CN105827180A - 基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统，包括多个串联连接的光伏模块和与之匹配的双向DC/DC变流器，所述双向DC/DC变流器由中央控制器控制，中央控制器首先对每个光伏模块进行MPPT局部控制追踪，然后进行差分功率（DPP）控制，通过DC/DC变流器将电能注入到失谐光伏模块中，控制每个光伏模块功率相对平衡，最后在对整个光伏系统进行MPPT全局控制追踪，使其输出最大功率。通过DC/DC变流器将一部分电能注入到失谐模块中维持每块模块之间相对地平衡，从而根本解决了模块失配的情况。这种结构只需要处理模块间失配功率，相比总功率比例较低，因而系统效率明显提高。

Description

基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统

技术领域

本发明涉及光伏系统功率输出控制技术领域，具体地涉及一种基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统。

背景技术

太阳能被全世界广泛地认为是一种非常重要的可持续能源。然而光伏发电系统在实际使用中非常容易受到光照不均匀、局部遮挡(例如建筑物、树木、污垢)以及其它内在因素(例如生产过程中的误差、随时间而产生的老化等)的影响，从而造成光伏模块的不匹配现象，严重影响光伏系统的功率输出。

为了能够克服这些缺点，近年来往往采用分布式结构，传统的分布式结构需要将模块产生的电能全部通过微型逆变器或DC/DC变流器进行处理，影响整体效率。

需要实时地调节光伏模块的输出功率，在任何外界环境下实现最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking，MPPT)显得十分重要。

现有的MPPT技术主要包括定步长和变步长两种。常见的定步长MPPT算法有观察扰动法、电导法和爬山法。定步长算法的优点主要在于算法简单、成本低廉、易于实施，同时在天气状况稳定的情况效果较好。但是，其缺点主要在于跟踪精度与响应速度无法兼顾。同时，当光照发生剧烈变换时，其算法会发生误判从而导致追踪速度的下降。

为了能弥补这一缺陷，基于上述方法，变步长MPPT方法被提出，其方法主要思路就是：当工作点远离最大功率点(MPP)时，采用大步长去追踪；当靠近MPP时，采用小步长去跟踪。虽然变步长方法很好地克服了跟踪精度与响应速度，但是缺点主要在于确定变步长大小的方法过于复杂；靠近MPP时步长过小从而导致追踪速度下降；系统复杂度高。同时，当光照发生剧烈变换时，其算法会发生误判从而导致追踪速度的下降。

发明内容

针对上述技术存在的缺陷，本发明提出了一种基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统。当光伏模块出现不匹配的情况时，新型的分布式结构通过DC/DC变流器将一部分电能注入到失谐模块中维持每块模块之间相对地平衡，从而根本解决了模块失配的情况。这种结构只需要处理模块间失配功率，相比总功率比例较低，因而系统效率明显提高。

本发明的技术方案是：

一种基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统，其特征在于，包括多个串联连接的光伏模块和与之匹配的双向DC/DC变流器，所述双向DC/DC变流器由中央控制器控制，中央控制器首先对每个光伏模块进行MPPT局部控制追踪，然后进行差分功率(DPP)控制，通过DC/DC变流器将电能注入到失谐光伏模块中，控制每个光伏模块功率相对平衡，最后在对整个光伏系统进行MPPT全局控制追踪，使其输出最大功率。

优选的，所述光伏模块和双向DC/DC变流器组成模块-总线型结构，所述双向DC/DC变流器为隔离型的双向DC/DC变流器。

优选的，所述光伏模块和双向DC/DC变流器组成模块-模块型结构，所述双向DC/DC变流器为非隔离型的双向DC/DC变流器。

优选的，所述MPPT局部控制追踪和MPPT全局控制追踪采用基于β参数的集中式控制法，追踪一个中间变量β其如下所示：

$\mathrm{\β}=ln\left(\frac{I}{V}\right)-c\×V$

其中，V、I分别为光伏模块的输出电压和电流，c为常数，c＝q/(N_sAKT)；

采样光伏模块组的电压V_string、电流I_string，并转换为β_string，用于MPPT全局控制追踪；同时，采样每个光伏模块的电压V_mod、电流I_mod，转换为β_mod，用于MPPT局部控制追踪。

与现有技术相比，本发明的优点是：

当光伏模块出现不匹配的情况时，新型的分布式结构通过DC/DC变流器将一部分电能注入到失谐模块中维持每块模块之间相对地平衡，从而根本解决了模块失配的情况。这种结构只需要处理模块间失配功率，相比总功率比例较低，因而系统效率明显提高。

