專利名稱：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu) 控制方法。
背景技術(shù)：
光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)日益受到各國政府的重視，很多關(guān)鍵技術(shù)期待解決，特別是新 穎的電路結(jié)構(gòu)及其控制技術(shù)更為迫切。經(jīng)典的電路結(jié)構(gòu)分為單級式電路結(jié)構(gòu)、兩級或多級式電路結(jié)構(gòu)。采用單級式電路 結(jié)構(gòu)的目的之一是傳送功率級數(shù)少，系統(tǒng)整體效率高。但是，單級式電路結(jié)構(gòu)都是通過并網(wǎng) 逆變器、輸出濾波器(若隔離型，則含工頻變壓器)等直接與交流電網(wǎng)相連。為了順利將光伏 電池陣列產(chǎn)生的功率傳送到交流電網(wǎng)上，要求光伏電池陣列的輸出電壓要高于交流電壓峰 值電壓，因此，當光伏電池陣列的輸出電壓低于交流電壓峰值電壓時，必須停止并網(wǎng)運行， 從而降低了光伏電池陣列的利用率。而采用兩級或多級式電路結(jié)構(gòu)的目的之一，當前光伏電池陣列成本較高，因此常 用較少的光伏電池組成陣列形式進行發(fā)電，從而造成了光伏電池陣列的輸出電壓較低，必 須經(jīng)過開關(guān)變換器將電壓升高，以便滿足后級逆變器等電路的并網(wǎng)需求。對于經(jīng)典的兩級 或多級式電路結(jié)構(gòu)而言，光伏電池陣列的輸出電壓通常都低于交流電網(wǎng)峰值電壓，從而限 制了整個電路的工作電壓范圍，導致設備使用效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法，解決了現(xiàn)有單級 式電路結(jié)構(gòu)和兩級或多級式電路結(jié)構(gòu)的工作電壓范圍小，難以適應電路的并網(wǎng)調(diào)整需要， 導致設備使用效率低的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法，按照以 下步驟實施
步驟1，根據(jù)220V單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)或380V三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，分別確定各 個控制點值，包括光伏電池陣列實際輸出電壓值義、V2, V3> V4, V5, V6以及Vri、Vrt、Vrt、Vr4,直 流母線的參考電壓值為VMf，光伏電池陣列實際輸出電壓值為Vpv ； 步驟2，按照下述情況進行具體控制
2. 1)當光伏電池陣列的Vpv處于V1-V5之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在兩級式電路結(jié)構(gòu) 及兩級式控制方式下工作，此時，升壓斬波器處于PWM開關(guān)狀態(tài)，采集光伏電池陣列輸出電 流檢測和輸出電壓檢測的數(shù)值，根據(jù)所選取的最大功率點跟蹤算法模塊來計算升壓斬波器 的占空比去控制功率開關(guān)管動作，實現(xiàn)最大功率點跟蹤和升壓功能；通過電網(wǎng)電壓檢測提 供的檢測值，鎖相環(huán)產(chǎn)生一個與交流電網(wǎng)的電壓同頻同相的單位正弦信號；直流母線參考 電壓和直流母線電壓檢測進行求差運算后，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，輸出為逆變器參考電 流的幅值，該幅值與前述的單位正弦信號相乘得到參考電流，該參考電流與并網(wǎng)電流檢測再次進行求差運算后，通過電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)產(chǎn)生調(diào)制信號，該調(diào)制信號通過PWM波發(fā)生 控制產(chǎn)生PWM波，去控制并網(wǎng)逆變器進行相應的并網(wǎng)操作，其中，直流母線參考電壓的設定 Vref,與Vpv的大小和變化方向相關(guān)，
當Vpv從V1按照增加方向變化到V3時，Vref=Vrl ；
當Vpv從V3按照增加方向變化到V5時，按照公式(1)進行計算vMf= (Vpv-V3) * (Vr3-Vrl) / (V5-V3)+Vrl(1)
當Vpv從V4按照減小方向變化到V2時，按照公式(2)進行計算Wrf=(Vpv-V2XH1)/ (V4-V2)+Vrl(2)
當Vpv從V2按照減小方向變化到V1時，Vref=Vrl ；
