CN105790420A - 一种可投切负载的光伏发电系统及协调控制方案 - Google Patents

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Abstract

一种可投切负载的光伏发电系统及协调控制方案，通过控制负载的投切，使负载总功率跟踪光伏发电功率的变化。当发电量过多时，按优先级从大到小顺序接入负载来消化过多的电能，当发电量不足时，切除低优先级负载来保证主要负载的正常运行，实现发电量的最大化利用，避免使用蓄电池或电网调节多余或不足的发电量所带来的种种问题，具有较高的实用性和灵活性。

Description

一种可投切负载的光伏发电系统及协调控制方案
技术领域
本发明属于新能源开发利用领域，涉及一种可投切负载的光伏发电系统及协调控制方案，其特点是光照强度低于标准值时只使用电网供电，高于此值时只使用光伏发电系统供电，此时根据光伏发电量变化来投切负载，使负载用电量与光伏系统发电量保持动态平衡，实现电能的充分利用。
背景技术
自从1954年第一块实用光伏电池问世以来，太阳能光伏发电取得了长足的进步。尤其是在我国,虽然起步相对美国、德国等发达国家较晚，但近几年来发展迅速，太阳能光伏发电系统已经在很多领域得到了一定的推广和利用。在交通行业，光伏发电系统可以为航标灯、信号灯、高空障碍灯等供电；建筑方面，将光伏发电与建筑材料相结合，可以使未来大型建筑实现供电自给；此外，光伏发电系统还为一些偏远地区如高原、海岛、边防哨所等提供了一种可靠的供电方案。
由于受外界环境和气象条件影响较大，光伏系统的发电功率具有很大的随机性和不稳定性，在实际应用中，通常采用蓄电池储能方案或并网调节方案来协调功率平衡。这两种方案目前均存在一定的不足之处：一方面，目前我国还没有用于光伏系统的专用蓄电池，而是使用常规的铅酸蓄电池，使用寿命相对较短，污染大；另一方面，利用电网调节虽然可以避免使用蓄电池，但光伏发电受地理位置、气候等因素影响较大，具有不稳定性，电网不得不配备相应容量的发电机处于备用状态。
基于上述原因，如何在不使用储能装置或电网调节的条件下使光伏发电得到最大程度利用，成为目前光伏发电领域的一个研究方向。一种可行的方法是，通过调控负载功率来实现发电功率和用电功率的平衡，使光伏发电系统所产生的电量全部由负载消耗，实现资源最大化利用。
发明内容
本发明旨在设计一个光伏发电系统，并辅以一种协调控制方案，使得在不配备储能系统或电网调节的前提下，实现光伏发电最大化利用。使用光照强度监测模块来测量光照强度是否达到标准值，若低于标准值，说明光伏系统发电量将不足以支持必要负载正常运行，此时全部使用电网供电；当光照强度高于标准值，则使用光伏发电系统为负载供电，负载依照光伏发电功率的变化进行投切活动，从而使发电量与耗电量处于动态平衡状态，因此不需要使用蓄电池或电网进行调节，大大节约了成本，精简了控制过程。
为实现以上平衡状态，需进行以下设计：首先，将负载根据实际要求划分为多个优先级别，并将相同优先级的负载作进一步排序。以三个优先级为例，设一级负载有m个，二级负载有n个，三级负载有k个，对每个负载编号如下：
一级负载：P11，P12，…，P1m；
二级负载：P21，P22，…，P2n；
三级负载：P31，P32，…，P3k。
根据负载编号的角标判断其优先级，即P11>P12>…>P1m>P21>P22>…>P2n>P31>P32>…>P3k，从而确定设备投切的顺序。通过实时监测光伏发电机组的发电功率P和当前正在运行负载的总功率∑Pij(ij为上述负载编号的角标)，当P>∑Pij时，将待接通负载按照优先级从大到小顺序接通，直到P与∑Pxy大致相等为止(即P＝∑Pij±Pe)停止接入负载；当P<∑Pij时，将待切除负载(即正在运行的负载)按照优先级从小到大顺序断开，直到P与∑Pij大致相等为止停止断开负载。如果能够合理地设置偏差值Pe，因发电功率与负载功率存在偏差所导致的电能损耗便能控制在较小的程度。
这种设计的优点是，将干扰要素多、控制难度大的发电功率控制问题转换为干扰小、便于控制的负载控制问题，通过接入负载来消耗发电系统产生的过多的电量，供电不足时又可以切除次要负载来保证主要负载的正常运行，灵活性高，且回避了引入蓄电池或电网调节带来的一系列问题。
附图说明
