CN111342445A - 共享型光伏变换系统及最大功率点追踪方法 - Google Patents

共享型光伏变换系统及最大功率点追踪方法 Download PDF

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王伟琦
田昊
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Abstract

本发明公开了一种共享型光伏变换系统，包括接口变换器、直流母线和若干光伏直馈式家庭供电系统；光伏直馈式家庭供电系统包括户用光伏和若干负载，户用光伏馈入直流母线，负载通过相应的变换器接入直流母线，接口变换器的直流侧连接直流母线，接口变换器的交流侧外接交流电网。同时公开了相应的最大功率点追踪方法。本发明的光伏与负载之间仅经过一个变换器，有效节省了两级AC/DC以及DC/DC功率变换环节，大幅提升了系统能效。

Description

共享型光伏变换系统及最大功率点追踪方法
技术领域
本发明涉及一种共享型光伏变换系统及最大功率点追踪方法，属于光伏并网领域。
背景技术
图1为传统分布式光伏接入形式，光伏经DC/DC以及DC/AC变换器接入电网。表1所示为常见的居民负载，主要包括：1、变频类负载：经过AC/DC/AC接入电网；2、电力电子类负载和电机类负载，如电视机、照明、电脑、电风扇等)，经DC/AC以及工频升压变接入电网；3、电阻加热类负载，如电热水壶，经工频升压变接入电网。
表1居民负荷接入方式对比
Figure BDA0002437927480000011
户用光伏给居民负载供电，需要经过多级功率变换；以户用光伏给空调供电为例，光伏经DC/DC+DC/AC以及AC/DC和DC/AC多级变换。目前，小功率DC/DC变换的效率按照96％计算，DC/AC以及AC/DC变换器效率按照95％计算。由此可见，光伏发电系统给空调供电的效率为82％，效率较低。
发明内容
本发明提供了一种共享型光伏变换系统及最大功率点追踪方法，解决了户用光伏给居民负载供电效率低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
共享型光伏变换系统，包括接口变换器、直流母线和若干光伏直馈式家庭供电系统；
光伏直馈式家庭供电系统包括户用光伏和若干负载，户用光伏馈入直流母线，负载通过相应的变换器接入直流母线，接口变换器的直流侧连接直流母线，接口变换器的交流侧外接交流电网。
变频类型的负载通过DC/AC变换器接入直流母线，其余类型的负载通过DC/DC变换器接入直流母线。
接口变换器的直流侧并接有直流电容。
响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统侧向交流电网侧馈送功率；
响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率，交流电网侧向光伏直馈式家庭供电系统侧馈送功率；
响应于户用光伏总输出功率等于负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统侧本地功率平衡。
响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率、各户用光伏输出功率均大于所在户用负载总功率，户用光伏向交流电网侧馈送功率。
响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率、部分光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏输出功率大于自身负载总功率、剩余部分光伏直馈式家庭供电系统B的户用光伏输出功率小于自身负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏向交流电网侧和光伏直馈式家庭供电系统B馈送功率。
响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率、部分光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏输出功率大于自身负载总功率、剩余部分光伏直馈式家庭供电系统B的户用光伏输出功率小于自身负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏和交流电网向光伏直馈式家庭供电系统B馈送功率。
响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率、各户用光伏输出功率均小于所在户用负载总功率，交流电网向光伏直馈式家庭供电系统馈送功率。
共享型光伏变换系统的最大功率点追踪方法，通过追踪直流电容电压，实现户用光伏的最大功率点追踪。
本发明所达到的有益效果：本发明的光伏与负载之间仅经过一个变换器，有效节省了两级AC/DC以及DC/DC功率变换环节，大幅提升了系统能效。
附图说明
图1为传统分布式光伏接入图；
图2为本发明系统的结构图；
图3为系统第一种潮流图；
图4为系统第二种潮流图；
图5为系统第三种潮流图；
图6为系统第四种潮流图；
图7为系统第五种潮流图；
