CN109066777A - 光伏发电并网输出功率控制方法 - Google Patents

光伏发电并网输出功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光伏发电并网输出功率控制方法，包含以下步骤：S1：先采用定电压控制模式对输出电压进行控制，当其达到理论上的最大功率点电压时，切换至MPPT模式；S2：调整直流母线的电压，确定电压环母线电压指令值大于电力线中电压基波最大峰值；S3：根据电压环母线电压指令值和母线电压实际值确定有功功率电流指令值；S4：限定电流缓增时间，实现有功电流软启动；S5：根据有功、无功功率电流指令得到SVPWM，实现对并网逆变器的功率器件的开关控制。其显著效果是：实现了系统快速、精确地跟踪至实际最大功率点并稳定工作，很好的解决了电网电压波动对系统稳定性的影响。还解决了使用MPPT控制方法所带来的缺陷，提高了系统的安全性和稳定性。

Description

光伏发电并网输出功率控制方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏发电并网输出功率控制方法。
背景技术
光伏发电是太阳能的主要利用形式，独立光伏发电系统可以有效解决无电少电的偏远地区和一些特殊场合的电力供应难题。太阳能电池板的输出具有很强的非线性，不同光照、温度、外接负载、工作电压下其输出的功率差异很大，需要采取一定的措施跟踪光伏电池的最大功率点。
在特定的光照强度和温度等环境条件下，光伏电池的太阳能电池板P-V特性曲线如图1所示，是一条单峰曲线，说明了光伏电池在一定的环境条件下，有且只有一个最大功率点。
最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制算法可以将太阳能电池板的工作状态调整到最佳状态。MPPT算法有很多种，最常见的有扰动观察法、电导增量法和恒电压跟踪法。其中扰动观察法无法将跟踪步长和跟踪精度同时兼顾，系统对外界环境变化的响应能力也较差，在最大功率点有振动并导致功率的损失。
申请号为201210048303.1的发明专利“最大功率点跟踪方法及系统”采用不断调整最大定步长进行多次扰动，实现最大功率跟踪。其缺陷是，多次扰动方法的跟踪速度受步长和冲击电流的限制，速度太慢，在实际应用中尚有不足。
申请号为201010170813.7的发明专利“一种动态调整母线电压提高并网效率的方法”涉及一种动态调整母线电压提高并网效率的方法，根据电网电压的档位来调节母线电压指令值，属于一种有级调节。但是当母线电压出现跨越多个电压档位的连续波动时，使用该方法将造成输出电流的瞬态冲击和输出功率的波动。说明该方法有局限性，即不适用于单级逆变拓扑结构的逆变器。
MPPT控制方法最终是通过调节系统母线电压来实现对最大功率点跟踪的，为满足并网基本条件，母线电压还必须大于最高电网电压的峰值。因此，MPPT 的输出信号即母线电压指令必须要考虑电网电压波动，尤其是电网电压抬升的影响。否则，MPPT方法非但不能实现对太阳能电池板最大功率点的跟踪，反而会使得并网逆变器不能够稳定并网运行，甚至发生脱网故障。
发明内容
为针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种光伏发电并网输出功率控制方法，能够快速跟踪至实际最大功率点并稳定工作。由于很好的解决了电网电压波动对系统稳定性的影响，该系统适用于单级或者多级并网型光伏逆变器。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种光伏发电并网输出功率控制方法，其关键在于包含以下步骤：
S1：先采用定电压控制模式对光伏面板输出的电压进行控制，当其达到理论上的最大功率点电压Um时，切换至MPPT模式追踪实际最大功率对应电压 UMPP；
S2：调整直流母线的电压，确定电压环母线电压指令值使其大于电力线中电压基波最大峰值；
S3：根据电压环母线电压指令值和母线电压实际值UPV确定有功功率电流指令值
S4：通过限定电流缓增时间t1，实现有功电流软启动；
S5:根据有功功率电流指令和无功功率电流指令进行矢量变换，输出SVPWM，对并网逆变器的功率器件进行开关控制。
可选地，步骤S1中所述定电压控制模式是通过采集太阳能电池板开路电压Uoc，然后按照Um＝k1·Uoc确定理论上的最大功率点电压Um，系数k1取决于光伏电池的特性，其取值范围为0.6～0.9。
可选地，当光伏面板采用晶硅组件时，系数k1取为0.8，当光伏面板采用薄膜组件时，系数k1取为0.72。
可选地，步骤S2中所述的调整直流母线的电压的方法是通过采集电网线上三相电压的基波有效值Urms，然后按照确定逆变器直流母线的电压指令其中为所述定电压控制模块或所述MPPT 控制模块的输出电压，k2取值为1.414，η为逆变器的电压损耗，包括PWM死区电压损耗、电抗器铁心损耗及主电路电压损耗。
可选地，所述电网线上三相电压的基波有效值其中UA,UB,UC分别为交流电网线上A,B,C三相电压有效值。
可选地，步骤S3中将逆变器直流母线的电压指令与母线电压实际值 Upv做差得到电压偏差Verr，然后通过PI调节得到有功功率电流指令
本发明的显著效果是：通过将定电压控制模式和MPPT控制方法相结合，实现了系统快速、精确地跟踪至实际最大功率点并稳定工作，很好的解决了电网电压波动对系统稳定性的影响。本发明所提出方法还解决了使用MPPT控制方法将光伏电源并入电网所带来的缺陷，提高了系统的安全性和稳定性。对 MPPT控制方法的优化提出了一种可借鉴的参考。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为太阳能电池板P-V特性曲线；