附图1为最大优先级负载筛选程序流程图；
附图2为最小优先级负载筛选程序流程图；
附图3为光伏发电系统协调控制程序流程图；
附图4为光伏发电系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
首先根据前文所述进行负载编号，将所有负载划分为待接入负载集合A和待切除负载集合B，建立负载优先级筛选算法来从集合A或集合B中选出优先级最大或最小的负载。从A中筛选最大优先级负载方法如附图1所示，步骤如下：
①A中包含负载个数为u，负载编号格式为Pxy；
②产生临时参数a,b,a用来存放最大优先级负载的编号，b用来计数；
③初始化b＝1,a＝Pxbyb，其中Pxbyb为A中的第b个元素；
④提取第b+1个元素Pxb+1yb+1，如果xb+1＜xb，则令a＝Pxb+1yb+1；如果xb+1＞xb，保持a不变；如果xb+1＝xb，则比较yb与yb+1，若yb+1＜yb，则令a＝Pxb+1yb+1，若yb+1≥yb，保持a不变。
⑤令b＝＝b+1，如果此时b＜u，转到④，否则令u＝u-1，输出a，a中存放的就是集合A中最大优先级负载的编号。
同理可从集合B中筛选出优先级最小的负载，如附图2所示，具体步骤为：
①B中包含负载个数为v，负载编号格式为Pxy；
②产生临时参数c,d,c用来存放最大优先级负载的编号，d用来计数；
③初始化d＝1,c＝Pxdyd，其中Pxbyb为A中的第b个元素；
④提取第b+1个元素Pxb+1yb+1，如果xb+1＜xb，则令a＝Pxb+1yb+1；如果xb+1＞xb，保持a不变；如果xb+1＝xb，则比较yb与yb+1，若yb+1＜yb，则令a＝Pxb+1yb+1，若yb+1≥yb，保持a不变。
⑤令b＝＝b+1，如果此时b＜u，转到④，否则令u＝u-1，输出a，a中存放的就是集合A中最大优先级负载的编号。
基于以上筛选方法，给出附图3所示协调控制方案：
①检测光伏当前发电功率P以及当前运行负载总功率∑Pij。
②计算△＝|P-∑Pij|，如果△<Pe，则保持当前状态，否则转③。
③如果P<∑Pij，则使用前面所述筛选法选出当前运行负载集合B中优先级最小的负载Pmin将其断开，然后置A＝A+Pmin，B＝B-Pmin，转①；如果P>∑Pij，则使用前面所述筛选法选出待接入负载集合A中优先级最大的负载Pmax将其接通，然后置A＝A-Pmax，B＝B+Pmax,转①。
通过改变以上步骤的循环周期，工作人员可以根据实际要求提高或降低负载功率跟踪发电功率的精确度，实现更灵活的控制。此外，对于正常工作负载功率较大的区域，可以适当提高光照强度标准值来控制电网供电和光伏供电的切换，反之亦然、
可以理解的是，图中示出的系统结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的设备，或者组合某些设备，或者不同的设备部署。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种可投切负载的光伏发电协调控制方案，其特征在于，将负载根据实际要求赋予不同的优先级，并进行编号处理，当光伏发电系统发电充足时，按照优先级从大到小顺序筛选出待接入负载投入运行，当光伏发电系统发电不足时，按照优先级从小到大顺序筛选出待切除负载停止运行。光伏发电量与负载用电量能够保持动态平衡，因此在使用光伏发电时不需要蓄电池或电网等手段来调节。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，包括光照强度监测模块(1)，当光照强度高于指定值时使用光伏发电系统供电，低于该值时使用电网供电。
3.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，包括三种不同优先级别的负载：一级负载(2)、二级负载(3)、三级负载(4)，每种优先级别下分别包含不同优先级的负载。
4.根据权利要求1所述的优先级筛选方法，其特征在于，根据被赋予的优先级大小以及所属优先级别对负载进行编号处理，建立两个集合来存放待所有接入设备和待切除设备的编号，检索待接入或待切除设备编号集，即可找出最大或最小优先级负载对应的编号。
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