2.2)當光伏電池陣列的Vpv處于V4-V6之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在單級式電路結(jié)構(gòu) 及單級式控制方式下工作，此時，升壓斬波器中的功率開關(guān)管一直關(guān)斷，采集光伏電池陣列 輸出電流檢測和輸出電壓檢測的數(shù)值，根據(jù)所選取的最大功率點跟蹤算法模塊來計算Vref， Vref和輸出電壓檢測進行求差運算后，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，其輸出為逆變器參考電流的 幅值；通過電網(wǎng)電壓檢測提供的檢測值，鎖相環(huán)產(chǎn)生一個與交流電網(wǎng)的電壓同頻同相的單 位正弦信號，該單位正弦信號與上述幅值相乘運算得到參考電流，該參考電流再與并網(wǎng)電 流檢測進行求差運算后，通過電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)產(chǎn)生調(diào)制信號，該調(diào)制信號通過PWM波發(fā) 生控制產(chǎn)生PWM波，去控制并網(wǎng)逆變器進行相應的并網(wǎng)操作和實現(xiàn)最大功率點跟蹤功能；
2.3)當光伏電池陣列的Vpv處于V4-V5之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作在滯環(huán)控制方 式，即當光伏電池陣列的Vpv從V4向V5變化時，采用兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式，當 Vpv ^ V5時，由兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式切換到單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方 式；當光伏電池陣列的Vpv從V5向V4變化時，采用單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式，當 Vpv ^ V4時，由單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式切換到兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方 式。本發(fā)明的有益效果是，在光伏電池陣列輸出電壓大范圍變化的情況下，也能實現(xiàn) 最大功率點跟蹤以及順利并網(wǎng)發(fā)電等功能。該控制方法工作電壓輸入范圍寬、轉(zhuǎn)換效率高、 可靠性高；完全適應于經(jīng)典的單級式電路系統(tǒng)和兩級或多級式電路系統(tǒng)兩個系統(tǒng)來使用， 從而減少了并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法種類，有利于降低成本。


圖1是現(xiàn)有的兩級式電路結(jié)構(gòu)及其控制示意圖； 圖2是現(xiàn)有的單級式電路結(jié)構(gòu)及其控制示意圖3是現(xiàn)有的升壓斬波器3的電路示意圖4是升壓斬波器3中的功率開關(guān)管19 一直關(guān)斷時的等效電路9的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是采用本發(fā)明方法進行變結(jié)構(gòu)控制模式切換的曲線示意圖。圖中，1.光伏電池陣列，2.輸出電流檢測，3.升壓斬波器，4.并網(wǎng)逆變器，5.并網(wǎng) 電流檢測，6.交流電網(wǎng)，7.輸出電壓檢測，8.最大功率點跟蹤算法模塊，9.等效電路，10.直 流母線電壓檢測，11.電壓調(diào)節(jié)器，12.電流調(diào)節(jié)器，13. PWM波發(fā)生控制，14.電網(wǎng)電壓檢 測，15.鎖相環(huán)，16.直流母線參考電壓，17.輸入濾波電容，18.高頻電感，19.功率開關(guān)管， 20.功率二極管，21.輸出濾波電容。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1，是現(xiàn)有的兩級式電路結(jié)構(gòu)及其控制示意圖。兩級式電路結(jié)構(gòu)是，包括光伏電池陣列1、升壓斬波器3、并網(wǎng)逆變器4和交流電網(wǎng) 6依次級聯(lián)連接，其中，光伏電池陣列1通過輸出電流檢測2與升壓斬波器3連接，光伏電 池陣列1的兩個輸出端并聯(lián)有輸出電壓檢測7，輸出電壓檢測7和輸出電流檢測2同時與 最大功率點跟蹤算法模塊8的輸入端連接，最大功率點跟蹤算法模塊8的輸出端與升壓斬 波器3連接；升壓斬波器3和并網(wǎng)逆變器4之間并聯(lián)有直流母線電壓檢測10，直流母線電 壓檢測10與直流母線參考電壓16通過一加減運算器與電壓調(diào)節(jié)器11連接；并網(wǎng)逆變器4 與交流電網(wǎng)6之間串聯(lián)有并網(wǎng)電流檢測5，并網(wǎng)逆變器4與交流電網(wǎng)6之間并聯(lián)有電網(wǎng)電壓 檢測14，電網(wǎng)電壓檢測14通過鎖相環(huán)15后，與電壓調(diào)節(jié)器11的輸出端通過一乘法運算器 后再與并網(wǎng)電流檢測5的輸出端共同通過另一加減運算器與電流調(diào)節(jié)器12連接，電流調(diào)節(jié) 器12通過PWM波發(fā)生控制13與并網(wǎng)逆變器4連接。