專利名稱：一種光伏發(fā)電微型電網(wǎng)系統(tǒng)及最大功率跟蹤方法
一種光伏發(fā)電微型電網(wǎng)系統(tǒng)及最大功率跟蹤方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于分布式發(fā)電和電力網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏發(fā)電微型電網(wǎng)系統(tǒng)及最大功率跟蹤方法。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速增長，電力需求也逐漸增加，從而引起電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。 傳統(tǒng)超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端日益凸現(xiàn)一方面，由于規(guī)模過于龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行靈活性差，難以保證經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)電網(wǎng)越來越高的安全性、可靠性要求；另一方面，一次能源的衰竭和地球環(huán)境的惡化給電力系統(tǒng)的發(fā)展提出了挑戰(zhàn)，如何保證電力的可持續(xù)發(fā)展成為了一個(gè)亟待解決的問題。
分布式發(fā)電一般是指將相對(duì)小型的發(fā)電裝置分散布置在用戶附近的供能方式，具有電源位置靈活的特點(diǎn)；同時(shí)，它與大電網(wǎng)互為備用也使供電可靠性得以改善。大電網(wǎng)與分布式電源相結(jié)合，被廣泛認(rèn)為是高效利用能源、提高電力系統(tǒng)可靠性和靈活性的主要方式。 然而，盡管分布式電源優(yōu)點(diǎn)突出，但相對(duì)大電網(wǎng)來說還是一個(gè)不可控源，其本身也存在許多問題，如分布式電源單機(jī)接入成本高，控制困難等。為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾， 充分挖掘其價(jià)值和效益，微型電網(wǎng)的應(yīng)運(yùn)而生。
微型電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，由電力電子裝置負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換。如何使其在滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性、安全性要求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)微型電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行或者孤島運(yùn)行，成為必須解決的問題。
光伏發(fā)電具有無污染、無噪聲、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)，且除陽光外無需其它生產(chǎn)材料，是一種具有廣闊前景的綠色能源，在未來的供電系統(tǒng)中將占有重要的地位，也是微型電網(wǎng)系統(tǒng)中主要的電源之一。
光伏電池的輸出功率與外界環(huán)境和負(fù)荷情況有關(guān)，并且一定的外界環(huán)境和負(fù)荷情況下存在唯一的最大功率點(diǎn)(MPP)。為了提高發(fā)電效率，需要在光伏電池和負(fù)荷之間串聯(lián)最大功率跟蹤(MPPT)電路。最常用的MPPT方法為擾動(dòng)觀察法(P&0)和增量電導(dǎo)法(INC)，但是存在穩(wěn)定性差、功率損失大等缺點(diǎn)。
對(duì)基于光伏發(fā)電的微型電網(wǎng)系統(tǒng)，如何解決其可靠性問題和發(fā)電效率問題，提供安全和高效的電力供應(yīng)，顯得尤為緊迫。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中提到的基于光伏發(fā)電的微型電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和發(fā)電效率的不足，本發(fā)明提出了一種光伏發(fā)電微型電網(wǎng)系統(tǒng)及最大功率跟蹤方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種光伏發(fā)電微型電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括光伏電池組件、微型逆變器、保護(hù)隔離裝置、負(fù)荷、微網(wǎng)母線和能量監(jiān)控中心；
所述光伏電池組件和微型逆變器連接；微型逆變器、能量監(jiān)控中心、負(fù)荷和保護(hù)隔離裝置分別與微網(wǎng)母線連接；保護(hù)隔離裝置的另一端與外部電網(wǎng)連接；
所述光伏電池組件為該系統(tǒng)提供電力；
所述微型逆變器按照功率調(diào)度指令控制其所連接光伏電池組件的直流-交流變換，并采集所連接光伏電池組件的開路電壓和電池溫度以及所對(duì)應(yīng)的最大功率工作點(diǎn)電壓，構(gòu)成樣本發(fā)送給能量監(jiān)控中心；
所述能量監(jiān)控中心用于對(duì)微型逆變器進(jìn)行功率調(diào)度，并根據(jù)微型逆變器收集的樣本，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練最大功率點(diǎn)電壓預(yù)測(cè)模型，發(fā)送給微型逆變器用于最大功率跟蹤控制。
所述微網(wǎng)母線中的通信協(xié)議為LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。
一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)進(jìn)行最大功率跟蹤的方法，其特征是該方法包括以下步驟
步驟1 通過微型逆變器采集光伏電池組件的開路電壓和電池溫度；
步驟2 將開路電壓和電池溫度輸入到最大功率點(diǎn)電壓預(yù)測(cè)模型，得到光伏電池組件最大功率點(diǎn)電壓的預(yù)測(cè)值；
