容、第三IGBT、第四IGBT以及电抗器，其中所述输入滤波电容的一端通过串联的第三IGBT和电抗器连接到输出滤波电容的一端，所述输入滤波电容的另一端与所述输出滤波电容的另一端连接，所述第四IGBT连接在所述输入滤波电容的另一端和第三IGBT与电抗器的连接点之间，作为k个同步boost单元电压转换电路的控制端的所述第三IGBT和第四IGBT的控制端，其与对应相的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj对应的控制单元的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号输出端相连，其中所述第三IGBT和第四IGBT的控制端的信号相反，所述输入滤波电容的两端为k个同步boost单元电压转换电路的输入端，所述输出滤波电容的两端为k个同步boost单元电压转换电路的输出端。
上述方案中，由于第三IGBT的控制端和第四IGBT的控制端信号相反，控制单元的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号输出端输出的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj可经外部反相器或者由控制单元内部生成相反的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj，然后将k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj和相反的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj对应输入第三IGBT的控制端和第四IGBT的控制端。此外，IGBT也可以由MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)代替。
相应地，本发明还提供了一种基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法，其包括步骤：
k组太阳能光伏电池板分别对应连接k个同步boost单元电压转换电路的输入端，该k个同步boost单元电压转换电路的输出端均通过逆变单元连接到电网；
测量逆变单元输入至电网的交流电压us、交流电流is，并由此得到交流电压幅值Us、交流电流幅值Is、交流电压与交流电流的夹角并进一步得到控制系统输出的无功功率QS，其中
从k组太阳能光伏电池板的输出端获取其输出电压UPVj(j取1～k)；
设定无功功率给定值Qref，将其和控制系统输出的无功功率QS之差进行第一比例积分控制得到逆变单元无功功率控制量uq，其计算公式为：
uq＝kp1*(Qref-QS)+ki1*∫(Qref-QS)dt，其中kp1为第一比例积分控制的比例系数，ki1为第一比例积分控制的积分系数；
设定直流电压给定值UDC0，测量逆变单元的直流电压UDC，将设定直流电压给定值UDC0和测量逆变单元的直流电压UDC之差进行第二比例积分控制得到逆变单元直流电压控制量ud，其计算公式为
ud＝kp2*(UDC0-UDC)+ki2*∫(UDC0-UDC)dt，其中kp2为第二比例积分控制的比例系数，ki2为第二比例积分控制的积分系数；
将逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元直流电压控制量ud进行dq-abc派克反变换，得到与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc，并将其传输给所述逆变单元的控制端，以控制逆变单元的输出电压，使得控制系统输出的无功功率为Qref，逆变单元的直流电压为UDC0；
根据下述公式得到k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj(j取1～k)：
式中，其中，
将所述k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj分别对应同步传输给k个同步boost单元电压转换电路的控制端，以通过控制k个同步boost单元电压转换电路使得k组太阳能光伏电池板每组同步实现MPPT控制。
进一步地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法中，所述dq-abc派克反变换的变换公式如下：
式中，θ为交流电压相位角，其可由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到。
本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法，通过对k个同步boost单元电压转换电路的控制，实现对k组太阳能光伏电池板中每组太阳能光伏电池板分别进行MPPT控制。同时，通过对逆变单元的控制，控制逆变单元的输出电压，使得控制系统输出的无功功率为Qref，逆变单元的直流电压为UDC0，从而使得控制系统输出的无功功率和逆变单元的直流电压趋于平稳。本发明所述的控制方法对k组太阳能光伏电池板中每组太阳能光伏电池板分别进行MPPT控制，大大提高了太阳能光伏电池板能效，同时延长了太阳能光伏电池板使用寿命。此外，由于采取了并联同步boost控制技术，解决了并联boost控制不协调带来的振荡问题，使得本发明所述的k个同步boost单元电压转换电路损耗最小，整体转换效率高，并且拓展了太阳能光伏电池板输出电压范围，应用更加灵活。本发明所述的控制系统成本较低，竞争力强。
优选地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法中，所述第一比例积分控制的比例系数kp1的范围取0＜kp1＜100，第一比例积分控制的积分系数ki1的范围取0＜ki1＜10。
优选地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法中，所述第二比例积分控制的比例系数kp2的范围取0＜kp2＜100，第二比例积分控制的积分系数ki2的范围取0＜ki2＜10。