图8为系统第六种潮流图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图2所示，共享型光伏变换系统，包括接口变换器、直流母线和若干光伏直馈式家庭供电系统；光伏直馈式家庭供电系统包括户用光伏和若干负载，户用光伏馈入直流母线，负载通过相应的变换器接入直流母线，接口变换器的直流侧并接有直流电容，接口变换器的直流侧连接直流母线，接口变换器的交流侧外接交流电网。
空调、冰箱、洗衣机等变频类型的负载通过DC/AC变换器接入直流母线，照明、电脑、电视机等其余类型的负载通过DC/DC变换器接入直流母线。
上述系统中户用光伏给变频类负载供电仅经过DC/AC变换器，给其余类型负载供电仅经过DC/DC变换器；相比传统的户用光伏交流接入的方案，有效节省了两级AC/DC以及DC/DC功率变换环节，大幅提升了系统能效。
定义区域N个户用光伏，光伏直馈式家庭供电系统i的户用光伏PVi输出功率为PPVi(i＝1,2...,N)，光伏直馈式家庭供电系统i负载总功率为PLi，上述系统的功率交换如下：
响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统侧向交流电网侧馈送功率；
响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率，交流电网侧向光伏直馈式家庭供电系统侧馈送功率；
响应于户用光伏总输出功率等于负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统侧本地功率平衡。
具体如下：
1、响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率、各户用光伏输出功率均大于所在户用负载总功率，户用光伏向交流电网侧馈送功率。
即若满足公式，
Figure BDA0002437927480000051
户用光伏不仅向负载馈送功率，还向交流电网侧馈送功率，接口变换器与电网交换功率PAC>0，潮流如图3所示。
2、响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率、部分光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏输出功率大于自身负载总功率、剩余部分光伏直馈式家庭供电系统B的户用光伏输出功率小于自身负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏和交流电网向光伏直馈式家庭供电系统B馈送功率。
即若满足公式，
Figure BDA0002437927480000052
其中，光伏直馈式家庭供电系统1～光伏直馈式家庭供电系统j为光伏直馈式家庭供电系统A：户用光伏输出功率大于所在供电系统的负载功率；光伏直馈式家庭供电系统j+1～光伏直馈式家庭供电系统N为光伏直馈式家庭供电系统B：户用光伏输出功率小于所在供电系统的负载功率，户用光伏总输出功率小于负载总功率，即交流电网侧需向光伏直馈式家庭供电系统侧馈送功率，接口变换器与电网交换功率PAC<0，潮流如图4所示，光伏直馈式家庭供电系统1～光伏直馈式家庭供电系统j与交流电网向光伏直馈式家庭供电系统j+1～光伏直馈式家庭供电系统N馈送功率。
3、响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率、部分光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏输出功率大于自身负载总功率、剩余部分光伏直馈式家庭供电系统B的户用光伏输出功率小于自身负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏向交流电网侧和光伏直馈式家庭供电系统B馈送功率。
即若满足公式，
Figure BDA0002437927480000061
其中，光伏直馈式家庭供电系统1～光伏直馈式家庭供电系统j为光伏直馈式家庭供电系统A：户用光伏输出功率大于所在供电系统的负载功率；光伏直馈式家庭供电系统j+1～光伏直馈式家庭供电系统N为光伏直馈式家庭供电系统B：户用光伏输出功率小于所在供电系统的负载功率，户用光伏总输出功率大于负载总功率，即光伏直馈式家庭供电系统侧需向交流电网侧馈送功率，接口变换器与电网交换功率PAC>0，潮流如图5所示，光伏直馈式家庭供电系统1～光伏直馈式家庭供电系统j向交流电网和光伏直馈式家庭供电系统j+1～光伏直馈式家庭供电系统N馈送功率。
4、响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率、各户用光伏输出功率均小于所在户用负载总功率，交流电网向光伏直馈式家庭供电系统馈送功率。
即若满足公式，
Figure BDA0002437927480000071
交流电网向所有光伏直馈式家庭供电系统馈送功率，该情形多出现在夜间或者光照强度较低的时段，接口变换器与电网交换功率PAC<0，潮流如图6所示。
5、若
Figure BDA0002437927480000072
即接口变换器与电网交换功率PAC＝0，潮流如图7所示，光伏直馈式家庭供电系统实现了本地功率平衡；
光伏直馈式家庭供电系统的功率平衡方程可表示为：