兩級式電路的控制原理是，控制電路分為前級控制電路和后級控制電路。前級控 制電路由最大功率點跟蹤算法模塊8根據(jù)光伏電池陣列1的輸出電流檢測2和輸出電壓檢 測7的采樣數(shù)值來控制升壓斬波器3中的功率開關(guān)管19的動作。后級控制電路由直流母 線電壓外環(huán)和并網(wǎng)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制組成，其中，對于直流母線電壓外環(huán)而言，直流母線參 考電壓16和直流母線電壓檢測10求差值，該差值經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器11進行調(diào)節(jié)后的所得輸 出值與電網(wǎng)電壓檢測14和鎖相環(huán)15計算產(chǎn)生的單位正弦信號相乘，得到參考電流。對于 并網(wǎng)電流內(nèi)環(huán)而言，該參考電流與并網(wǎng)電流檢測5再次求差得到新差值，再通過電流調(diào)節(jié) 器12的調(diào)節(jié)產(chǎn)生調(diào)制信號，該調(diào)制信號通過PWM波發(fā)生控制13產(chǎn)生PWM波，輸入到并網(wǎng)逆 變器4進行并網(wǎng)操作的控制。如圖2，是現(xiàn)有的單級式電路結(jié)構(gòu)及其控制示意圖。單級式電路結(jié)構(gòu)是，包括光伏電池陣列1、等效電路9 (即圖4所示電路)、并網(wǎng)逆 變器4和交流電網(wǎng)6級聯(lián)連接，光伏電池陣列1的輸出端并聯(lián)有輸出電壓檢測7，光伏電池 陣列1和等效電路9之間串聯(lián)有輸出電流檢測2，輸出電壓檢測7和輸出電流檢測2同時與 最大功率點跟蹤算法模塊8的輸入端連接，輸出電壓檢測7的輸出端和最大功率點跟蹤算 法模塊8的輸出端經(jīng)過一個加減運算器之后與電壓調(diào)節(jié)器11的輸入端連接；并網(wǎng)逆變器4 和交流電網(wǎng)6之間串聯(lián)有并網(wǎng)電流檢測5，并網(wǎng)逆變器4和交流電網(wǎng)6之間并聯(lián)有電網(wǎng)電壓 檢測14，電網(wǎng)電壓檢測14通過鎖相環(huán)15與電壓調(diào)節(jié)器11的輸出端共同與一乘法運算器連 接，乘法運算器的輸出端與并網(wǎng)電流檢測5的輸出端共同與另一個加減運算器連接，進行 數(shù)值比較得到差值，該加減運算器的輸出端通過電流調(diào)節(jié)器12、PWM波發(fā)生控制13與并網(wǎng) 逆變器4連接。單級式電路的控制電路只有一個，與圖1的后級控制電路相似，也由直流母線電 壓外環(huán)和并網(wǎng)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制組成。但不同的是不再使用直流母線參考電壓16作為直 流母線電壓外環(huán)的參考電壓值，而是利用最大功率點跟蹤算法模塊8根據(jù)光伏電池陣列1 的輸出電流檢測2和輸出電壓檢測7的采樣數(shù)值來計算參考電壓值VMf，其余控制部分與圖 1的后級控制電路的處理方法相同。
如圖3，升壓斬波器3的電路結(jié)構(gòu)是，輸入濾波電容17、功率開關(guān)管19和輸出濾波 電容21三者并聯(lián)連接，三者的一端相連具有相同電位。輸入濾波電容17與功率開關(guān)管19 之間串聯(lián)有高頻電感18，功率開關(guān)管19與輸出濾波電容21之間串聯(lián)有功率二極管20。當升壓斬波器3中的功率開關(guān)管19處于關(guān)斷狀態(tài)時，圖3所示結(jié)構(gòu)變化為如圖4， 輸入濾波電容17和輸出濾波電容21的一端并聯(lián)，在輸入濾波電容17和輸出濾波電容21 之間串聯(lián)有高頻電感18和功率二極管20，此時電路只起到濾波和傳遞功率作用。并網(wǎng)逆變器4內(nèi)部又包含逆變橋、輸出濾波器、并網(wǎng)開關(guān)等部件連接組成，隔離情 況下也可包含工頻變壓器。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要包括升壓斬波器3 (即BOOST電路)、并網(wǎng)逆變器4、電壓檢 測電路、以及電流檢測電路等組成。