进一步地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法中，所述逆变单元包括与交流三相连接的三相逆变结构与公共直流母线电容，其中每相逆变结构均包括：第一IGBT、第二IGBT以及公共直流母线直流电容，其中所述第一IGBT的发射极连接所述第二IGBT的集电极，所述第一IGBT的集电极通过所述直流电容与所述第二IGBT的发射极连接，作为逆变单元的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其与对应相逆变单元PWM信号对应的控制单元的逆变单元PWM信号输出端相连，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信号相反，第二IGBT的集电极为逆变单元的交流输出端，所述公共直流母线两端为逆变单元的直流输入端，其电压为逆变单元的直流电压UDC。
进一步地，本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法中，所述k个同步boost单元电压转换电路均包括：输入滤波电容、输出滤波电容、第三IGBT、第四IGBT以及电抗器，其中所述输入滤波电容的一端通过串联的电抗器和第三IGBT连接到输出滤波电容的一端，所述输入滤波电容的另一端与所述输出滤波电容的另一端连接，所述第四IGBT连接在所述输入滤波电容的另一端和电抗器与第三IGBT的连接点之间，作为k个同步boost单元电压转换电路的控制端的所述第三IGBT和第四IGBT的控制端，其与对应相的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj对应的控制单元的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号输出端相连，其中所述第三IGBT和第四IGBT的控制端的信号相反，所述输入滤波电容的两端为k个同步boost单元电压转换电路的输入端，所述输出滤波电容的两端为k个同步boost单元电压转换电路的输出端。
本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统与现有技术相比，具有以下有益效果：
1)大大提高了太阳能光伏电池板能效，从而大大提高了光伏电站的能效；
2)延长了太阳能光伏电池板使用寿命；
3)低成本；
4)采取并联同步boost控制，拓展了太阳能光伏电池板输出电压范围，应用更加灵活。
本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法同样具有上述效果。
附图说明
图1为本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统在一种实施方式下的结构示意图。
图2为本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统在一种实施方式下的逆变单元的拓扑图。
图3为本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统在一种实施方式下的同步boost单元电压转换电路的拓扑图。
图4为本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法在一种实施方式下的控制原理图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统及方法做进一步的解释和说明。
图1示意了本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统在一种实施方式下的结构。如图1所示，本实施例中，k组太阳能光伏电池板PV11-PVkn，每一组太阳能光伏电池板包括n个相互串接的太阳能光伏电池板，其将太阳能转化为电能并经本实施例的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统1输给电网；本实施例的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统1包括：逆变单元2，其交流输出端与电网相连，其直流输入端与k个同步boost单元电压转换电路7的输出端相连，k组太阳能光伏电池板PV11-PVkn的输出端分别对应连接k个同步boost单元电压转换电路7的输入端；直流电压传感器5，其与逆变单元2的直流电容连接，以检测逆变单元2的直流电容两端的直流电压UDC；交流电流传感器4，其串接于逆变单元2和电网之间，以检测逆变单元2输出的交流电流is；交流电压互感器3，其与逆变单元2的交流输出端连接，以检测逆变单元2输出的交流电压us，控制单元6为数字信号处理器，其包括第一比例积分控制器PI1和第二比例积分控制器PI2，控制单元6分别与直流电压传感器5、交流电流传感器4和交流电压互感器3连接，接收其检测得到的直流电压UDC、交流电压us以及交流电流is；控制单元6还与k组太阳能光伏电池板PV11-PVkn的输出端连接，以从k组太阳能光伏电池板PV11-PVkn获取输出电压UPVj；控制单元6的逆变单元PWM信号输出端还与逆变单元2相应的控制端连接，对逆变单元2进行控制；同时，控制单元6的k个同步boost单元电压转换电路的控制端还与k个同步boost单元电压转换电路7相应的控制端连接，对k个同步boost单元电压转换电路7进行控制；控制方法见下述方法实施例，该方法实施例是基于本系统实施例实现的。
图2显示了本实施例的逆变单元2的三相逆变结构与公共直流母线电容C。其中每相逆变结构均包括：第一IGBT T1、第二IGBTT2，其中第一IGBTT1的发射极连接第二IGBT T2的集电极，第一IGBTT1的集电极通过公共直流母线电容C与第二IGBTT2的发射极连接，作为逆变单元的控制端的第一IGBTT1和第二IGBTT2的控制端，其分别与逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc和由控制单元内部生成的相反的逆变单元PWM信号中对应相的信号所对应的控制单元的逆变单元PWM信号输出端相连，第二IGBT的集电极为逆变单元的交流输出端，所述公共直流母线电容C两端为逆变单元的直流输入端，其电压为逆变单元的直流电压UDC。
