CN110504710A - 一种光伏并网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏并网系统,包括光伏系统、直流双向变流器、逆变器、最大功率跟踪器、控制器、储能系统,所述光伏系统通过直流双向变流器分别连接储能系统和逆变器,所述逆变器通过滤波电感连接电网,所述控制器接收所述电网、最大功率跟踪器、储能系统的参数,控制逆变器跟踪电网的频率,实现光伏系统并网。本发明能够稳定控制光伏系统进行并网,有助于光伏系统快速高效的并网。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域,具体而言,涉及一种光伏并网系统。
背景技术
光伏阵列的输出功率具有强烈的非线性,而且和日照强度、环境温度等气象条件密切相关。在某一环境温度、不同日照强度下,光伏阵列的电流-电压都不同,在一定的日照强度和环境温度下,光伏阵列只有运行在某一电压时,光伏阵列的输出功率才能达到最大值,此时的光伏阵列工作点就达到输出P-V曲线的最高点,称之为最大功率点。
在光伏并网发电系统中,要使系统处于比较理想的工况,而且对于任何日照,为了使并网发电系统在运行中能够从光伏阵列中获取最大功率输出,必须采用最大功率跟踪技术。在面对多个太阳能电池阵列中,如何控制太阳能电池在最大功率的同时,又能够匹配电网的谐波和负载电流状态,使光伏系统能够抗干扰的情况下,满足并网需求,为电网提供稳定的并网电流,这是随着光伏系统的发展以及对能源节约时刻需要考虑的,通过并网能够提高光伏的利用率,避免光伏系统仅仅只能在微网状态下使用。
发明内容
本发明提出了一种光伏并网系统,包括光伏系统、直流双向变流器、逆变器、最大功率跟踪器、控制器、储能系统,所述光伏系统通过直流双向变流器分别连接储能系统和逆变器,所述逆变器通过滤波电感连接电网,所述控制器接收所述电网、最大功率跟踪器、储能系统的参数,控制逆变器跟踪电网的频率,实现光伏系统并网。
所述的光伏并网系统,所述光伏系统包括多个太阳能电池阵列,所述最大功率跟踪器包括多个子跟踪器以及集中器,所述多个子跟踪器分别根据最大功率跟踪算法控制每个太阳能电池阵列进行最大功率跟踪,所述集中器用于将多个子跟踪器输出的功率进行集中汇总,并能够根据输出功率的需求,选择控制子跟踪器的投入运行的数量。
所述的光伏并网系统,所述最大功率跟踪算法具体包括:设定单个太阳能电池模型,模型输出的电流为:
其中,设定模型开路时,开路电压为Voc,则开路时,i=0;V=VOC,VOC≈C;
模型短路时,短路电路ISC,i=ISC;v=0;则A≈Isc;则B和D在最大功率跟踪点是确定的;则最大功率跟踪点时的电流为:
其中,i=IMPPT,v=VMPPT;A≈Isc;C≈VOC;IMPPT为最大功率跟踪的电流,VMPPT为最大功率跟踪的电压;
进行求导,得出:
通过公式(2)-(3)可以求得:
通过上述设定的模型,即可确定最大功率跟踪的输出电流IMPPT和电压VMPPT以及最大功率跟踪的输出功率。
所述的光伏并网系统,所述集中器还包括计时单元、存储器,所述计时单元用于计算所述多个子跟踪器的运行时间,并将所述运行时间输出到存储器中,通过运行时间输入到所述最大功率跟踪模型,分别计算不同时间段的输出功率值,
Pn=Vn×In (6)
Pp=Vp×Ip (7)
其中,Pn为以前输出的功率值,Pp为当前输出的功率值,Vn、In为以前变化的电压和电流,Vp、Ip为当前变化的电压和电流;设定初始最大功率的运行点对应的参考电压为Vref1,当光伏系统的太阳能电池的输出电压为Vref1时,功率输出值为Pmax,以参考电压为横坐标,功率输出值为纵坐标,建立平面直角坐标系,则以参考电压Vref1为横坐标形成的直线将功率输出值分为左区域和右区域,左区域和右区域对应的功率值均小于Pmax;
当Pn>Pp时,需要重新确定光伏系统输出参数是否准备就绪;
当Pn=Pp时,此时光伏系统处于最大功率点;
当Pn<Pp时,如果Vn>Vp,光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点,且功率输出点由左区域移动到右区域,此时,最大功率运行点对应的参考电压Vref2从左区域向右区域减小;如果Vn>Vp,光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点,且功率输出点由右区域移动到左区域,此时,最大功率运行点对应的参考电压Vref3从左区域向右区域增加;
