新型建筑光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤與并網(wǎng)控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及建筑光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)，尤其涉及一種新型建筑光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤與并網(wǎng)控制裝置，該裝置涉及到電力電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，先進(jìn)測(cè)控技術(shù)，智能優(yōu)化等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有可再生、無(wú)污染、無(wú)噪聲等特點(diǎn)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將成為未來(lái)綠色電力能源結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)力量之一。
[0003]光伏建筑一體化(BuildingIntegrated Photovoltaic,BIPV)是把光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合,利用建筑物的可利用平面及空間,安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏建筑一體化不僅能減少光伏發(fā)電占地面積、保證建筑自身電力供應(yīng)，用光伏電池陣列鋪設(shè)的建筑外墻還大大減少了外墻防護(hù)和美化能耗。所以光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合是有極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的。
[0004]建筑光伏陣列的鋪設(shè)和安裝受到建筑物外圍空間的限制，即光伏陣列總是鋪設(shè)在建筑物外墻或樓頂，這樣，每一個(gè)光伏陣列的朝向則不同，由于日照規(guī)律和遮擋的不同導(dǎo)致每個(gè)光伏陣列在同一時(shí)刻受到的光照度是不一樣的。眾所周知，光伏電池陣列是把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為直流電能的，即光伏電池的電能輸出是依賴它表面所受的光照度和自身溫度的。同時(shí)，光伏電池的功率輸出有強(qiáng)烈的非線性特性，光伏陣列的電壓、電流、功率輸出隨光照和溫度的變化而變化。溫度一定時(shí)，光照均勻情況下，光伏陣列的輸出電壓-功率曲線呈單峰值特性，但在光照不均勻的情況下，光伏陣列的輸出電壓-功率曲線具有多峰值特性。目前，一般的光伏并網(wǎng)逆變器都是單級(jí)式并網(wǎng)逆變器，即將若干數(shù)量的光伏電池組件通過(guò)串并聯(lián)組合直接接到并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)，并網(wǎng)逆變器將光伏陣列所發(fā)的直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能饋送入配電網(wǎng)，一方面供本地負(fù)載使用，多余部分饋送入公共電網(wǎng)。單級(jí)式并網(wǎng)逆變器是通過(guò)控制直流側(cè)電壓的改變來(lái)控制光伏陣列的輸出電壓，從而使光伏陣列的輸出功率達(dá)到最大，這個(gè)過(guò)程也叫光伏電池陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power PointTracking, MPPT)技術(shù)。
[0005]單級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但存在以下缺點(diǎn):其一是多個(gè)光伏陣列通過(guò)簡(jiǎn)單串并聯(lián)連接到并網(wǎng)逆變器，光伏陣列的輸出功率受到限制，不能充分利用光伏陣列的發(fā)電能力；其二，并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)電壓可控范圍受到交流側(cè)電壓的限制，不能任意調(diào)節(jié)，可能會(huì)導(dǎo)致并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)電壓可控范圍與光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓不匹配，從而不能使光伏陣列輸出功率達(dá)到最大，造成功率浪費(fèi)；其三，環(huán)境條件改變會(huì)導(dǎo)致光伏陣列輸出功率改變，由于并網(wǎng)逆變器需要對(duì)光伏陣列進(jìn)行MPPT控制，故其直流側(cè)電壓需要頻繁變動(dòng)，這對(duì)逆變器的交流側(cè)輸出電壓、電流造成一定影響(與電網(wǎng)交互無(wú)功功率)，同時(shí)對(duì)并網(wǎng)逆變器的功率器件和直流側(cè)電容的壽命也有一定影響。
[0006]隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，日常工作和生活中會(huì)使用到大量的無(wú)功和非線性負(fù)載，如交流電機(jī)和不可控整流電源等等。在配電網(wǎng)末梢，比如配置有光伏并網(wǎng)的某一建筑配電網(wǎng)，過(guò)多的無(wú)功和非線性負(fù)載對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生比較大的影響，主要表現(xiàn)為電網(wǎng)電壓跌落和電流諧波激增。對(duì)于用戶負(fù)載來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)跌落影響較大，可能導(dǎo)致負(fù)載損壞甚至對(duì)人身安全造成威脅，因此，對(duì)配電網(wǎng)的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償和電壓穩(wěn)定進(jìn)行控制是非常重要的。