图3显示了本实施例的k个同步boost单元电压转换电路7的一种电路拓扑结构。本实施例k个同步boost单元电压转换电路7中，每个同步boost单元电压转换电路包括：输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、第三IGBT T3、第四IGBT T4以及电抗器L，其中输入滤波电容C1的一端通过串联的电抗器L和第三IGBT T3连接到输出滤波电容C2的一端，输入滤波电容C1的另一端与输出滤波电容C2的另一端连接，第四IGBT T4连接在输入滤波电容C1的另一端和电抗器L与第三IGBT T3的连接点之间，作为k个同步boost单元电压转换电路7的控制端的第三IGBTT3和第四IGBTT4的控制端，其分别与k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj和由控制单元内部生成的相反的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号所对应的控制单元的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号输出端相连，输入滤波电容C1的两端为k个同步boost单元电压转换电路的输入端，输出滤波电容C2的两端为k个同步boost单元电压转换电路的输出端。
图4给出了本发明所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制方法在一种实施方式下的控制原理。本方法实施例基于上述系统实施例实现。
结合参考图1-4，本实施例工作时：
首先，控制单元6进行初始化，包括设定无功功率给定值Qref、直流电压给定值UDC0、第一比例积分控制器PI1的比例系数kp1(1～100)、第一比例积分控制器PI1的积分系数ki1(0～10)、第二比例积分控制器PI2的比例系数kp2(1～100)以及第二比例积分控制器PI2的积分系数ki2(0～10)。
之后，控制单元6通过交流电压互感器3、交流电流传感器4以及直流电压传感器5测量获得交流电压us、交流电流is和直流电压UDC；从交流电压us和交流电流is得到交流电压的幅值Us、交流电流幅值Is、交流电压与交流电流的夹角以及交流电压相位角θ，并进一步得到控制系统输出的无功功率QS，其计算公式为
控制单元6从k组太阳能光伏电池板PV11-PVkn的输出端获取其输出电压UPVj(j取1～k)；
控制单元6通过第一比例积分控制器PI1将无功功率给定值Qref和控制系统输出的无功功率QS之差进行第一比例积分控制得到逆变单元无功功率控制量uq，其计算公式为
uq＝kp1*(Qref-Qs)+ki1*∫(Qref-Qs)dt；
控制单元6通过第二比例积分控制器PI2将设定的直流电压给定值UDC0和测量逆变单元的直流电压UDC之差进行第二比例积分控制得到逆变单元直流电压控制量ud，其计算公式为
ud＝kp2*(UDC0-UDC)+ki2*∫(UDC0-UDC)dt；
控制单元6将逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元直流电压控制量ud进行dq-abc派克反变换，变换公式如下：
得到与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc，同时对其进行取反得到相反的逆变单元PWM信号该信号通过逆变单元2相应的控制端控制逆变单元2的输出电压，从而使得控制系统输出的无功功率为Qref，逆变单元的直流电压为UDC0；
控制单元6根据下述公式得到k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj(j取1～k)：
式中，其中，
并将该k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj分别对应传输给k个同步boost单元电压转换电路7的控制端，以通过控制k个同步boost单元电压转换电路7使得k组太阳能光伏电池板每组实现MPPT控制。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，用于串接于k组太阳能光伏电池板和电网之间，每一组太阳能光伏电池板包括若干个相互串接的太阳能光伏电池板；其特征在于，所述控制系统包括控制单元，逆变单元，k个同步boost单元电压转换电路，直流电压检测装置，交流电流检测装置和交流电压检测装置，其中：
所述逆变单元的直流输入端与所述k个同步boost单元电压转换电路的输出端连接，所述逆变单元的交流输出端与所述电网连接，所述逆变单元的控制端与所述控制单元的逆变单元PWM信号输出端连接；
所述k个同步boost单元电压转换电路的输入端用于与所述k组太阳能光伏电池板的输出端分别对应连接，所述k个同步boost单元电压转换电路的控制端与所述控制单元的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号输出端分别对应连接；
所述直流电压检测装置，其与逆变单元的直流母线连接，以检测逆变单元的直流电压UDC，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；
所述交流电流检测装置串接于所述逆变单元和电网之间，以检测逆变单元输出的交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；
所述交流电压检测装置与逆变单元的交流输出端连接，以检测逆变单元输出的交流电压us，所述交流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；
所述控制单元还与k组太阳能光伏电池板连接，以获取k组太阳能光伏电池板的输出端的输出电压UPVj，j取1～k；所述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制器；所述控制单元根据下述模型获得逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元直流电压控制量ud：
uq＝kp1*(Qref-Qs)+ki1*∫(Qref-QS)dt
ud＝kp2*(UDCO-UDC)+ki2*∫(UDCO-UDC)dt
