CN110854920B - 一种光伏发电并联控制器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏发电并联控制器装置，包括：用于检测直流母线端的电压信息的母线电压检测电路，母线电压检测电路将检测到的电压信息传送至主控制器，所述主控制器根据接收到的电压信息对直流母线电压进行控制。所述主控制器至少包括用于控制母线电压的恒压控制器。所述主控制器的输出端与从控制器相连接，所述从控制器的输出端与驱动电路相连接，所述驱动电路与DC‑DC变换器相连接，所述DC‑DC变换器与直流母线端和光伏电池板的输出端相连接，所述DC‑DC变换器将光伏电池板发出的电能传输到直流母线端。

Description

一种光伏发电并联控制器装置
技术领域
本发明涉及电器控制领域，尤其涉及一种光伏发电并联控制器装置。
背景技术
在传统的石化能源日益短缺的情况,太阳能的利用日益受到各国的广泛关注。太阳能作为一种清洁能源，用之不竭取之不尽，成为各国开发无污染、可持续发展新型能源的首选。光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出功率受太阳光照强度、环境温度和负载的影响。在一定的太阳光照强度和环境温度下，光伏阵列可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点(Maximum PowerPoint，MPPT)。在直流微电网中，当系统处于轻载的情况下，光伏发电功率大于负载的需求，光伏发电系统需要切换到恒压模式。为了保证光伏发电系统模式切换过程的稳定性，需要实现两种模式的无缝切换。同时随着太阳能发电的推广，光伏发电功率越来越大，单个DC-DC变换器功率难以满足需求，多组并联运行成为理想的解决方案。传统的切换方法，通常在单个变换器内完成，而多变换器并联均流及模式切换问题的稳定性能和动态性能还有待提高。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种光伏发电并联控制器装置，由n个发电单元组成，系统控制采用主从控制方式，其中一个为主控单元，其余为从控单元。即具体结构包括主控制器、从控制器、母线电压检测装置、光伏电压/电流检测装置、驱动电路、DC-DC变换器及光伏电池板。本发明实现多个光伏控制器的MPPT控制、恒压控制、两种控制模式的无缝切换以及恒压模式的均流控制。
所述主控制器包括恒压控制器，主要实现母线电压的恒压控制。所述从控制器包括电流控制器、MPPT控制器、取小器及切换函数激活器。电流控制器实现光伏输出电流的闭环控制；MPPT控制跟踪光伏电池的最大功率工作点，从而计算此时光伏电池的输出电流，达到保持最大功率输出的目的；取小器将主控制器与MPPT控制器中输出值较小的一个作为电流控制器的给定信号，从而在恒压控制模式与最大功率模式间实现切换；切换函数激活器的作用实现模式切换的平滑过渡。
每个单元检测光伏电池电流作为反馈，构成电流内环；MPPT控制和恒压控制均为电压外环，同一时刻两者只能一个起作用，且输出值较小的控制器有效；电压外环的输出作为电流内环的给定。每个单元的MPPT控制由各单元独立完成，而恒压控制器由主单元控制从单元。
所述恒压控制器的给定值Uref＝1.1Unom，当母线电压Udc稳定在额定值Unom时，电压环的输出大于MPPT控制器的输出，各模块均工作在MPPT模式；当母线电压Udc升高接近1.1Unom时，需要切换到恒压模式，控制母线电压稳定。
所述取小器判断恒压控制器输出与MPPT控制器输出的大小，电流控制器取两者中较小的一个作为给定值，各单元模块可实现各单元在MPPT模式与恒压模式的切换。
所述主控制器与MPPT控制器的输出差，通过利用切换函数f(S)＝1+e-βS对主控制的输出进行加权，实现恒压控制模式与MPPT模式切换过程的无缝过渡。
当光伏发电单元处于MPPT工作模式，恒压控制器失效，发电装置由MPPT控制器进行调节。检测光伏电池板的输出电流，乘以反馈系数KA反馈到电流控制器，构成电流内环。将光伏电池的输出电压与电流经过调理后，送给MPPT控制器计算当前最大功率对应的光伏输出电压，从而进行光伏最大功率点跟踪。
当光伏发电单元处于恒压工作模式，MPPT控制器失效，发电装置恒压控制器调节。主单元检测直流母线的电压大小，处于恒压模式的单元根据主单元的控制信号均流分配电流大小。
与现有技术相比，本发明公开的一种光伏发电并联控制器装置具有如下有益效果：在多个单元组成的光伏发电装置中，实现恒压模式下的均流控制，每个单元无缝的切换MPPT模式与恒压模式，切换速度快，工作稳定；并且根据每个单元的发电情况，在两种模式间自动切换。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明光伏发电并联控制器装置的结构示意图；
图2为本发明所有光伏发电单元均处于MPPT模式的示意图；
图3为本发明所有光伏发电单元均处于主从恒压模式的示意图；
图4为本发明部分光伏发电单元处于MPPT模式的示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1-图4所示的一种光伏发电并联控制器装置，包括：用于检测直流母线端的电压信息的母线电压检测电路3，母线电压检测电路3将检测到的电压信息传送至主控制器1，所述主控制器1根据接收到的电压信息对直流母线电压进行控制。
