直流微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明為直流微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法，屬于微電網(wǎng)控制技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 由光伏發(fā)電單元、風(fēng)力發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元和本地負(fù)載等組成的微電網(wǎng)系統(tǒng)可形 成區(qū)域自治供電系統(tǒng)，在利用可在生能源的同時(shí)，可有效解決分布式發(fā)電滲透率增高對(duì)大 電網(wǎng)的影響。直流微電網(wǎng)通過(guò)直流母線使用DC-DC變換器連接系統(tǒng)中發(fā)電單元與用戶負(fù) 載，具有效率高、可控性高、成本低等特點(diǎn)。與交流電網(wǎng)類(lèi)似，直流微電網(wǎng)可通過(guò)并網(wǎng)變換器 與大電網(wǎng)連接，并網(wǎng)變換器工作時(shí)，系統(tǒng)工作在并網(wǎng)狀態(tài)，并網(wǎng)變換器停止時(shí)，系統(tǒng)工作在 離網(wǎng)狀態(tài)。
[0003]對(duì)于直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中的光伏發(fā)電單元，依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和光伏陣列的特性， 可工作在最大功率跟蹤模式（MPPT)和下垂控制模式值roop)。當(dāng)光伏發(fā)電單元運(yùn)行在最大 功率跟蹤模式時(shí)，可實(shí)時(shí)跟蹤光伏陣列的最大功率點(diǎn)，此時(shí)光伏單元變換器工作在電流模 式；當(dāng)光伏發(fā)電單元運(yùn)行在下垂控制模式時(shí)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中多個(gè)并聯(lián)光伏單元輸出功率的 合理分配，此時(shí)光伏單元變換器工作在電壓模式。
[0004]但是當(dāng)光伏單元在該兩個(gè)控制模式之間進(jìn)行切換時(shí)，由于兩個(gè)運(yùn)行模式獨(dú)立運(yùn) 行，會(huì)產(chǎn)生不期望的電壓、電流沖擊，導(dǎo)致微電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是避免直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中光伏發(fā)電單元在最大功率跟蹤和下垂控 制運(yùn)行模式間切換時(shí)帶來(lái)的不期望的電壓、電流沖擊。提出了直流微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元 運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法。
[0006]直流微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法，該方法是基于光伏發(fā)電單元 實(shí)現(xiàn)的；所述光伏發(fā)電單元包括光伏陣列1、boost升壓型變換器、控制器2和驅(qū)動(dòng)單元3 ;
[0007]boost升壓型變換器包括電容電容C2、電感L、開(kāi)關(guān)管S和二極管D;電容Cl的 兩端作為boost升壓型變換器的輸入端連接光伏陣列1的輸出端，還同時(shí)連接電感L的一 端和開(kāi)關(guān)管S的發(fā)射極；電感L的另一端同時(shí)連接開(kāi)關(guān)管S的集電極和二極管D的陽(yáng)極；二 極管D的陰極連接電容C,的一端，電容C2的另一端連接開(kāi)關(guān)管S的發(fā)射極；電容C2的兩端 作為boost升壓型變換器的輸出端與直流母線連接；直流母線連通直流微電網(wǎng)系統(tǒng)；
[000引驅(qū)動(dòng)單元3用于根據(jù)控制器2產(chǎn)生的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管S;
[0009]所述控制器2用于產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并控制驅(qū)動(dòng)單元3驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管S，實(shí)現(xiàn)光伏 發(fā)電單元的最大功率跟蹤模式和下垂控制模式的切換；
[0010] 光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法的步驟如下：
[0011] 步驟一：針對(duì)所述光伏發(fā)電單元，采用電壓、電流雙閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電單元的 內(nèi)環(huán)控制，調(diào)節(jié)相應(yīng)的控制參數(shù)，使光伏發(fā)電單元實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出；