式中，kp1为第一比例积分控制器的比例系数；ki1为第一比例积分控制器的积分系数；Qref为设定的无功功率给定值；QS表示所述控制系统输出的无功功率，其中Us是由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到的交流电压幅值，Is是由接收自交流电流检测装置的交流电流is得到的交流电流幅值，表示交流电压与交流电流的夹角；kp2为第二比例积分控制器的比例系数，ki2为第二比例积分控制器的积分系数；UDC0为设定的直流电压给定值；
所述控制单元将逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元直流电压控制量ud进行dq-abc派克反变换，得到与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc，控制单元通过其逆变单元PWM信号输出端将与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc传输给逆变单元的控制端，以控制逆变单元的输出电压，使得控制系统输出的无功功率为Qref，逆变单元的直流电压为UDC0；
所述控制单元根据下述模型获得k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj，j取1～k：
式中，其中，
所述控制单元通过其k个同步boost单元电压转换电路PWM信号输出端，将k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj分别对应同步传输给k个同步boost单元电压转换电路的控制端，以通过控制k个同步boost单元电压转换电路使得k组太阳能光伏电池板每组同步实现最大功率跟踪控制。
2.如权利要求1所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述控制单元为数字信号处理器。
3.如权利要求1所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述直流电压检测装置包括直流电压传感器。
4.如权利要求1所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述交流电压检测装置包括交流电压互感器。
5.如权利要求1所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述交流电流检测装置包括交流电流传感器。
6.如权利要求1所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述第一比例积分控制器的比例系数kp1的范围取0＜kp1＜100，第一比例积分控制器的积分系数ki1的范围取0＜ki1＜10。
7.如权利要求1所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述第二比例积分控制器的比例系数kp2的范围取0＜kp2＜100，第二比例积分控制器的积分系数ki2的范围取0＜ki2＜10。
8.如权利要求1所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述逆变单元包括与交流三相相连的三相逆变结构与公共直流母线电容，其中每相逆变结构均包括：第一IGBT、第二IGBT，其中所述第一IGBT的发射极连接所述第二IGBT的集电极，所述第一IGBT的集电极通过所述公共直流母线电容与所述第二IGBT的发射极连接，作为逆变单元的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其与对应相逆变单元PWM信号对应的控制单元的逆变单元PWM信号输出端相连，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信号相反，第二IGBT的集电极为逆变单元的交流输出端，所述公共直流母线电容两端为逆变单元的直流输入端，其电压为逆变单元的直流电压UDC。
9.如权利要求1所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统，其特征在于，所述k个同步boost单元电压转换电路均包括：输入滤波电容、输出滤波电容、第三IGBT、第四IGBT以及电抗器，其中所述输入滤波电容的一端通过串联的第三IGBT和电抗器连接到输出滤波电容的一端，所述输入滤波电容的另一端与所述输出滤波电容的另一端连接，所述第四IGBT连接在所述输入滤波电容的另一端和第三IGBT与电抗器的连接点之间，作为k个同步boost单元电压转换电路的控制端的所述第三IGBT和第四IGBT的控制端，其与对应相的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj对应的控制单元的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号输出端相连，其中所述第三IGBT和第四IGBT的控制端的信号相反，所述输入滤波电容的两端为k个同步boost单元电压转换电路的输入端，所述输出滤波电容的两端为k个同步boost单元电压转换电路的输出端。
10.一种如权利要求1所述的基于同步boost的高效能的太阳能光伏发电控制系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：
k组太阳能光伏电池板分别对应连接k个同步boost单元电压转换电路的输入端，该k个同步boost单元电压转换电路的输出端均通过逆变单元连接到电网；
测量逆变单元输入至电网的交流电压us、交流电流is，并由此得到交流电压幅值Us、交流电流幅值Is、交流电压与交流电流的夹角并进一步得到控制系统输出的无功功率QS，其中
从k组太阳能光伏电池板的输出端获取其输出电压UPVj，j取1～k；
设定无功功率给定值Qref，将其和控制系统输出的无功功率QS之差进行第一比例积分控制得到逆变单元无功功率控制量uq，其计算公式为：uq＝kp1*(Qref-QS)+ki1*∫(Qref-QS)dt，其中kp1为第一比例积分控制的比例系数，ki1为第一比例积分控制的积分系数；
设定直流电压给定值UDC0，测量逆变单元的直流电压UDC，将设定直流电压给定值UDC0和测量逆变单元的直流电压UDC之差进行第二比例积分控制得到逆变单元直流电压控制量ud，其计算公式为ud＝kp2*(UDC0-UDC)+ki2*∫(UDC0-UDC)dt，其中kp2为第二比例积分控制的比例系数，ki2为第二比例积分控制的积分系数；