光伏系统逆变器输出的参考电流为:
Iref=[KP(Vc *-Vc)+KI∫(Vc *-Vc)dt-IMPPT]×sin(wt) (8)
其中,Vc *是参考电压,KP、KI为PI控制器的固定参数,IMPPT为公式(2)计算的最大跟踪电流,Vc为实时电压;
光伏系统逆变器的实际输出电流为:
IPWM=Iref+Ic (9)
其中,Ic是为了消除谐波而采取的补偿电流,
电网电压定义为:
其中,Vm为逆变器输出电压幅值,Im为逆变器输出电流幅值,Ir为IL(t)减去Imsin(wt)剩下的电流值;w为逆变器输出交流电相位角
得出补偿电流Ic的参考值为:
根据公式(9)确定逆变器输出的电流IPWM,控制器生成PWM波,输出到逆变器进行开关控制,逆变器输出交流电到电网中,实现光伏系统的并网控制。
所述的光伏并网系统,所述控制器包括相位检测单元、电网电流检测单元、负载电流检测单元、最大功率跟踪点接收单元、PWM生成单元、谐波检测单元;所述相位检测单元用于检测电网的相位角,所述电网电流检测单元、负载电流检测单元分别用于检测电网电流和负载电流,所述最大功率跟踪点接收单元用于接收最大功率跟踪器输出的跟踪参数,PWM生成单元用于根据检测的参数生成控制逆变器的PWM控制信号,所述谐波检测单元用于检测谐波值。
本发明所取得的有益技术效果是:本发明能够通过确定最大功率、电网的谐波等准确的控制电网光伏系统并网的时机,调节光伏系统的功率跟踪,以匹配合适的功率,给电网提供稳定的电能,作为本发明的改进点之一是,设置子功率跟踪单元和集中器,由于集中器设置有计时单元,能够通过集中器控制子功率跟踪单元投入的数量和时机,明确光伏系统输出的功率值,通过能够准确计算光伏系统之前的输出功率,通过之前的输出功率和当前输出的功率,能够根据光伏系统输出的参考值和实际值,并配合谐波值,准确得出控制逆变器输出的电流值,并通过控制器快速生成控制信号,满足电网快速变化的需求。能够提供高效稳定的光伏系统并网。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制,而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中,在不同的视图中,相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明的光伏并网系统的示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合其实施例,对本发明进行进一步详细说明;应当理解,此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言,在查阅以下详细描述之后,本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内,并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征,并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
如图1所示,为本发明提出了一种光伏并网系统,包括光伏系统、直流双向变流器、逆变器、最大功率跟踪器、控制器、储能系统,所述光伏系统通过直流双向变流器分别连接储能系统和逆变器,所述逆变器通过滤波电感连接电网,所述控制器接收所述电网、最大功率跟踪器、储能系统的参数,控制逆变器跟踪电网的频率,实现光伏系统并网。
所述的光伏并网系统,所述光伏系统包括多个太阳能电池阵列,所述最大功率跟踪器包括多个子跟踪器以及集中器,所述多个子跟踪器分别根据最大功率跟踪算法控制每个太阳能电池阵列进行最大功率跟踪,所述集中器用于将多个子跟踪器输出的功率进行集中汇总,并能够根据输出功率的需求,选择控制子跟踪器的投入运行的数量。
所述的光伏并网系统,所述最大功率跟踪算法具体包括:设定单个太阳能电池模型,模型输出的电流为:
其中,设定模型开路时,开路电压为Voc,则开路时,i=0;v=VOC,VOC≈C;
模型短路时,短路电路ISC,i=ISC;v=0;则A≈Isc;则B和D在最大功率跟踪点是确定的;则最大功率跟踪点时的电流为:
其中,i=IMPPT,v=VMPPT;A≈Isc;C≈VOC;IMPPT为最大功率跟踪的电流,VMPPT为最大功率跟踪的电压;
进行求导,得出:
通过公式(2)-(3)可以求得:
通过上述设定的模型,即可确定最大功率跟踪的输出电流IMPPT和电压VMPPT以及最大功率跟踪的输出功率。
所述的光伏并网系统,所述集中器还包括计时单元、存储器,所述计时单元用于计算所述多个子跟踪器的运行时间,并将所述运行时间输出到存储器中,通过运行时间输入到所述最大功率跟踪模型,分别计算不同时间段的输出功率值,
Pn=Vn×In (6)
Pp=Vp×Ip (7)
其中,Pn为以前输出的功率值,Pp为当前输出的功率值,Vn、In为以前变化的电压和电流,Vp、Ip为当前变化的电压和电流;设定初始最大功率的运行点对应的参考电压为Vref1,当光伏系统的太阳能电池的输出电压为Vref1时,功率输出值为Pmax,以参考电压为横坐标,功率输出值为纵坐标,建立平面直角坐标系,则以参考电压Vref1为横坐标形成的直线将功率输出值分为左区域和右区域,左区域和右区域对应的功率值均小于Pmax;
当Pn>Pp时,需要重新确定光伏系统输出参数是否准备就绪;
当Pn=Pp时,此时光伏系统处于最大功率点;
当Pn<Pp时,如果Vn>Vp,光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点,且功率输出点由左区域移动到右区域,此时,最大功率运行点对应的参考电压Vref2从左区域向右区域减小;如果Vn>Vp,光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点,且功率输出点由右区域移动到左区域,此时,最大功率运行点对应的参考电压Vref3从左区域向右区域增加;
光伏系统逆变器输出的参考电流为:
Iref=[KP(Vc *-Vc)+KI∫(Vc *-Vc)dt-IMPPT]×sin(wt) (8)
其中,Vc *是参考电压,KP、KI为PI控制器的固定参数,IMPPT为公式(2)计算的最大跟踪电流,Vc为实时电压;
光伏系统逆变器的实际输出电流为:
IPWM=Iref+Ic (9)
其中,Ic是为了消除谐波而采取的补偿电流,
电网电压定义为:
其中,Vm为逆变器输出电压幅值,Im为逆变器输出电流幅值,Ir为IL(t)减去Imsin(wt)剩下的电流值;w为逆变器输出交流电相位角
得出补偿电流Ic的参考值为:
根据公式(9)确定逆变器输出的电流IPWM,控制器生成PWM波,输出到逆变器进行开关控制,逆变器输出交流电到电网中,实现光伏系统的并网控制。
所述的光伏并网系统,所述控制器包括相位检测单元、电网电流检测单元、负载电流检测单元、最大功率跟踪点接收单元、PWM生成单元、谐波检测单元;所述相位检测单元用于检测电网的相位角,所述电网电流检测单元、负载电流检测单元分别用于检测电网电流和负载电流,所述最大功率跟踪点接收单元用于接收最大功率跟踪器输出的跟踪参数,PWM生成单元用于根据检测的参数生成控制逆变器的PWM控制信号,所述谐波检测单元用于检测谐波值。
本发明所取得的有益技术效果是:本发明能够通过确定最大功率、电网的谐波等准确的控制电网光伏系统并网的时机,调节光伏系统的功率跟踪,以匹配合适的功率,给电网提供稳定的电能,作为本发明的改进点之一是,设置子功率跟踪单元和集中器,由于集中器设置有计时单元,能够通过集中器控制子功率跟踪单元投入的数量和时机,明确光伏系统输出的功率值,通过能够准确计算光伏系统之前的输出功率,通过之前的输出功率和当前输出的功率,能够根据光伏系统输出的参考值和实际值,并配合谐波值,准确得出控制逆变器输出的电流值,并通过控制器快速生成控制信号,满足电网快速变化的需求。能够提供高效稳定的光伏系统并网。
本发明中的储能系统包括快速充电器、蓄电池,所述蓄电池优选锂离子电池,蓄电池能够储存光伏系统多余的电能,也能够作为后备电源,在光伏系统输出功率不足时,提供电网给逆变器的输入侧,直流双向变流器能够变换光伏系统到蓄电池的电能的电压等级,也能够将蓄电池的能量输出到光伏系统中,尤其是在光伏系统启动之前,作为光伏系统初始化的能量,或者作为光伏系统最大功率跟踪测试的能量。本发明能够通过储能系统作为初始能量,进行光伏系统的初始化测试,和最大功率跟踪的模型建立。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明,但是应当理解,在不脱离本发明的范围的情况下,可以进行许多改变和修改。因此,其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的,并且应当理解,以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后,技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (5)