[0012] 步驟二：搭建光伏發(fā)電單元的下垂控制環(huán)節(jié)：根據(jù)所述光伏發(fā)電單元的容量、數(shù) 量及直流母線電壓范圍確定合理的下垂系數(shù)r;并采集流經(jīng)boost變換器二極管D的電流 i<!，電流通過(guò)一個(gè)低通濾波器LPF進(jìn)行濾波后與所述下垂系數(shù)r相乘后的結(jié)果作為下垂 控制的輸入量rid;
[0013] 步驟搭建最大功率跟蹤環(huán)節(jié)；選用擾動(dòng)觀察法作為光伏發(fā)電單元的最大功率 跟蹤算法；調(diào)節(jié)最大功率跟蹤算法周期、步長(zhǎng)及PI參數(shù)，保證光伏發(fā)電單元的最大功率跟 蹤環(huán)節(jié)跟蹤光伏陣列的最大功率點(diǎn)；同時(shí)，采集在最大功率跟蹤模式下的光伏陣列實(shí)時(shí)采 樣電壓VpY，并經(jīng)過(guò)MPPT模塊后輸出光伏陣列參考電壓/pY;
[0014] 步驟四：采用下垂曲線平移方法實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電單元在最大功率跟蹤和下垂控制運(yùn) 行模式間實(shí)現(xiàn)切換，具體如下：
[0015]將步驟S中的光伏陣列實(shí)時(shí)采樣電壓VpY與光伏陣列參考電壓V tpY相減后送入PI 調(diào)節(jié)器，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后的輸出值作為下垂控制的電壓平移量AV;并與步驟二中的下垂控 制環(huán)節(jié)中的下垂控制的輸入量rid相減獲得相減后的結(jié)果
【主權(quán)項(xiàng)】
1.直流微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法，該方法是基于光伏發(fā)電單元實(shí) 現(xiàn)的；所述光伏發(fā)電單元包括光伏陣列（1)、boost升壓型變換器、控制器（2)和驅(qū)動(dòng)單元 (3)； boost升壓型變換器包括電容C1、電容C2、電感L、開(kāi)關(guān)管S和二極管D ;電容C1的兩端 作為boost升壓型變換器的輸入端連接光伏陣列（1)的輸出端，還同時(shí)連接電感L的一端 和開(kāi)關(guān)管S的發(fā)射極；電感L的另一端同時(shí)連接開(kāi)關(guān)管S的集電極和二極管D的陽(yáng)極；二極 管D的陰極連接電容C 2的一端，電容C 2的另一端連接開(kāi)關(guān)管S的發(fā)射極；電容C 2的兩端作 為boost升壓型變換器的輸出端與直流母線連接；直流母線連通直流微電網(wǎng)系統(tǒng)； 驅(qū)動(dòng)單元（3)用于根據(jù)控制器（2)產(chǎn)生的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管S ; 其特征在于，所述控制器（2)用于產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并控制驅(qū)動(dòng)單元（3)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管 S，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電單元的最大功率跟蹤模式和下垂控制模式的切換； 光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法的步驟如下： 步驟一：針對(duì)所述光伏發(fā)電單元，采用電壓、電流雙閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電單元的內(nèi)環(huán) 控制，調(diào)節(jié)相應(yīng)的控制參數(shù)，使光伏發(fā)電單元實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出； 步驟二：搭建光伏發(fā)電單元的下垂控制環(huán)節(jié)：根據(jù)所述光伏發(fā)電單元的容量、數(shù)量及 直流母線電壓范圍確定合理的下垂系數(shù)r ;并采集流經(jīng)boost變換器二極管D的電流id，電 流id通過(guò)一個(gè)低通濾波器LPF進(jìn)行濾波后與所述下垂系數(shù)r相乘后的結(jié)果作為下垂控制 的輸入量ri d; 步驟三：搭建最大功率跟蹤環(huán)節(jié)：選用擾動(dòng)觀察法作為光伏發(fā)電單元的最大功率跟蹤 算法；調(diào)節(jié)最大功率跟蹤算法周期、步長(zhǎng)及PI參數(shù)，保證光伏發(fā)電單元的最大功率跟蹤環(huán) 節(jié)跟蹤光伏陣列的最大功率點(diǎn)；同時(shí)，米集在最大功率跟蹤模式下的光伏陣列實(shí)時(shí)米樣電 壓V pv，并經(jīng)過(guò)MPPT模塊后輸出光伏陣列參考電壓/pv; 步驟四：采用下垂曲線平移方法實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電單元在最大功率跟蹤和下垂控制運(yùn)行模 式間實(shí)現(xiàn)切換，具體如下： 將步驟三中的光伏陣列實(shí)時(shí)采樣電壓Vpv與光伏陣列參考電壓V ζν相減后送入PI調(diào)節(jié) 器，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后的輸出值作為下垂控制的電壓平移量Λ V;并與步驟二中的下垂控制環(huán) 節(jié)中的下垂控制的輸入量1^相減獲得相減后的結(jié)果