所述主控制器1至少包括用于控制母线电压的恒压控制器11。
所述主控制器1的输出端与从控制器2相连接，所述从控制器2的输出端与驱动电路5相连接，所述驱动电路与DC-DC变换器6相连接，所述DC-DC变换器6与直流母线端和光伏电池板7的输出端相连接，所述DC-DC变换器6将光伏电池板7发出的电能传输到直流母线端。
所述从控制器2至少包括MPPT控制器21、电流控制器22、取小选择器23和S函数激活器24，所述光伏电压/电流检测端4将检测到的光伏电池板输出电压信号和电流信号传送至MPPT控制器21。
工作状态下：所述MPPT控制器21对光伏电池板7的最大输出功率进行实时跟踪，将MPPT控制器21和恒压控制器11的输出电压的差值传送至S函数激活器24，所述S函数激活器24的输出电压与主控制器1输出电压的乘积决定是否激活主控制器1的控制作用，激活后的主控制器1的输出电压与MPPT控制器21的输电压传送至取小选择器23进行比较，取小选择器23将两者中较小值传送至电流控制器22并产生控制信号。
所述从控制器2、光伏电压/电流检测端4、驱动电路5、DC-DC变换器6和光伏电池板7构成光伏发电单元，所述光伏发电单元具有MPPT模式和主从恒压模式，MPPT模式下光伏发电单元的输出功率由自身的MPPT控制器22控制，主从恒压模式下光伏发电单元输出电压则统一由主控制器1控制；所述S函数激活器24的激活函数为f(S)＝1/(1+e-βS)，所述S函数激活器24与取小选择器23配合对MPPT模式到恒压模式的无缝平滑切换。
多个光伏发电单元并联设置构成光伏发电并联控制器，所述光伏发电并联控制器工作在如下模式：所有光伏发电单元均处于MPPT模式、所有光伏发电单元均处于主从恒压模式、部分光伏发电单元处于MPPT模式、部分光伏发电单元处于主从恒压模式；每个光伏发电单元处于MPPT工作模式时，该光伏发电单元独立工作，不受主控制器1的影响，处于主从恒压模式的光伏发电单元均受到主控制器1的调控。
由于天气的影响，本发明公开的一种光伏发电并联控制器装置，由于云层的遮挡导致同一时刻不同单元的发电功率不同。在恒压模式，当某一个光伏单元的发电量小于恒压控制器的分配值时，MPPT控制的输出小于恒压控制器，则该单元MPPT控制器有效，该单元工作在MPPT模式。其余单元工作在并联均流模式。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种光伏发电并联控制器装置，其特征在于：包括用于检测直流母线端的电压信息的母线电压检测电路(3)，所述母线电压检测电路(3)将检测到的电压信息传送至主控制器(1)，所述主控制器(1)根据接收到的电压信息对直流母线电压进行控制；
所述主控制器(1)至少包括用于控制母线电压的恒压控制器(11)；
所述主控制器(1)的输出端与从控制器(2)相连接，所述从控制器(2)的输出端与驱动电路(5)相连接，所述驱动电路(5)与DC-DC变换器(6)相连接，所述DC-DC变换器(6)与直流母线端和光伏电池板(7)的输出端相连接，所述DC-DC变换器(6)将光伏电池板(7)发出的电能传输到直流母线端，所述光伏电池板(7)与光伏电压/电流检测端(4)相连接，所述光伏电压/电流检测端(4)与从控制器(2)相连接；
所述从控制器(2)至少包括MPPT控制器(21)、电流控制器(22)、取小选择器(23)和S函数激活器(24)，所述光伏电压/电流检测端(4)将检测到的光伏电池板输出电压信号和电流信号传送至MPPT控制器(21)；
工作状态下：所述MPPT控制器(21)对光伏电池板(7)的最大输出功率进行实时跟踪，将MPPT控制器(21)和恒压控制器(11)的输出电压的差值传送至S函数激活器(24)，所述S函数激活器(24)的输出电压与主控制器(1)输出电压的乘积决定是否激活主控制器(1)的控制作用，激活后的主控制器(1)的输出电压与MPPT控制器(21)的输电压传送至取小选择器(23)进行比较，取小选择器(23)将两者中较小值传送至电流控制器(22)并产生控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种光伏发电并联控制器装置，其特征还在于：所述从控制器(2)、光伏电压/电流检测端(4)、驱动电路(5)、DC-DC变换器(6)和光伏电池板(7)构成光伏发电单元，所述光伏发电单元具有MPPT模式和主从恒压模式，MPPT模式下光伏发电单元的输出功率由自身的MPPT控制器(21)控制，主从恒压模式下光伏发电单元输出电压则统一由主控制器(1)控制；所述S函数激活器(24)的切换函数为f(S)＝1+e-βS，所述S函数激活器(24)与取小选择器(23)配合对MPPT模式到恒压模式的无缝平滑切换。
3.根据权利要求2所述的一种光伏发电并联控制器装置，其特征还在于：多个光伏发电单元并联设置构成光伏发电并联控制器，所述光伏发电并联控制器工作在如下模式：所有光伏发电单元均处于MPPT模式、所有光伏发电单元均处于主从恒压模式、部分光伏发电单元处于MPPT模式、部分光伏发电单元处于主从恒压模式；每个光伏发电单元处于MPPT工作模式时，该光伏发电单元独立工作，不受主控制器(1)的影响，处于主从恒压模式的光伏发电单元均受到主控制器(1)的调控。
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