步驟3 對(duì)微型逆變器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得光伏電池組件的實(shí)際電壓跟蹤至最大功率點(diǎn)電壓的預(yù)測(cè)值；
步驟4:以最大功率點(diǎn)電壓的預(yù)測(cè)值為初始值，通過指定迭代方法以設(shè)定步長跟蹤光伏電池組件的最大功率；
步驟5 迭代過程中，比較第k次迭代后的功率值和第k-Ι次迭代后的功率值，其中，k = 2，…，n，若兩者之差大于設(shè)定閾值，則返回步驟1。
所述最大功率點(diǎn)電壓預(yù)測(cè)模型為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。
所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型由輸入層、隱含層和輸出層三層神經(jīng)元構(gòu)成。
所述神經(jīng)元采用S型函數(shù)作為轉(zhuǎn)移函數(shù)。
所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型采用誤差反向傳播訓(xùn)練算法作為學(xué)習(xí)算法。
所述指定迭代方法為電導(dǎo)增量法。
所述對(duì)微型逆變器進(jìn)行調(diào)節(jié)的公式為
權(quán)利要求
1.一種光伏發(fā)電微型電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括光伏電池組件、微型逆變器、保護(hù)隔離裝置、負(fù)荷、微網(wǎng)母線和能量監(jiān)控中心；所述光伏電池組件和微型逆變器連接；微型逆變器、能量監(jiān)控中心、負(fù)荷和保護(hù)隔離裝置分別與微網(wǎng)母線連接；保護(hù)隔離裝置的另一端與外部電網(wǎng)連接；所述光伏電池組件為該系統(tǒng)提供電力；所述微型逆變器按照功率調(diào)度指令控制其所連接光伏電池組件的直流-交流變換，并采集所連接光伏電池組件的開路電壓和電池溫度以及所對(duì)應(yīng)的最大功率工作點(diǎn)電壓，構(gòu)成樣本發(fā)送給能量監(jiān)控中心；所述能量監(jiān)控中心用于對(duì)微型逆變器進(jìn)行功率調(diào)度，并根據(jù)微型逆變器收集的樣本， 利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練最大功率點(diǎn)電壓預(yù)測(cè)模型，發(fā)送給微型逆變器用于最大功率跟蹤控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏發(fā)電微型電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是所述微網(wǎng)母線中的通信協(xié)議為LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)進(jìn)行最大功率跟蹤的方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟1 通過微型逆變器采集光伏電池組件的開路電壓和電池溫度；步驟2 將開路電壓和電池溫度輸入到最大功率點(diǎn)電壓預(yù)測(cè)模型，得到光伏電池組件最大功率點(diǎn)電壓的預(yù)測(cè)值；步驟3 對(duì)微型逆變器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得光伏電池組件的實(shí)際電壓跟蹤至最大功率點(diǎn)電壓的預(yù)測(cè)值；步驟4 以最大功率點(diǎn)電壓的預(yù)測(cè)值為初始值，通過指定迭代方法以設(shè)定步長跟蹤光伏電池組件的最大功率；步驟5 迭代過程中，比較第k次迭代后的功率值和第k-Ι次迭代后的功率值，其中，k =2，…，n，若兩者之差大于設(shè)定閾值，則返回步驟1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率跟蹤方法，其特征是所述最大功率點(diǎn)電壓預(yù)測(cè)模型為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的最大功率跟蹤方法，其特征是所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型由輸入層、隱含層和輸出層三層神經(jīng)元構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的最大功率跟蹤方法，其特征是所述神經(jīng)元采用S型函數(shù)作為轉(zhuǎn)移函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的最大功率跟蹤方法，其特征是所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型采用誤差反向傳播訓(xùn)練算法作為學(xué)習(xí)算法。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率跟蹤方法，其特征是所述指定迭代方法為電導(dǎo)增量法。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率跟蹤的方法，其特征是所述對(duì)微型逆變器進(jìn)行調(diào)節(jié)的公式為
全文摘要
本發(fā)明公開了分布式發(fā)電和電力網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域中的一種光伏發(fā)電微型電網(wǎng)系統(tǒng)及最大功率跟蹤方法。該系統(tǒng)由分布式光伏電池組件、負(fù)荷、微型逆變器、能量監(jiān)控中心、微網(wǎng)母線和保護(hù)隔離裝置五部分組成。本發(fā)明可以提高光伏發(fā)電微型電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和效率。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102496953SQ201110377739
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者劉衛(wèi)亮, 劉長良, 林永君, 陳文穎 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)