本發(fā)明的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法，該方法對現(xiàn)有的單相220V/50HZ 并網(wǎng)系統(tǒng)和現(xiàn)有的三相380V/50HZ并網(wǎng)系統(tǒng)都是適用的。當光伏電池陣列輸出電壓較低時，如圖3所示電路時，則系統(tǒng)采用兩級式電路結(jié) 構(gòu)和兩級式控制方式。兩級式電路結(jié)構(gòu)意味著前級是升壓斬波器3，而后級是并網(wǎng)逆變器 4，前級的升壓斬波器3實現(xiàn)最大功率點跟蹤功能，后級的并網(wǎng)逆變器4實現(xiàn)直流母線電壓 控制和電流內(nèi)環(huán)控制等功能，從而實現(xiàn)向電網(wǎng)輸送功率。當光伏電池陣列輸出電壓較高時，如圖4所示電路時，則系統(tǒng)采用單級式電路結(jié) 構(gòu)和單級式控制方式。單級式電路結(jié)構(gòu)意味著升壓斬波器3不再工作，其功率開關(guān)管19 一 直關(guān)斷，此時前級電路只是起到傳遞功率和濾波作用，而只有并網(wǎng)逆變器4這一級電路利 用功率開關(guān)管的開通和關(guān)斷來控制功率的傳遞，單級式控制方式意味著由并網(wǎng)逆變器4實 現(xiàn)最大功率點跟蹤、直流母線電壓控制和電流內(nèi)環(huán)控制等所有功能。本發(fā)明的用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法，具體按照以下階段分別控 制
步驟1，確定各個控制點值，見圖5實施例所示，其中的V討為直流母線參考電壓16的 參考電壓值，Vpv為光伏電池陣列實際輸出電壓值，對于220V單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，光伏 電池陣列實際輸出電壓值的設置為=V1=AOV, V2=300V, V3=310V，V4=370V，V5=380V，V6=900V, Vrl=380V, Vr2=414V, Vr3=420V, Vr4=900Vo對于380V三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，光伏電池陣列 實際輸出電壓值的設置為力=63￥，V2=540V，V3=560V，V4=620V，V5=630V，V6=900V, Vrl=630V, Vr2=656V, Vr3=660V, Vr4=900Vo上述設置的各個點值基本上代表了實際控制的情況。步驟2，按照下述情況進行針對性控制
2. 1)當光伏電池陣列1的Vpv處于V1-V5之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作在兩級式電路 結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式，見圖1。此時，升壓斬波器3處于PWM開關(guān)狀態(tài)，見圖3。采集光伏 電池陣列輸出電流檢測2和輸出電壓檢測7的數(shù)值，根據(jù)所選取的最大功率點跟蹤算法模 塊8來計算升壓斬波器3的占空比去控制功率開關(guān)管19動作，從而實現(xiàn)最大功率點跟蹤和 升壓功能。通過電網(wǎng)電壓檢測14提供的檢測值，鎖相環(huán)15產(chǎn)生一個與交流電網(wǎng)6的電壓 同頻同相的單位正弦信號；直流母線參考電壓16和直流母線電壓檢測10進行求差運算后， 經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器11的調(diào)節(jié)，輸出為逆變器參考電流的幅值，該幅值與前述的單位正弦信號 (由電網(wǎng)電壓檢測14和鎖相環(huán)15計算產(chǎn)生)相乘得到參考電流，該參考電流與并網(wǎng)電流檢 測5再次進行求差運算后，通過電流調(diào)節(jié)器12的調(diào)節(jié)產(chǎn)生調(diào)制信號，該調(diào)制信號通過PWM波發(fā)生控制13產(chǎn)生PWM波，去控制并網(wǎng)逆變器4進行相應的并網(wǎng)操作。其中，直流母線參 考電壓16的設定(即VMf)，與Vpv的大小和變化方向相關(guān)，見圖5。當Vpv從V1按照增加方向(從①到②)變化到V3時，Vref=Vrl ；
當Vpv從V3按照增加方向(從③到④)變化到V5時，按照Vref= (Vpv-V3)*(Vr3-Vrl)/ (V5-V3HVrl公式進行計算；
當Vpv從V4按照減小方向(從⑧到⑨)變化到V2時，按照Vref= (Vpv-V2)*(Vr2-Vrl)/ (V4-V2)+Vrl公式進行計算；