将逆变单元无功功率控制量uq和逆变单元直流电压控制量ud进行dq-abc派克反变换，得到与交流三相分别对应的逆变单元PWM信号PWMa、PWMb、PWMc，并将其传输给所述逆变单元的控制端，以控制逆变单元的输出电压，使得控制系统输出的无功功率为Qref，逆变单元的直流电压为UDC0；
根据下述公式得到k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj，j取1～k：
式中，其中，
将所述k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj分别对应同步传输给k个同步boost单元电压转换电路的控制端，以通过控制k个同步boost单元电压转换电路使得k组太阳能光伏电池板每组同步实现最大功率跟踪控制。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述dq-abc派克反变换公式为：
。
12.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述第一比例积分控制的比例系数kp1的范围取0＜kp1＜100，第一比例积分控制的积分系数ki1的范围取0＜ki1＜10。
13.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述第二比例积分控制的比例系数kp2的范围取0＜kp2＜100，第二比例积分控制的积分系数ki2的范围取0＜ki2＜10。
14.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述逆变单元包括与交流三相相连的三相逆变结构与公共直流母线电容，其中每相逆变结构均包括：第一IGBT、第二IGBT，其中所述第一IGBT的发射极连接所述第二IGBT的集电极，所述第一IGBT的集电极通过所述公共直流母线电容与所述第二IGBT的发射极连接，作为逆变单元的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其与对应相逆变单元PWM信号对应的控制单元的逆变单元PWM信号输出端相连，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信号相反，第二IGBT的集电极为逆变单元的交流输出端，所述公共直流母线电容两端为逆变单元的直流输入端，其电压为逆变单元的直流电压UDC。
15.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述k个同步boost单元电压转换电路均包括：输入滤波电容、输出滤波电容、第三IGBT、第四IGBT以及电抗器，其中所述输入滤波电容的一端通过串联的第三IGBT和电抗器连接到输出滤波电容的一端，所述输入滤波电容的另一端与所述输出滤波电容的另一端连接，所述第四IGBT连接在所述输入滤波电容的另一端和第三IGBT与电抗器的连接点之间，作为k个同步boost单元电压转换电路的控制端的所述第三IGBT和第四IGBT的控制端，其与对应相的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号PWMj对应的控制单元的k个同步boost单元电压转换电路PWM信号输出端相连，其中所述第三IGBT和第四IGBT的控制端的信号相反，所述输入滤波电容的两端为k个同步boost单元电压转换电路的输入端，所述输出滤波电容的两端为k个同步boost单元电压转换电路的输出端。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510589383.5A CN105186563B (zh) | 2015-09-16 | 2015-09-16 | 一种基于同步boost的高效能太阳能光伏发电控制系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510589383.5A CN105186563B (zh) | 2015-09-16 | 2015-09-16 | 一种基于同步boost的高效能太阳能光伏发电控制系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105186563A CN105186563A (zh) | 2015-12-23 |
| CN105186563B true CN105186563B (zh) | 2018-08-14 |
Family
ID=54908485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510589383.5A Active CN105186563B (zh) | 2015-09-16 | 2015-09-16 | 一种基于同步boost的高效能太阳能光伏发电控制系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105186563B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1841254A (zh) * | 2005-03-30 | 2006-10-04 | 三洋电机株式会社 | 太阳光发电装置 |
| CN101953060A (zh) * | 2006-12-06 | 2011-01-19 | 太阳能安吉科技 | 利用在直流电源的分布式电能收集系统 |
| CN102427315A (zh) * | 2011-12-19 | 2012-04-25 | 浙江大学 | 基于直流母线的光伏发电装置 |
| CN203313097U (zh) * | 2013-06-04 | 2013-11-27 | 深圳市长昊机电有限公司 | 一种大功率光伏发电系统 |
| CN103515974A (zh) * | 2012-06-28 | 2014-01-15 | 周德佳 | 一种高效稳定双mppt功能的光伏单相并网控制方法 |
| JP2014215831A (ja) * | 2013-04-25 | 2014-11-17 | 株式会社安川電機 | 系統連系装置 |