1.一种光伏并网系统,其特征在于,包括光伏系统、直流双向变流器、逆变器、最大功率跟踪器、控制器、储能系统,所述光伏系统通过直流双向变流器分别连接储能系统和逆变器,所述逆变器通过滤波电感连接电网,所述控制器接收所述电网、最大功率跟踪器、储能系统的参数,控制逆变器跟踪电网的频率,实现光伏系统并网。
2.如权利要求1所述的光伏并网系统,其特征在于,所述光伏系统包括多个太阳能电池阵列,所述最大功率跟踪器包括多个子跟踪器以及集中器,所述多个子跟踪器分别根据最大功率跟踪算法控制每个太阳能电池阵列进行最大功率跟踪,所述集中器用于将多个子跟踪器输出的功率进行集中汇总,并能够根据输出功率的需求,选择控制子跟踪器的投入运行的数量。
3.如权利要求2所述的光伏并网系统,其特征在于,所述最大功率跟踪算法具体包括:设定单个太阳能电池模型,模型输出的电流为:
其中,设定模型开路时,开路电压为Voc,则开路时,i=0;v=VOC,VOC≈C;
模型短路时,短路电路ISC,i=ISC;v=0;则A≈Isc;则B和D在最大功率跟踪点是确定的;则最大功率跟踪点时的电流为:
其中,i=IMPPT,v=VMPPT;A≈Isc;C≈VOC;IMPPT为最大功率跟踪的电流,VMPPT为最大功率跟踪的电压;
进行求导,得出:
通过公式(2)-(3)可以求得:
通过上述设定的模型,即可确定最大功率跟踪的输出电流IMPPT和电压VMPPT以及最大功率跟踪的输出功率。
4.如权利要求3所述的光伏并网系统,其特征在于,所述集中器还包括计时单元、存储器,所述计时单元用于计算所述多个子跟踪器的运行时间,并将所述运行时间输出到存储器中,通过运行时间输入到所述最大功率跟踪模型,分别计算不同时间段的输出功率值,
Pn=Vn×In (6)
Pp=Vp×Ip (7)
其中,Pn为以前输出的功率值,Pp为当前输出的功率值,Vn、In为以前变化的电压和电流,Vp、Ip为当前变化的电压和电流;设定初始最大功率的运行点对应的参考电压为Vref1,当光伏系统的太阳能电池的输出电压为Vref1时,功率输出值为Pmax,以参考电压为横坐标,功率输出值为纵坐标,建立平面直角坐标系,则以参考电压Vref1为横坐标形成的直线将功率输出值分为左区域和右区域,左区域和右区域对应的功率值均小于Pmax;
当Pn>Pp时,需要重新确定光伏系统输出参数是否准备就绪;
当Pn=Pp时,此时光伏系统处于最大功率点;
当Pn<Pp时,如果Vn>Vp,光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点,且功率输出点由左区域移动到右区域,此时,最大功率运行点对应的参考电压Vref2从左区域向右区域减小;如果Vn>Vp,光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点,且功率输出点由右区域移动到左区域,此时,最大功率运行点对应的参考电压Vref3从左区域向右区域增加;
光伏系统逆变器输出的参考电流为:
其中,是参考电压,KP、KI为PI控制器的固定参数,IMPPT为公式(2)计算的最大跟踪电流,Vc为实时电压;
光伏系统逆变器的实际输出电流为:
IPWM=Iref+Ic (9)
其中,Ic是为了消除谐波而采取的补偿电流,
电网电压定义为:
其中,Vm为逆变器输出电压幅值,Im为逆变器输出电流幅值,Ir为IL(t)减去Imsin(wt)剩下的电流值;w为逆变器输出交流电相位角
得出补偿电流Ic的参考值为:
根据公式(9)确定逆变器输出的电流IPWM,控制器生成PWM波,输出到逆变器进行开关控制,逆变器输出交流电到电网中,实现光伏系统的并网控制。
5.如权利要求1所述的光伏并网系统,其特征在于,所述控制器包括相位检测单元、电网电流检测单元、负载电流检测单元、最大功率跟踪点接收单元、PWM生成单元、谐波检测单元;所述相位检测单元用于检测电网的相位角,所述电网电流检测单元、负载电流检测单元分别用于检测电网电流和负载电流,所述最大功率跟踪点接收单元用于接收最大功率跟踪器输出的跟踪参数,PWM生成单元用于根据检测的参数生成控制逆变器的PWM控制信号,所述谐波检测单元用于检测谐波值。
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