當Vpv從V2按照減小方向(從②到①)變化到V1時，Vref=Vrlo2.2)當光伏電池陣列1的Vpv處于V4-V6之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作在單級 式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式，見圖2。此時，升壓斬波器3中的功率開關(guān)管19 一直關(guān)斷， 此時的等效電路9如圖4。采集光伏電池陣列輸出電流檢測2和輸出電壓檢測7的數(shù)值， 根據(jù)所選取的最大功率點跟蹤算法模塊8來計算Urei和輸出電壓檢測7進行求差運算 后，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器11的調(diào)節(jié)，其輸出為逆變器參考電流的幅值；通過電網(wǎng)電壓檢測14提 供的檢測值，鎖相環(huán)15產(chǎn)生一個與交流電網(wǎng)6的電壓同頻同相的單位正弦信號，該單位正 弦信號與上述幅值相乘運算得到參考電流，該參考電流再與并網(wǎng)電流檢測5進行求差運算 后，通過電流調(diào)節(jié)器12的調(diào)節(jié)產(chǎn)生調(diào)制信號，該調(diào)制信號通過PWM波發(fā)生控制13產(chǎn)生PWM 波，去控制并網(wǎng)逆變器4進行相應的并網(wǎng)操作和實現(xiàn)最大功率點跟蹤功能。2. 3)當光伏電池陣列1的Vpv處于V4-V5之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作在滯環(huán)控 制方式。即當光伏電池陣列1的Vpv從V4向V5變化時，采用兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制 方式，當Vpv ^ V5時，由兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式切換到單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式 控制方式；當光伏電池陣列1的VpvWV5向V4變化時，采用單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制 方式，當Vpv ( V4時，由單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式切換到兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式 控制方式?？傊?，當光伏電池陣列1的Vpv從①一②一③一④一⑤一⑥順序變化時，光伏并網(wǎng) 發(fā)電系統(tǒng)從兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式逐步切換到單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制 方式；當光伏電池陣列ι的VpvW⑥一⑦一⑧一⑨一①順序變化時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)從單 級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式逐步切換到兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式，見圖5。本發(fā)明解決了當前經(jīng)典的單級式電路結(jié)構(gòu)和兩級或多級式電路結(jié)構(gòu)的工作電壓 范圍小的缺點，結(jié)合了兩者的電路結(jié)構(gòu)特點和控制策略，利用變結(jié)構(gòu)控制方法實現(xiàn)了兩者 的有機統(tǒng)一。本發(fā)明的控制方法，通過變結(jié)構(gòu)控制方法拓展了光伏電池陣列的輸出電壓工作范 圍，適用大、中、小各個功率等級；同時，它既適用于單相電網(wǎng)，也適用于三相電網(wǎng)，既可以用 于非隔離型電路，也可以用于工頻變壓器隔離型電路，應用前景極其廣闊。
權(quán)利要求
一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法，其特征在于，按照以下步驟實施步驟1，根據(jù)220V單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)或380V三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，分別確定各個控制點值，包括光伏電池陣列實際輸出電壓值V1、V2、V3、V4、V5、V6以及Vr1、Vr2、Vr3、Vr4，直流母線的參考電壓值為Vref，光伏電池陣列實際輸出電壓值為VPV；步驟2，按照下述情況進行具體控制2.1)當光伏電池陣列(1)的VPV處于V1-V5之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式下工作，此時，升壓斬波器(3)處于PWM開關(guān)狀態(tài)，采集光伏電池陣列輸出電流檢測(2)和輸出電壓檢測(7)的數(shù)值，根據(jù)所選取的最大功率點跟蹤算法模塊(8)來計算升壓斬波器(3)的占空比去控制功率開關(guān)管(19)動作，實現(xiàn)最大功率點跟蹤和升壓功能；通過電網(wǎng)電壓檢測(14)提供的檢測值，鎖相環(huán)(15)產(chǎn)生一個與交流電網(wǎng)(6)的電壓同頻同相的單位正弦信號；直流母線參考電壓(16)和直流母線電壓檢測(10)進行求差運算后，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器(11)的調(diào)節(jié)，輸出為逆變器參考電流的幅值，該幅值與前述的單位正弦信號相乘得到參考電流，該參考電流與并網(wǎng)電流檢測(5)再次進行求差運算后，通過電流調(diào)節(jié)器(12)的調(diào)節(jié)產(chǎn)生調(diào)制信號，該調(diào)制信號通過PWM波發(fā)生控制(13)產(chǎn)生PWM波，去控制并網(wǎng)逆變器(4)進行相應的并網(wǎng)操作，其中，直流母線參考電壓(16)的設定Vref，與VPV的大小和變化方向相關(guān)，當VPV從V1按照增加方向變化到V3時，Vref=Vr1；當VPV從V3按照增加方向變化到V5時，按照公式(1)進行計算Vref=(VPV-V3)*(Vr3-Vr1)/(V5-V3)+Vr1 (1)當VPV從V4按照減小方向變化到V2時，按照公式(2)進行計算Vref=(VPV-V2)*(Vr2-Vr1)/(V4-V2)+Vr1 (2)當VPV從V2按照減小方向變化到V1時，Vref=Vr1；2.2)當光伏電池陣列(1)的VPV處于V4-V6之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式下工作，此時，升壓斬波器(3)中的功率開關(guān)管(19)一直關(guān)斷，采集光伏電池陣列輸出電流檢測(2)和輸出電壓檢測(7)的數(shù)值，根據(jù)所選取的最大功率點跟蹤算法模塊(8)來計算Vref，Vref和輸出電壓檢測(7)進行求差運算后，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器(11)的調(diào)節(jié)，其輸出為逆變器參考電流的幅值；通過電網(wǎng)電壓檢測(14)提供的檢測值，鎖相環(huán)(15)產(chǎn)生一個與交流電網(wǎng)(6)的電壓同頻同相的單位正弦信號，該單位正弦信號與上述幅值相乘運算得到參考電流，該參考電流再與并網(wǎng)電流檢測(5)進行求差運算后，通過電流調(diào)節(jié)器(12)的調(diào)節(jié)產(chǎn)生調(diào)制信號，該調(diào)制信號通過PWM波發(fā)生控制(13)產(chǎn)生PWM波，去控制并網(wǎng)逆變器(4)進行相應的并網(wǎng)操作和實現(xiàn)最大功率點跟蹤功能；2.3)當光伏電池陣列(1)的VPV處于V4-V5之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作在滯環(huán)控制方式，即當光伏電池陣列(1)的VPV從V4向V5變化時，采用兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式，當VPV≥V5時，由兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式切換到單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式；當光伏電池陣列(1)的VPV從V5向V4變化時，采用單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式，當VPV≤V4時，由單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式切換到兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式。