图2为光伏发电并网输出功率控制方法实现系统框图；
图3为光伏发电并网输出功率控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，应用于光伏发电的太阳能电池板的P-V特性曲线是一条单峰曲线。在实际最大功率输出点电压UMPP处，得到最大输出功率。
图2给出了一种实现本发明所提出的光伏发电并网输出功率控制方法的实际系统，包括定电压控制模块、MPPT控制模块、切换控制单元、母线电压动态调整单元、有功电流软启动单元以及SVPWM单元。
在图2所示的一种实现本发明所提出的方法的系统的基础上，本发明方法按照图3所示的控制流程对所述系统实现控制，其具体步骤为：
S1：先采用定电压控制模式对光伏面板输出的电压进行控制，当其达到理论上的最大功率点电压Um时，切换至MPPT模式追踪实际最大功率对应电压 UMPP；
S2：调整直流母线的电压，确定电压环母线电压指令值使其大于电力线中电压基波最大峰值；
S3：根据电压环母线电压指令值和母线电压实际值UPV确定有功功率电流指令值
S4：通过限定电流缓增时间t1，实现有功电流软启动；
S5:根据有功功率电流指令和无功功率电流指令进行矢量变换，输出SVPWM，对并网逆变器的功率器件进行开关控制。
可选地，步骤S1中所述定电压控制模式是通过采集太阳能电池板开路电压Uoc，然后按照Um＝k1·Uoc确定理论上的最大功率点电压Um，系数k1取决于光伏电池的特性。
可选地，系数k1的取值范围为0.6～0.9。
可选地，当光伏面板采用晶硅组件时，系数k1取为0.8，当光伏面板采用薄膜组件时，系数k1取为0.72。
可选地，步骤S2中所述的调整直流母线的电压的方法是通过采集电网线上三相电压的基波有效值Urms，然后按照确定逆变器直流母线的电压指令其中为所述定电压控制模块或所述MPPT 控制模块的输出电压，k2为常数，η为逆变器的电压损耗。
可选地，系数k2取值为1.414。
可选地，所述电网线上三相电压的基波有效值其中UA,UB,UC分别为交流电网线上A,B,C三相电压有效值。
可选地，步骤S3中将逆变器直流母线的电压指令与母线电压实际值 Upv做差得到电压偏差Verr，然后通过PI调节得到有功功率电流指令
其中，在上述步骤S5中，SVPWM的两个输入端分别为有功功率指令端和无功功率指令端，其中表示在dq旋转坐标系下，有功电流指定值；表示在dq旋转坐标系下，无功电流指定值；id表示在dq旋转坐标系下，有功电流反馈值；iq表示在dq旋转坐标系下，无功电流反馈值；ed表示在dq旋转坐标系下，电网电压d轴分量；eq表示在dq旋转坐标系下，电网电压q轴分量；L表示光伏逆变器电感；W表示电网角频率；ud表示在dq坐标系下，d轴电压控制量；uq表示在dq坐标系下，q轴电压控制量。
综上所述，本发明提出了一种光伏发电并网输出功率控制方法，通过将定电压控制模式和MPPT控制方法相结合，实现了系统快速、精确地跟踪至实际最大功率点并稳定工作，很好的解决了电网电压波动对系统稳定性的影响。本发明所提出方法还解决了使用MPPT控制方法将光伏电源并入电网所带来的缺陷，提高了系统的安全性和稳定性。对MPPT控制方法的优化提出了一种可借鉴的参考。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种光伏发电并网输出功率控制方法，其特征在于包含以下步骤：
S1：先采用定电压控制模式对光伏面板输出的电压进行控制，当其达到理论上的最大功率点电压Um时，切换至MPPT模式追踪实际最大功率对应电压UMPP；
S2：调整直流母线的电压，确定电压环母线电压指令值使其大于电力线中电压基波最大峰值；
S3：根据电压环母线电压指令值和母线电压实际值UPV确定有功功率电流指令值
S4：通过限定电流缓增时间t1，实现有功电流软启动；
S5:根据有功功率电流指令和无功功率电流指令进行矢量变换，输出SVPWM，对并网逆变器的功率器件进行开关控制。
2.根据权利要求1所述的光伏发电并网输出功率控制方法，其特征在于：步骤S1中所述定电压控制模式是通过采集太阳能电池板开路电压Uoc，然后按照Um＝k1·Uoc确定理论上的最大功率点电压Um，系数k1取决于光伏电池的特性。
3.根据权利要求2所述的光伏发电并网输出功率控制方法，其特征在于：系数k1的取值范围为0.6～0.9。
4.根据权利要求3所述的光伏发电并网输出功率控制方法，其特征在于：当光伏面板采用晶硅组件时，系数k1取为0.8，当光伏面板采用薄膜组件时，系数k1取为0.72。
5.根据权利要求1-4任一所述的光伏发电并网输出功率控制方法，其特征在于：步骤S2中所述的调整直流母线的电压的方法是通过采集电网线上三相电压的基波有效值Urms，然后按照确定逆变器直流母线的电压指令其中为所述定电压控制模块或所述MPPT控制模块的输出电压，k2为常数，η为逆变器的电压损耗。
6.根据权利要求5所述的光伏发电并网输出功率控制方法，其特征在于：系数k2取值为1.414。
7.根据权利要求5所述的光伏发电并网输出功率控制方法，其特征在于：所述电网线上三相电压的基波有效值其中UA,UB,UC分别为交流电网线上A,B,C三相电压有效值。
8.根据权利要求5所述的光伏发电并网输出功率控制方法，其特征在于：
步骤S3中将逆变器直流母线的电压指令与母线电压实际值Upv做差得到电压偏差Verr，然后通过PI调节得到有功功率电流指令
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