光伏發(fā)電單元中的初始電壓參考量vMf與相減后的結(jié)果相加后獲得新的電壓參考量
然后將新的電壓參考量送入步驟一中光伏發(fā)電單元的電壓、電流雙閉環(huán)控制，并最終 產(chǎn)生相應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 步驟五：當(dāng)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中的光伏發(fā)電單元需要運(yùn)行在下垂控制模式時(shí)，下垂平移 量Δν設(shè)置為零，光伏發(fā)電單元的控制器（2)按照步驟二使光伏發(fā)電單元運(yùn)行在下垂控制 模式； 當(dāng)光伏發(fā)電單元需要運(yùn)行在最大功率跟蹤模式時(shí)，光伏發(fā)電單元的控制器（2)運(yùn)行步 驟四；即通過(guò)閉環(huán)調(diào)節(jié)使boost升壓型變換器工作點(diǎn)到達(dá)光伏陣列最大功率點(diǎn)，并可在直 流母線電壓波動(dòng)時(shí)維持輸出功率穩(wěn)定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法，其特征 在于，步驟一中所述的電壓、電流雙閉環(huán)控制的控制過(guò)程如下： 直流母線電壓％經(jīng)PI調(diào)節(jié)器、限幅單元后得到電壓外環(huán)作用下產(chǎn)生的電流內(nèi)環(huán)給定 參考信號(hào)該參考信號(hào)i \與流經(jīng)boost變換器二極管的電流i d相減后，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)器 及PWM發(fā)生單元后輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)給光伏發(fā)電單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法，其特征 在于，步驟三中所述的光伏陣列參考電壓Zpv的獲取方式為：光伏陣列實(shí)時(shí)采樣電壓V pv和 光伏陣列輸出電流ipv經(jīng)MPPT模塊運(yùn)算后獲得。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法，其特征 在于，最大功率跟蹤模式的實(shí)現(xiàn)方式是將步驟三中最大功率跟蹤模塊產(chǎn)生的輸出量作為參 考電壓偏移量Δν，以步驟四中所述的下垂平移的方式作用在步驟一中所述的電壓、電流雙 閉環(huán)控制中，并利用步驟一電壓外環(huán)的調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)下垂控制模式向最大功率跟蹤模式的 無(wú)縫切換。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法，其特征 在于，下垂控制模式可通過(guò)將步驟四中下垂平移量設(shè)置為零的方式使步驟一中新的電壓參 考量/恢復(fù)為V Mf-rid的形式，并利用步驟一電壓外環(huán)的調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤模式 向下垂控制模式的無(wú)縫切換。
【專(zhuān)利摘要】直流微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法，屬于微電網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了避免直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中光伏發(fā)電單元在最大功率跟蹤和下垂控制運(yùn)行模式間切換時(shí)帶來(lái)的不期望的電壓、電流沖擊。本發(fā)明提出一種基于下垂曲線平移的直流微電網(wǎng)光伏發(fā)電單元運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法，當(dāng)光伏發(fā)電單元需要工作在最大功率跟蹤模式時(shí)，通過(guò)平移下垂曲線實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電單元輸出功率的改變，最終達(dá)到光伏陣列的最大功率點(diǎn)，當(dāng)光伏發(fā)電單元需要工作在下垂模式時(shí)，則取消平移量，從而實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行模式間變換器輸出電壓、電流無(wú)沖擊的無(wú)縫切換。本發(fā)明適用于在最大功率跟蹤模式和下垂控制模式切換的場(chǎng)合。
【IPC分類(lèi)】H02J1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104753057
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510191393
【發(fā)明人】王衛(wèi), 王盼寶, 劉桂花, 劉鴻鵬, 楊旭, 吳炎
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月22日