2.1)當光伏電池陣列(1)的Vpv處于V1-V5之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在兩級式電路結(jié) 構(gòu)及兩級式控制方式下工作，此時，升壓斬波器(3)處于PWM開關(guān)狀態(tài)，采集光伏電池陣列 輸出電流檢測(2)和輸出電壓檢測(7)的數(shù)值，根據(jù)所選取的最大功率點跟蹤算法模塊(8) 來計算升壓斬波器(3)的占空比去控制功率開關(guān)管(19)動作，實現(xiàn)最大功率點跟蹤和升壓 功能；通過電網(wǎng)電壓檢測(14)提供的檢測值，鎖相環(huán)(15)產(chǎn)生一個與交流電網(wǎng)(6)的電壓 同頻同相的單位正弦信號；直流母線參考電壓(16)和直流母線電壓檢測(10)進行求差運 算后，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器(11)的調(diào)節(jié)，輸出為逆變器參考電流的幅值，該幅值與前述的單位正 弦信號相乘得到參考電流，該參考電流與并網(wǎng)電流檢測(5 )再次進行求差運算后，通過電流 調(diào)節(jié)器(12)的調(diào)節(jié)產(chǎn)生調(diào)制信號，該調(diào)制信號通過PWM波發(fā)生控制(13)產(chǎn)生PWM波，去控 制并網(wǎng)逆變器(4)進行相應的并網(wǎng)操作，其中，直流母線參考電壓(16)的設定V&，與VpvW 大小和變化方向相關(guān)，當Vpv從V1按照增加方向變化到V3時，Vref=Vrl ；當Vpv從V3按照增加方向變化到V5時，按照公式(1)進行計算VMf= (Vpv-V3) * (Vr3-Vrl) / (V5-V3)+Vrl(1)當Vpv從V4按照減小方向變化到V2時，按照公式(2)進行計算Wrf=(Vpv-V2XH1)/ (V4-V2)+Vrl(2)當Vpv從V2按照減小方向變化到V1時，Vref=Vrl ；2. 2)當光伏電池陣列(1)的Vpv處于V4-V6之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在單級式電路結(jié) 構(gòu)及單級式控制方式下工作，此時，升壓斬波器(3)中的功率開關(guān)管(19) 一直關(guān)斷，采集光 伏電池陣列輸出電流檢測(2)和輸出電壓檢測(7)的數(shù)值，根據(jù)所選取的最大功率點跟蹤 算法模塊(8 )來計算VMf，Vref和輸出電壓檢測(7 )進行求差運算后，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器(11) 的調(diào)節(jié)，其輸出為逆變器參考電流的幅值；通過電網(wǎng)電壓檢測(14)提供的檢測值，鎖相環(huán) (15)產(chǎn)生一個與交流電網(wǎng)(6)的電壓同頻同相的單位正弦信號，該單位正弦信號與上述幅 值相乘運算得到參考電流，該參考電流再與并網(wǎng)電流檢測(5 )進行求差運算后，通過電流調(diào) 節(jié)器(12)的調(diào)節(jié)產(chǎn)生調(diào)制信號，該調(diào)制信號通過PWM波發(fā)生控制(13)產(chǎn)生PWM波，去控制 并網(wǎng)逆變器(4)進行相應的并網(wǎng)操作和實現(xiàn)最大功率點跟蹤功能；2. 3)當光伏電池陣列(1)的Vpv處于V4-V5之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作在滯環(huán)控制 方式，即當光伏電池陣列(1)的Vpv從V4向V5變化時，采用兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方 式，當Vpv ≥ V5時，由兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式切換到單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控 制方式；當光伏電池陣列(1)的Vpv從V5向V4變化時，采用單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式， 當Vpv ≤ V4時，由單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式切換到兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制 方式。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法，其特征在于，所述兩 級式電路結(jié)構(gòu)是，包括光伏電池陣列(1)、升壓斬波器(3)、并網(wǎng)逆變器(4)和交流電網(wǎng)(6) 依次級聯(lián)連接，其中，光伏電池陣列(1)通過輸出電流檢測(2)與升壓斬波器(3)連接，光 伏電池陣列(1)的兩個輸出端并聯(lián)有輸出電壓檢測(7)，輸出電壓檢測(7)和輸出電流檢測 (2)同時與最大功率點跟蹤算法模塊(8)的輸入端連接，最大功率點跟蹤算法模塊(8)的 輸出端與升壓斬波器(3)連接；升壓斬波器(3)和并網(wǎng)逆變器(4)之間并聯(lián)有直流母線電 壓檢測(10)，直流母線電壓檢測(10)與直流母線參考電壓(16)通過一加減運算器與電壓 調(diào)節(jié)器(11)連接；并網(wǎng)逆變器(4)與交流電網(wǎng)(6)之間串聯(lián)有并網(wǎng)電流檢測(5)，并網(wǎng)逆變 