另外，如上述，光伏輸出功率的波動(dòng)也會(huì)影響到并網(wǎng)逆變器交流側(cè)的輸出電壓波動(dòng)，即并網(wǎng)接入點(diǎn)及后級(jí)配電網(wǎng)的電壓會(huì)波動(dòng)。為解決電網(wǎng)末梢的無(wú)功和非線性負(fù)載對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的影響，目前可采用的方法是在配電網(wǎng)配置無(wú)功補(bǔ)償和有源濾波裝置，其中，配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器(DSTATCOM)既能夠補(bǔ)償負(fù)荷無(wú)功電流、負(fù)序電流，以及諧波電流，也能夠穩(wěn)定連接點(diǎn)電壓水平，是一種能夠有效改善配電網(wǎng)電能質(zhì)量的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)在光伏并網(wǎng)中存在的上述問(wèn)題，發(fā)明一種新型建筑光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤與并網(wǎng)控制裝置。本發(fā)明裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與原理框圖如說(shuō)明書(shū)附圖中圖1所示。發(fā)明具體內(nèi)容如下:
[0008]1.針對(duì)建筑光伏單級(jí)式并網(wǎng)裝置中多個(gè)光伏陣列只能通過(guò)簡(jiǎn)單串并聯(lián)連接方式造成的光伏輸出功率受限，不能最大化地利用光伏陣列的發(fā)電能力的問(wèn)題，本發(fā)明裝置采用雙級(jí)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為“光伏陣列[I] — Boost變換器[2]—直流側(cè)濾波電容[3]—三相并網(wǎng)逆變器[4]—電抗器[5]—三相隔離變壓器[6]”。Boost變換器[2]的作用是把不同朝向的光伏陣列所輸出的不同功率隔離傳輸?shù)饺嗖⒕W(wǎng)逆變器[4]的直流側(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各個(gè)朝向的光伏陣列MPPT控制，使得光伏陣列的運(yùn)行效率盡可能高。
[0009]2.本發(fā)明提供一種在線粒子群MPPT算法，應(yīng)用Boost變換器[2]對(duì)各個(gè)光伏陣列輸入功率進(jìn)行MPPT控制，可以減少傳感器的使用、并可避免陷入局部最大功率點(diǎn)。并網(wǎng)逆變器[4]直流側(cè)濾波電容[3]電壓是由三相并網(wǎng)逆變器[4]控制穩(wěn)定在某一個(gè)值，前級(jí)各個(gè)Boost變換器[2]輸入側(cè)連接建筑物各個(gè)朝向安裝的光伏陣列，輸出側(cè)并聯(lián)連接到并網(wǎng)逆變器[4]的直流輸入側(cè)(即直流側(cè)濾波電容[3]兩端)，根據(jù)Boost變換器[2]的電壓變換原理，改變Boost變換器[2]的功率開(kāi)關(guān)管VTk(k=l，2，…，η)的PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比即可實(shí)現(xiàn)Boost變換器[2]輸入輸出電壓的變換。由于Boost變換器[2]的輸出側(cè)電壓被箝位(由三相并網(wǎng)逆變器[4]控制穩(wěn)定在某一個(gè)值)，改變Boost變換器[2]的功率開(kāi)關(guān)管VTk(k=l，2，…，η)的PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比即可改變Boost變換器[2]的輸入電壓(也就是光伏陣列[I]的輸出電壓)，從而改變光伏陣列[I]的輸出功率。為了使每個(gè)光伏陣列[I]的輸出功率都達(dá)到全局最優(yōu)點(diǎn)，必須通過(guò)某種算法在線計(jì)算每個(gè)Boost變換器[2]的功率開(kāi)關(guān)管VTk(k=l，2，…，η)的PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比的全局最優(yōu)值。本發(fā)明采用粒子群尋優(yōu)算法，以三相并網(wǎng)逆變器[4]的直流側(cè)輸入功率為尋優(yōu)目標(biāo)，通過(guò)粒子群算法迭代出每個(gè)Boost變換器[2]的功率開(kāi)關(guān)管VTk(k=l，2，…，η)的PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比的全局最優(yōu)值。使用本發(fā)明的MPPT電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和算法，只需要在三相并網(wǎng)逆變器[4]的直流側(cè)安裝一個(gè)電壓傳感器和一個(gè)電流傳感器，而無(wú)需在每個(gè)光伏陣列的輸出端安裝電壓傳感器和電流傳感器，這樣既能使建筑每個(gè)朝向的光伏陣列輸出全局最大功率點(diǎn)，也降低了系統(tǒng)的成本。
[0010]3.三相并網(wǎng)逆變器[4]與DSTATCOM具有相同的主電路結(jié)構(gòu)，因此，為改善建筑光伏并網(wǎng)接入配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，本發(fā)明將DSTATCOM無(wú)功穩(wěn)壓控制的控制方法加入到光伏并網(wǎng)逆變器中，在光伏發(fā)電并網(wǎng)的同時(shí)改善配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。本發(fā)明中三相并網(wǎng)逆變器