基于Beta参数的MPPT算法追踪一个中间变量，而不是功率的变化，不仅具有较快动态追踪速度，而且还可以实现稳态零振荡，甚至可以避免误判、减少算法对系统的依赖性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统的模块-总线型示意图；

图2为本发明基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统的模块-模块型示意图；

图3为本发明基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统的控制方法示意图；

图4为MPPT追踪效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

如图1-3所示，一种基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统，包括多个串联连接的光伏模块和与之匹配的双向DC/DC变流器，光伏模块和双向DC/DC变流器可以组成模块-总线型结构，如图1所示，采用隔离型的双向DC/DC变流器，如flyback，所需DC/DC变流器数量与光伏模块数量一致。

光伏模块和双向DC/DC变流器组成模块-模块型结构，如图2所示，采用非隔离型的双向DC/DC变流器，如同步buck-boost或Cuk，所需DC/DC变流器数量比光伏模块数量少一个。

双向DC/DC变流器由中央控制器控制，控制可以细分为三类：①MPPT局部控制；②MPPT全局控制；③差分功率(DPP)控制。MPPT局部控制用于实现每个光伏模块能达到自身最大功率，而MPPT全局控制是要实现模块组达到最大功率，DPP控制则是要实现每个光伏模块功率相对平衡，消除模块失配现象。

具体控制示意图如图3所示：

首先对每个光伏模块进行精确的MPPT追踪，使每个光伏模块能达到自身最大功率，然后进行差分功率(DPP)控制，当光伏模块出现不匹配的情况时，通过DC/DC变流器将一部分电能注入到失谐模块中，来维持每块光伏模块之间相对平衡，最后再对整个光伏系统进行MPPT追踪，最终实现整体最大功率输出。

对于MPPT局部控制追踪和MPPT全局控制追踪采用基于β参数的集中式控制法，追踪一个中间变量β，而不是功率的变化，不仅具有较快动态追踪速度，而且还可以实现稳态零振荡，甚至可以避免误判、减少算法对系统的依赖性。其如下所示：

$\mathrm{\β}=ln\left(\frac{I}{V}\right)-c\×V$

其中，V、I分别为光伏模块的输出电压和电流，c为常数，c＝q/(N_sAKT)；

采样光伏模块组的电压V_string、电流I_string，并转换为β_string，用于MPPT全局控制追踪；同时，采样每个光伏模块的电压V_mod、电流I_mod，转换为β_mod，用于MPPT局部控制追踪。即使在不同的光照强度和温度下情况下，β值往往固定在一个很小的范围内，因此，采用基于β参数的MPPT算法，可以有效地保证所有模块及整个模块组都工作在一个相对稳定的状态下。基于Beta法MPPT追踪效果图如图4所示。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (4)

1.一种基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统，其特征在于，包括多个串联连接的光伏模块和与之匹配的双向DC/DC变流器，所述双向DC/DC变流器由中央控制器控制，中央控制器首先对每个光伏模块进行MPPT局部控制追踪，然后进行差分功率(DPP)控制，通过DC/DC变流器将电能注入到失谐光伏模块中，控制每个光伏模块功率相对平衡，最后在对整个光伏系统进行MPPT全局控制追踪，使其输出最大功率。

2.根据权利要求1所述的基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统，其特征在于，所述光伏模块和双向DC/DC变流器组成模块-总线型结构，所述双向DC/DC变流器为隔离型的双向DC/DC变流器。

3.根据权利要求1所述的基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统，其特征在于，所述光伏模块和双向DC/DC变流器组成模块-模块型结构，所述双向DC/DC变流器为非隔离型的双向DC/DC变流器。

4.根据权利要求1所述的基于Beta参数差分功率控制的分布式光伏系统，其特征在于，所述MPPT局部控制追踪和MPPT全局控制追踪采用基于β参数的集中式控制法，追踪一个中间变量β其如下所示：

$\mathrm{\β}=ln\left(\frac{I}{V}\right)-c\×V$

其中，V、I分别为光伏模块的输出电压和电流，c为常数，c＝q/(N_sAKT)；

采样光伏模块组的电压V_string、电流I_string，并转换为β_string，用于MPPT全局控制追踪；同时，采样每个光伏模块的电压V_mod、电流I_mod，转换为β_mod，用于MPPT局部控制追踪。