器(4)與交流電網(wǎng)(6)之間并聯(lián)有電網(wǎng)電壓檢測(14)，電網(wǎng)電壓檢測(14)通過鎖相環(huán)(15) 后，與電壓調(diào)節(jié)器(11)的輸出端通過一乘法運算器后再與并網(wǎng)電流檢測(5)的輸出端共同 通過另一加減運算器與電流調(diào)節(jié)器(12)連接，電流調(diào)節(jié)器(12)通過PWM波發(fā)生控制(13) 與并網(wǎng)逆變器(4)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法，其特征在于，所述單 級式電路結(jié)構(gòu)是，包括光伏電池陣列(1)、等效電路(9)、并網(wǎng)逆變器(4)和交流電網(wǎng)(6)級 聯(lián)連接，光伏電池陣列(1)的輸出端并聯(lián)有輸出電壓檢測(7)，光伏電池陣列(1)和等效電 路(9)之間串聯(lián)有輸出電流檢測(2)，輸出電壓檢測(7)和輸出電流檢測(2)同時與最大功 率點跟蹤算法模塊(8)的輸入端連接，輸出電壓檢測(7)的輸出端和最大功率點跟蹤算法 模塊(8 )的輸出端經(jīng)過一個加減運算器之后與電壓調(diào)節(jié)器(11)的輸入端連接；并網(wǎng)逆變器 (4)和交流電網(wǎng)(6)之間串聯(lián)有并網(wǎng)電流檢測(5)，并網(wǎng)逆變器(4)和交流電網(wǎng)(6)之間并 聯(lián)有電網(wǎng)電壓檢測(14)，電網(wǎng)電壓檢測(14)通過鎖相環(huán)(15)與電壓調(diào)節(jié)器(11)的輸出端 共同與一乘法運算器連接，乘法運算器的輸出端與并網(wǎng)電流檢測(5)的輸出端共同與另一 個加減運算器連接，進行數(shù)值比較得到差值，該加減運算器的輸出端通過電流調(diào)節(jié)器(12)、 PWM波發(fā)生控制(13)與并網(wǎng)逆變器(4)連接；所述等效電路(9)的結(jié)構(gòu)是，輸入濾波電容(17)和輸出濾波電容(21)的一端并聯(lián)，在 輸入濾波電容(17)和輸出濾波電容(21)之間串聯(lián)有高頻電感(18)和功率二極管(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法，其特征在于，所述 步驟1中，對于220V單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，光伏電池陣列實際輸出電壓值的設置為 V1=^V, V2=300V, Vs=310V, V4=370V, V5=380V, V6=900V, Vrl=380V, Vr2=414V, Vr3=420V, Vr4=900V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法，其特征在于，所述 步驟1中，對于380V三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，光伏電池陣列實際輸出電壓值的設置為 ν!=63ν, V2=540V, V3=560V, V4=620V, V5=630V, V6=900V, Vrl=630V, Vr2=656V, Vr3=660V, Vr4=900Vo
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法，用于控制兩級式電路結(jié)構(gòu)或單級式電路結(jié)構(gòu)，步驟包括先分別確定各個控制點值，包括V1-V6、Vr1-Vr4，直流母線的參考電壓值為Vref，光伏電池陣列實際輸出電壓值為VPV，再按照下述情況具體控制1)當光伏電池陣列的VPV處于V1-V5之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在兩級式電路結(jié)構(gòu)及兩級式控制方式下工作，直流母線參考電壓的設定Vref，與VPV的大小和變化方向相關(guān)；2)當光伏電池陣列的VPV處于V4-V6之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在單級式電路結(jié)構(gòu)及單級式控制方式下工作；3)當光伏電池陣列的VPV處于V4-V5之間時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作在滯環(huán)控制方式。本發(fā)明的方法，工作電壓范圍擴大，設備使用效率顯著提高。
文檔編號H02N6/00GK101888095SQ20101022987
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者任碧瑩, 孫向東, 張琦 申請人:西安理工大學