| CN104485672A (zh) * | 2014-11-26 | 2015-04-01 | 上海载物能源科技有限公司 | 适用于微网的光伏逆变组群的自平衡控制方法及系统 |
-
2015
- 2015-09-16 CN CN201510589383.5A patent/CN105186563B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1841254A (zh) * | 2005-03-30 | 2006-10-04 | 三洋电机株式会社 | 太阳光发电装置 |
| CN101953060A (zh) * | 2006-12-06 | 2011-01-19 | 太阳能安吉科技 | 利用在直流电源的分布式电能收集系统 |
| CN102427315A (zh) * | 2011-12-19 | 2012-04-25 | 浙江大学 | 基于直流母线的光伏发电装置 |
| CN103515974A (zh) * | 2012-06-28 | 2014-01-15 | 周德佳 | 一种高效稳定双mppt功能的光伏单相并网控制方法 |
| JP2014215831A (ja) * | 2013-04-25 | 2014-11-17 | 株式会社安川電機 | 系統連系装置 |
| CN203313097U (zh) * | 2013-06-04 | 2013-11-27 | 深圳市长昊机电有限公司 | 一种大功率光伏发电系统 |
| CN104485672A (zh) * | 2014-11-26 | 2015-04-01 | 上海载物能源科技有限公司 | 适用于微网的光伏逆变组群的自平衡控制方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105186563A (zh) | 2015-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN202384776U (zh) | 光伏发电系统 | |
| Yusof et al. | A comparative study of 5-level and 7-level multilevel inverter connected to the grid | |
| CN203674732U (zh) | T型三电平三相四桥臂光伏并网发电系统 | |
| CN201947196U (zh) | 一种基于最大功率点跟踪的光伏并网逆变器 | |
| CN105186564B (zh) | 一种高效能的太阳能光伏发电控制系统及方法 | |
| KR101351067B1 (ko) | 기수 고조파 저감 방식을 이용한 계통 연계 인버터 전류제어 시스템 및 장치 | |
| Das et al. | Photovoltaic H6-type transformerless inverter topology | |
| CN202333838U (zh) | 隔离型并网逆变电源 | |
| CN105186563B (zh) | 一种基于同步boost的高效能太阳能光伏发电控制系统及方法 | |
| CN203301167U (zh) | 一种基于多核处理器的光伏发电控制器 | |
| CN106611962B (zh) | 一种链式级联自同步太阳能光伏发电控制装置及控制方法 | |
| CN101924376A (zh) | 太阳能发电并网控制系统 | |
| CN104467007B (zh) | 单相级联多电平光伏并网逆变器控制系统 | |
| Mathi et al. | Comparative analysis of grid connected transformerless photovoltaic inverters for leakage current minimization | |
| CN203722503U (zh) | 一种并网逆变器 | |
| CN103401268B (zh) | 三相电流型多电平变流器风力发电并网装置 | |
| CN202424525U (zh) | 一种变频器 | |
| CN205961052U (zh) | 一种光伏供电系统 | |
| CN205681328U (zh) | 一种用于光伏发电的并联逆变器控制系统 | |
| Kshirsagar et al. | Design and simulation of transformer less single phase photovoltaic inverter without battery for domestic application | |
| CN204190667U (zh) | 一种集中逆变变压模式光伏发电成套装置 | |
| CN204068284U (zh) | 一种光伏储能混合变流器系统 | |
| CN109286203A (zh) | 扩大三相级联型光伏并网逆变器运行范围的控制方法 | |
| Irwanto et al. | Power capacity enhancement of transformerless photovoltaic inverter | |
| CN106611961B (zh) | 具有惯性环节的链式级联全域自同步太阳能光伏发电控制装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210618 Address after: Room b4017, 4th floor, building 41, 398 Heqing Road, Minhang District, Shanghai 201100 Patentee after: Shanghai feiyouche Energy Technology Co.,Ltd. Address before: 200240 No. 800, Dongchuan Road, Shanghai, Minhang District Patentee before: SHANGHAI LOADING ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |