一種并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于太陽能光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】的一種并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。該系統(tǒng)包括光伏電池組件、電容、反激變換器、工頻逆變器、EMI濾波器、輔助負(fù)載、輔助負(fù)載斷路器、本地負(fù)載、并網(wǎng)斷路器、電壓傳感器、電流傳感器、驅(qū)動(dòng)模塊、控制器。并網(wǎng)前，系統(tǒng)工作于電壓跟蹤模式，即閉合輔助負(fù)載斷路器，調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、相位一致，閉合并網(wǎng)斷路器完成并網(wǎng)。并網(wǎng)后，斷開輔助負(fù)載斷路器，為保證不對(duì)電網(wǎng)輸出功率，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為負(fù)載電流跟蹤模式。光伏電池組件輸出功率充足時(shí)，系統(tǒng)輸出電流跟蹤本地負(fù)載電流；光伏電池組件輸出功率不足時(shí)，系統(tǒng)工作于最大功率跟蹤方式，本地負(fù)載所需功率缺額由電網(wǎng)補(bǔ)充。
【專利說明】—種并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種小型光伏發(fā)電系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界能源需求的快速增長和化石能源的逐漸減少，近年來小型光伏發(fā)電系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的運(yùn)行方式可分為獨(dú)立運(yùn)行方式與并網(wǎng)運(yùn)行方式。獨(dú)立運(yùn)行方式即不與電網(wǎng)相連，獨(dú)立向附近的用戶供電。為了保持供電的連續(xù)性，系統(tǒng)中需配置蓄電池，成本和維護(hù)費(fèi)用較高，在電網(wǎng)覆蓋的地區(qū)不易大量推廣；并網(wǎng)運(yùn)行方式即與電網(wǎng)相連，不需要配置蓄電池，直接把能量輸送到電網(wǎng)。由于普通并網(wǎng)方式未與本地負(fù)載協(xié)調(diào)，在光照變化較大時(shí)容易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，增大電網(wǎng)末端電壓波動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)以上兩種運(yùn)行方式的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)及控制方法。
[0004]該系統(tǒng)與單相電網(wǎng)并聯(lián)，其特征在于該系統(tǒng)包括光伏電池組件、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、反激變換器、工頻逆變器、EMI濾波器、輔助負(fù)載Rz、輔助負(fù)載斷路器K1、本地負(fù)載&、并網(wǎng)斷路器K2、第一電流傳感器CT1、第二電流傳感器CT2、第三電流傳感器CT3、第一電壓傳感器VT1、第二電壓傳感器VT2、第三電壓傳感器VT3、驅(qū)動(dòng)模塊、控制器。
[0005]光伏電池組件正極與第一電容Cl正極連接，光伏電池組件負(fù)極接地；
[0006]第一電容Cl正極與光伏電池組件正極連接，第一電容Cl負(fù)極接地；
[0007]反激變換器輸入正端與第一電容Cl正極連接，反激變換器輸入負(fù)端與第一電流傳感器CTl 一輸入端連接；
[0008]第一電流傳感器CTl 一端與反激變換器輸入負(fù)端連接，第一電流傳感器CTl另一端接地，第一電流傳感器CTl測(cè)量信號(hào)輸出端與控制器連接；
[0009]反激變換器輸出正端與工頻逆變器輸入正端連接，反激變換器輸出負(fù)端與工頻逆變器輸入負(fù)端連接；
[0010]工頻逆變器輸入正端與反激變換器輸出正端連接，工頻逆變器輸入負(fù)端與反激變換器輸出負(fù)端連接；
[0011]工頻逆變器輸出正端與EMI濾波器一輸入端連接，工頻逆變器輸出負(fù)端與EMI濾波器另一輸入端連接；
[0012]EMI濾波器一輸入端與工頻逆變器輸出正端連接，EMI濾波器另一輸入端與工頻逆變器輸出負(fù)端連接；
[0013]EMI濾波器一輸出端與輔助負(fù)載斷路器Kl 一端連接，EMI濾波器另一輸出端與輔助負(fù)載Rz —端連接；
[0014]輔助負(fù)載斷路器Kl 一端與EMI濾波器一輸出端連接，輔助負(fù)載斷路器Kl另一端與輔助負(fù)載艮連接；
[0015]輔助負(fù)載Rz —端與EMI濾波器一輸出端連接，輔助負(fù)載Rz與輔助負(fù)載斷路器Kl
一端連接；
[0016]第一電壓傳感器VTl正端與EMI濾波器一輸出端連接，第一電壓傳感器VTl負(fù)端與EMI濾波器另一輸出端連接，第一電壓傳感器VTl測(cè)量信號(hào)輸出端與控制器連接；
[0017]第二電流傳感器CT2 —端與EMI濾波器一輸出端連接，第二電流傳感器CT2另一端與并網(wǎng)斷路器一端連接，第二電流傳感器CT2測(cè)量信號(hào)輸出端與控制器連接；
[0018]并網(wǎng)斷路器K2 —端與第二電流傳感器CT2 —端連接，并網(wǎng)斷路器K2另一端與單相電網(wǎng)火線接線端連接；
[0019]本地負(fù)載Rlj —端與單相電網(wǎng)火線接線端連接，本地負(fù)載Rlj另一端與第三電流傳感器CT3 —端連接；
[0020]第三電流傳感器CT3 —端與本地負(fù)載& 一端連接，第三電流傳感器CT3另一端與單相電網(wǎng)零線接線端連接，第三電流傳感器CT3測(cè)量信號(hào)輸出端與控制器連接；
[0021 ] 第三電壓傳感器VT3 —端與單相電網(wǎng)火線接線端連接，第三電壓傳感器VT3另一端與單相電網(wǎng)零線接線端連接，第三電壓傳感器VT3測(cè)量信號(hào)輸出端與控制器連接；
[0022]驅(qū)動(dòng)模塊分別與反激變換器、工頻變換器、控制器連接。
[0023]所述反激變換器由變壓器TX1、二極管D、第一功率管Q1、第二電容C2組成；
[0024]變壓器TXl的一輸入端與第一功率管Ql的漏極連接，二極管D的輸出端與第二電容C2連接，第一功率管Ql的柵極經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊與控制器連接。
[0025]所述工頻逆變器由第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5組成；
[0026]第二功率管Q2的柵極、第三功率管Q3的柵極、第四功率管Q4的柵極、第五功率管Q5的柵極經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊與控制器連接，第二功率管Q2的源極與第四功率管Q4的漏極連接，第二功率管Q2的漏極與第三功率管Q3的漏極連接，第三功率管Q3的源極與第五功率管Q5的漏極連接，第四功率管Q4的源極與第五功率管Q5的源極連接。
[0027]所述EMI濾波器由電感L1、第三電容C3組成，電感L1、第三電容C3串聯(lián)連接。
[0028]一種基于上述系統(tǒng)的控制方法，它包括以下步驟:
[0029]I)并網(wǎng)前，系統(tǒng)工作于電壓跟蹤模式，即閉合輔助負(fù)載斷路器K1，調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、相位一致，然后閉合并網(wǎng)斷路器Kl完成并網(wǎng)；
[0030]2)并網(wǎng)后，斷開輔助負(fù)載斷路器K1，為保證不對(duì)電網(wǎng)輸出功率，系統(tǒng)工作于負(fù)載電流跟蹤模式；
[0031]3)比較光伏電池組件輸出電壓與閾值電壓的大小，判斷光伏電池組件輸出功率是否充足，決定系統(tǒng)的輸出電流設(shè)定值；
[0032]當(dāng)光伏電池組件輸出電壓不小于閾值電壓，光伏電池組件輸出功率充足，控制系統(tǒng)輸出電流跟蹤本地負(fù)載電流；
[0033]當(dāng)光伏電池組件輸出電壓小于閾值電壓，光伏電池組件輸出功率不足，系統(tǒng)工作于最大功率跟蹤方式，本地負(fù)載所需功率缺額由電網(wǎng)補(bǔ)充。
[0034]在電壓跟蹤模式中，采用電壓瞬時(shí)值反饋結(jié)合前饋的單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)手段，其中前饋調(diào)節(jié)量D的計(jì)算為:
【權(quán)利要求】
1.一種并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，與單相電網(wǎng)并聯(lián)，其特征在于，該小型光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池組件、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、反激變換器、工頻逆變器、EMI濾波器、輔助負(fù)載Rz、輔助負(fù)載斷路器K1、本地負(fù)載&、并網(wǎng)斷路器K2、第一電流傳感器CT1、第二電流傳感器CT2、第三電流傳感器CT3、第一電壓傳感器VT1、第二電壓傳感器VT2、第三電壓傳感器VT3、驅(qū)動(dòng)模塊、控制器； 光伏電池組件正極與第一電容Cl正極連接，光伏電池組件負(fù)極接地； 第一電容Cl正極與光伏電池組件正極連接，第一電容Cl負(fù)極接地； 反激變換器輸入正端與第一電容Cl正極連接，反激變換器輸入負(fù)端與第一電流傳感器CTl 一輸入端連接； 第一電流傳感器CTl 一端與反激變換器輸入負(fù)端連接，第一電流傳感器CTl另一端接地，第一電流傳感器CTl測(cè)量信號(hào)輸出端與控制器連接； 反激變換器輸出正端與工頻逆變器輸入正端連接，反激變換器輸出負(fù)端與工頻逆變器輸入負(fù)端連接； 工頻逆變器輸入正端與反激變換器輸出正端連接，工頻逆變器輸入負(fù)端與反激變換器輸出負(fù)端連接； 工頻逆變器輸出正端與EMI濾波器一輸入端連接，工頻逆變器輸出負(fù)端與EMI濾波器另一輸入端連接； EMI濾波器一輸入端與工頻逆變器輸出正端連接，EMI濾波器另一輸入端與工頻逆變器輸出負(fù)端連接；` EMI濾波器一輸出端與輔助負(fù)載斷路器Kl 一端連接，EMI濾波器另一輸出端與輔助負(fù)載Rz —端連接； 輔助負(fù)載斷路器Kl 一端與EMI濾波器一輸出端連接，輔助負(fù)載斷路器Kl另一端與輔助負(fù)載Rz連接； 輔助負(fù)載Rz —端與EMI濾波器一輸出端連接，輔助負(fù)載Rz與輔助負(fù)載斷路器Kl 一端連接； 第一電壓傳感器VTl正端與EMI濾波器一輸出端連接，第一電壓傳感器VTl負(fù)端與EMI濾波器另一輸出端連接，第一電壓傳感器VTl測(cè)量信號(hào)輸出端與控制器連接； 第二電流傳感器CT2 —端與EMI濾波器一輸出端連接，第二電流傳感器CT2另一端與并網(wǎng)斷路器一端連接，第二電流傳感器CT2測(cè)量信號(hào)輸出端與控制器連接； 并網(wǎng)斷路器K2 —端與第二電流傳感器CT2 —端連接，并網(wǎng)斷路器K2另一端與單相電網(wǎng)火線接線端連接； 本地負(fù)載& 一端與單相電網(wǎng)火線接線端連接，本地負(fù)載&另一端與第三電流傳感器CT3 一端連接； 第三電流傳感器CT3 —端與本地負(fù)載& 一端連接，第三電流傳感器CT3另一端與單相電網(wǎng)零線接線端連接，第三電流傳感器CT3測(cè)量信號(hào)輸出端與控制器連接； 第三電壓傳感器VT3 —端與單相電網(wǎng)火線接線端連接，第三電壓傳感器VT3另一端與單相電網(wǎng)零線接線端連接，第三電壓傳感器VT3測(cè)量信號(hào)輸出端與控制器連接； 驅(qū)動(dòng)模塊分別與反激變換器、工頻變換器、控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述反激變換器由變壓器TX1、二極管D、第一功率管Q1、第二電容C2組成； 變壓器TXl的一輸入端與第一功率管Ql的漏極連接，二極管D的輸出端與第二電容C2連接，第一功率管Ql的柵極經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊與控制器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述工頻逆變器由第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5組成； 第二功率管Q2的柵極、第三功率管Q3的柵極、第四功率管Q4的柵極、第五功率管Q5的柵極經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊與控制器連接，第二功率管Q2的源極與第四功率管Q4的漏極連接，第二功率管Q2的漏極與第三功率管Q3的漏極連接，第三功率管Q3的源極與第五功率管Q5的漏極連接，第四功率管Q4的源極與第五功率管Q5的源極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述EMI濾波器由電感L1、第三電容C3組成，電感L1、第三電容C3串聯(lián)連接。
5.一種基于并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，它包括以下步驟: 1)并網(wǎng)前，系統(tǒng)工作于電壓跟蹤模式，即閉合輔助負(fù)載斷路器K1，調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、相位一致，然后閉合并網(wǎng)斷路器Kl完成并網(wǎng)； 2)并網(wǎng)后，斷開輔助負(fù)載斷路器K1，為保證不對(duì)電網(wǎng)輸出功率，系統(tǒng)工作于負(fù)載電流跟蹤模式； 3)比較光伏電池組件輸出電壓與閾值電壓的大小，判斷光伏電池組件輸出功率是否充足，決定系統(tǒng)的輸出電流設(shè).定值； 當(dāng)光伏電池組件輸出電壓不小于閾值電壓，光伏電池組件輸出功率充足，控制系統(tǒng)輸出電流跟蹤本地負(fù)載電流； 當(dāng)光伏電池組件輸出電壓小于閾值電壓，光伏電池組件輸出功率不足，系統(tǒng)工作于最大功率跟蹤方式,本地負(fù)載所需功率缺額由電網(wǎng)補(bǔ)充。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的的控制方法，其特征在于，所述閾值電壓由所選光伏電池組件的特性參數(shù)決定。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的的控制方法，其特征在于，在所述的電壓跟蹤模式中，采用電壓瞬時(shí)值反饋結(jié)合前饋的單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)手段，其中前饋調(diào)節(jié)量D的計(jì)算為: D —VgIid
Vgrid + N.Vpv 其中，Vfid為單相電網(wǎng)電壓，N為反激變換器原、副邊匝比，Vpv為光伏電池組件輸出電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的的基于并網(wǎng)不上網(wǎng)的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，在所述的負(fù)載電流跟蹤模式中，采用電流瞬時(shí)值反饋結(jié)合前饋的單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)手段，并利用遺傳算法對(duì)PI控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
9.如權(quán)利要求8所述的基于遺傳算法的PI控制器參數(shù)優(yōu)化，其特征在于，遺傳算法中適應(yīng)度函數(shù)為
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103441526SQ201310354391
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】馬良玉, 劉衛(wèi)亮, 劉長良, 林永君, 陳文穎, 馬進(jìn), 馬永光 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）