[4]與DSTATCOM控制相結(jié)合的方法如下:將每個(gè)建筑光伏陣列[I]通過(guò)Boost變換器[2]和在線粒子群MPPT算法得到的最大功率(直流電能)轉(zhuǎn)化為交流有功功率輸入到三相配電網(wǎng)[7]供本地配電網(wǎng)使用(多余部分饋送入公共電網(wǎng)[8])，同時(shí)，檢測(cè)交流側(cè)并網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓水平，若并網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓偏離正常值，則控制三相并網(wǎng)逆變器[4]以DSTATCOM無(wú)功穩(wěn)壓原理向三相配電網(wǎng)[7]輸入無(wú)功功率以穩(wěn)定并網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓在正常范圍。將光伏并網(wǎng)與無(wú)功穩(wěn)壓相結(jié)合，在實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)的同時(shí)改善配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，具有重大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1新型建筑光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤與并網(wǎng)控制裝置
[0012]圖中:1、光伏陣列；2、Boost變換器；3、直流側(cè)電容；4、三相并網(wǎng)逆變器；5、電抗器；
[0013]6、三相隔離變壓器；7、三相配電網(wǎng)；8、公共電網(wǎng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型建筑光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤與并網(wǎng)控制裝置，該裝置由光伏陣列[I]、Boost變換器[2]、直流側(cè)濾波電容[3]、三相并網(wǎng)逆變器[4]、電抗器[5]、三相隔離變壓器[6]等構(gòu)成。其特征在于采用雙級(jí)式結(jié)構(gòu)，建筑光伏陣列通過(guò)Boost變換器[2]輸入隔離，輸出并聯(lián)，然后通過(guò)直流側(cè)濾波電容[3]與三相并網(wǎng)逆變器[4]串聯(lián)，三相并網(wǎng)逆變器[4]交流側(cè)通過(guò)電抗器[5]、三相隔離變壓器[6]與三相配電網(wǎng)[7]、公共電網(wǎng)[8]并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型建筑光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤與并網(wǎng)控制裝置，其特征在于通過(guò)粒子群尋優(yōu)算法在線對(duì)各個(gè)建筑光伏陣列[I]進(jìn)行MPPT控制。通過(guò)并聯(lián)的多路Boost變換器[2]和在線粒子群MPPT算法，在直流側(cè)只使用一個(gè)電壓傳感器和電流傳感器的情況下實(shí)現(xiàn)多路光伏陣列[I]的最大功率點(diǎn)跟蹤控制，并可避免陷入光伏陣列[I]局部最大功率點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型建筑光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤與并網(wǎng)控制裝置，其特征在于直流側(cè)濾波電容[3]電壓(即三相并網(wǎng)逆變器[4]直流側(cè)電壓)由三相并網(wǎng)逆變器[4]控制在某一個(gè)恒定值，避免了單級(jí)式光伏并網(wǎng)中直流側(cè)電壓由MPPT決定而導(dǎo)致的直流側(cè)電壓頻繁波動(dòng)帶來(lái)的各種問(wèn)題。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型建筑光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤與并網(wǎng)控制裝置，其特征在于將DSTATC0M無(wú)功穩(wěn)壓的控制方法加入到三相并網(wǎng)逆變器[4]的并網(wǎng)逆變控制中。將光伏陣列[I]產(chǎn)生的直流電能逆變?yōu)橛泄涣麟娔艿耐瑫r(shí)加入無(wú)功穩(wěn)壓控制來(lái)維持配電網(wǎng)因各種原因?qū)е碌慕涣麟妷翰▌?dòng)，改善配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新型建筑光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤與并網(wǎng)控制裝置，該裝置針對(duì)建筑光伏并網(wǎng)發(fā)電的特點(diǎn)，主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上采用雙級(jí)式結(jié)構(gòu)，控制方法上采用在線粒子群優(yōu)化MPPT算法，并將DSTATCOM無(wú)功穩(wěn)壓算法加入到三相光伏逆變器的逆變并網(wǎng)控制中。該裝置可以實(shí)現(xiàn)建筑物各個(gè)朝向的光伏陣列各自最大功率點(diǎn)的跟蹤控制，減少光伏陣列的功率損耗，減少傳感器的使用，還能避免MPPT算法陷入光伏陣列的局部最大功率點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)光伏陣列功率最優(yōu)化輸出。因三相并網(wǎng)逆變器與DSTATCOM具有相同的主電路結(jié)構(gòu)，因此，該裝置將DSTATCOM無(wú)功穩(wěn)壓算法加入到三相光伏逆變器的逆變并網(wǎng)控制中，在實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)的同時(shí)穩(wěn)定配電網(wǎng)的電壓水平，改善配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
【IPC分類】H02M3-156, H02J3-16, H02J3-38
【公開(kāi)號(hào)】CN104701877
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310651494
【發(fā)明人】胡立坤, 盧子廣, 曾憲金, 呂智林, 王淼, 丁愛(ài)華
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月6日