Figure BDA0002437927480000073
其中，PLT为负载功率，PPVT为户用光伏总输出功率。
上述共享型光伏变换系统的最大功率点追踪方法，即通过追踪直流电容电压，实现户用光伏的最大功率点追踪，具体分析如下：
将光伏直馈式家庭供电系统的负载等效为恒功率模型，即直流母线电压变化不引起负载功率的变化。光伏直馈式家庭供电系统与直流母线、交流电网之间的潮流示意图如下图8所示，则有：
Figure BDA0002437927480000074
其中，Vbus为直流母线电压，Vdc为直流电容电压，R为直流母线到直流电容之间的等效电阻。
根据光伏发电原理，当光照强度一定时，户用光伏总输出功率PPVT大小由直流母线电压Vbus相关，即：
Vbus＝g(PPVT)
其中，g表征函数关系；
则直流电容电压Vdc与户用光伏总输出功率PPVT可表达为：
Figure BDA0002437927480000081
由此可见，通过追踪直流电容电压Vdc，可实现户用光伏的最大功率点追踪(Maximum Power Point Track,MPPT)。
k时刻直流电容的输出电压和电流分别为Vdc(k)、Idc(k)，则：
PAC(k)＝Vdc(k)Idc(k)
k+1时刻直流电容电压增加一定的扰动电压ΔV，即：
Vdc(k+1)＝Vdc(k)+ΔV
则k+1时刻直流电容输出电流Idc(k+1)，则有：
PAC(k+1)＝Vdc(k+1)Idc(k+1)
若PAC(k)<PAC(k+1)，则k+2时刻直流电容电压为：
Vdc(k+2)＝Vdc(k+1)+ΔV
若PAC(k)>PAC(k+1)，则k+2时刻直流电容电压为：
Vdc(k+2)＝Vdc(k+1)-ΔV
由此可见，可通过控制直流电容电压，实现光伏总输出功率控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.共享型光伏变换系统，其特征在于：包括接口变换器、直流母线和若干光伏直馈式家庭供电系统；
光伏直馈式家庭供电系统包括户用光伏和若干负载，户用光伏馈入直流母线，负载通过相应的变换器接入直流母线，接口变换器的直流侧连接直流母线，接口变换器的交流侧外接交流电网。
2.根据权利要求1所述的共享型光伏变换系统，其特征在于：变频类型的负载通过DC/AC变换器接入直流母线，其余类型的负载通过DC/DC变换器接入直流母线。
3.根据权利要求1所述的共享型光伏变换系统，其特征在于：接口变换器的直流侧并接有直流电容。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的共享型光伏变换系统，其特征在于：
响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统侧向交流电网侧馈送功率；
响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率，交流电网侧向光伏直馈式家庭供电系统侧馈送功率；
响应于户用光伏总输出功率等于负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统侧本地功率平衡。
5.根据权利要求4所述的共享型光伏变换系统，其特征在于：响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率、各户用光伏输出功率均大于所在户用负载总功率，户用光伏向交流电网侧馈送功率。
6.根据权利要求4所述的共享型光伏变换系统，其特征在于：响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率、部分光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏输出功率大于自身负载总功率、剩余部分光伏直馈式家庭供电系统B的户用光伏输出功率小于自身负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏向交流电网侧和光伏直馈式家庭供电系统B馈送功率。
7.根据权利要求4所述的共享型光伏变换系统，其特征在于：响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率、部分光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏输出功率大于自身负载总功率、剩余部分光伏直馈式家庭供电系统B的户用光伏输出功率小于自身负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统A的户用光伏和交流电网向光伏直馈式家庭供电系统B馈送功率。
8.根据权利要求4所述的共享型光伏变换系统，其特征在于：响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率、各户用光伏输出功率均小于所在户用负载总功率，交流电网向光伏直馈式家庭供电系统馈送功率。
9.基于权利要求3所述的共享型光伏变换系统的最大功率点追踪方法，其特征在于：通过追踪直流电容电压，实现户用光伏的最大功率点追踪。
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