專利名稱：無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏分布式發(fā)電技術(shù)和微電網(wǎng)，特別涉及一種無(wú)儲(chǔ)能裝置(如蓄電池、各種電容等)的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著常規(guī)能源的逐步消耗，可再生能源日益引起人們的關(guān)注。太陽(yáng)能以其安全、清潔、便于安裝而受到親睞，為改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，節(jié)能環(huán)保，緩減對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴發(fā)揮越來(lái)越大的作用。隨著科技的進(jìn)步，光伏組件的造價(jià)大幅降低，為分布式發(fā)電的推廣創(chuàng)造了良好的條件。所謂分布式發(fā)電，通常是指布置在用戶附近的一種模塊化、小功率、分散式發(fā)電形式。 分布式發(fā)電相對(duì)外電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是ー個(gè)不可控電源，因此外電網(wǎng)往往對(duì)分布式發(fā)電采取限制、隔離的方式來(lái)處置，以期減小其對(duì)外電網(wǎng)的沖擊。為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠，國(guó)家對(duì)分布式能源的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)有專門規(guī)定當(dāng)電カ系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源必須馬上退出運(yùn)行。當(dāng)然這也從另ー個(gè)側(cè)面限制了分布式能源效能的發(fā)揮。為了協(xié)調(diào)外電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，人們提出了微電網(wǎng)的概念。微電網(wǎng)從系統(tǒng)觀點(diǎn)看問(wèn)題，將微電源(小于IOKw的分布式電源)、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置及控制裝置等結(jié)合，形成ー個(gè)單一可控的整體，并與外電網(wǎng)ー起向用戶提供電能。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的公開文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利公開號(hào)CN101697421A，(
公開日2010. 04. 21,)該技術(shù)公開了一種微電網(wǎng)光伏微電源控制系統(tǒng)，以及查閱目前國(guó)內(nèi)外對(duì)微電網(wǎng)的研究情況，所有的設(shè)計(jì)均離不開儲(chǔ)能裝置，(一般為蓄電池)，考慮到蓄電池壽命有限、能量密度低(笨重)、成本高、有污染，對(duì)新能源及微電網(wǎng)的應(yīng)用均有掣肘，所以若能在一般小型化的實(shí)際應(yīng)用中去掉蓄電池等儲(chǔ)能裝置，無(wú)疑會(huì)提高新能源及微電網(wǎng)應(yīng)用的可靠性，降低成本，促進(jìn)新能源的推廣使用。為了解決目前電カ供應(yīng)不足的緊張狀況，很多用戶在謀求采用分布式發(fā)電來(lái)作為補(bǔ)充。另ー方面鑒于分布式電源入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格限定，力求兩網(wǎng)(用戶設(shè)計(jì)的微電網(wǎng)與外電網(wǎng))隔離，既起到省電效果而又不希望向電網(wǎng)反饋電能，以免影響外電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的需求及現(xiàn)有技術(shù)的的上述不足，提供一種無(wú)儲(chǔ)能裝置(如蓄電池、各種電容等)的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明在設(shè)計(jì)上將外電網(wǎng)看成為ー個(gè)容量為無(wú)窮大的儲(chǔ)能裝置，可實(shí)時(shí)提供所需電能；在結(jié)構(gòu)上將微電網(wǎng)設(shè)計(jì)成外電網(wǎng)的負(fù)載模式(只從外電網(wǎng)單向取電)，杜絕分布式發(fā)電因并網(wǎng)而可能對(duì)外電網(wǎng)造成的干擾；在控制上通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載變化和功率跟蹤及逆變技術(shù),從外電網(wǎng)獲取必需的最少電能。正常工作時(shí),微電網(wǎng)和外電網(wǎng)同時(shí)向負(fù)載供電，當(dāng)負(fù)載變化或微電網(wǎng)供電不足時(shí)，外電網(wǎng)自動(dòng)切入補(bǔ)充電能不足部分。本發(fā)明技術(shù)是專門針對(duì)無(wú)儲(chǔ)能裝置光伏發(fā)電微電網(wǎng)進(jìn)行的一種控制策略。
為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明提供一種無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光伏組件、功率控制器、并網(wǎng)逆變系統(tǒng)、電流檢測(cè)裝置以及逆功率保護(hù)器，光伏組件通過(guò)功率控制器與并網(wǎng)逆變系統(tǒng)連接，并網(wǎng)逆變系統(tǒng)輸出與電網(wǎng)電流并網(wǎng)同時(shí)向負(fù)載供電；功率控制器使光伏發(fā)電系統(tǒng)處于一種變功率輸出狀態(tài)，根據(jù)負(fù)載的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率；電流檢測(cè)裝置檢測(cè)電網(wǎng)電流大小及相位，作為并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的電流反饋控制信號(hào)；逆功率保護(hù)器位于微電網(wǎng)與外電網(wǎng)之間，阻止微電網(wǎng)向外電網(wǎng)輸送電流。所述并網(wǎng)逆變系統(tǒng)由DC/DC變換器、DC/AC變換器、微處理器共同構(gòu)成，其中功率控制器輸出接到并網(wǎng)逆變系統(tǒng)輸入端，先經(jīng)過(guò)DC/DC變換器將光伏電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為并網(wǎng)逆變系統(tǒng)所需的直流電壓，采用的實(shí)現(xiàn)方法是全橋式升壓電路；DC/AC變換器利用前級(jí)DC/DC變換器提供的直流高壓作為輸入，采用全橋逆變電路，通過(guò)四個(gè)主功率MOSFET管組成的全橋逆變電路，再經(jīng)過(guò)輸出濾波電路產(chǎn)生所需的正弦220V/50HZ交流電，始終工作在并網(wǎng)模式； DC/AC變換器采用電流PWM反饋控制技術(shù)，將采樣得到的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓，與DA轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的參考正弦波電壓做PI調(diào)節(jié)，PI調(diào)節(jié)后得到的正弦波電壓經(jīng)過(guò)死區(qū)電路后與參考三角波作比較，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制原理，得到當(dāng)時(shí)的脈沖寬度；微處理器負(fù)責(zé)電壓、電流信號(hào)采集，過(guò)零檢測(cè)，逆變時(shí)鐘、逆變輸出控制及通訊功能；微處理器實(shí)時(shí)檢測(cè)電流檢測(cè)裝置送來(lái)的電流反饋信號(hào)，確保逆變電流與外電網(wǎng)電流同頻同相，一起向負(fù)載供電，同時(shí)判斷電網(wǎng)向負(fù)載供電電流的大小，并以此來(lái)確定該微電網(wǎng)控制系統(tǒng)工作的模式。本發(fā)明還提供一種上述系統(tǒng)的控制方法，為保證逆變系統(tǒng)始終工作在單向并網(wǎng)模式，該系統(tǒng)采集電網(wǎng)電流作為逆變系統(tǒng)的反饋信號(hào)。從電網(wǎng)送入負(fù)載的最小電流設(shè)置門限值為O. 1A。設(shè)流經(jīng)負(fù)載的電流為Iy負(fù)載消耗的功率為;微電網(wǎng)提供給負(fù)載的電流為IN，提供給負(fù)載的功率為PN、；外電網(wǎng)提供給負(fù)載的電流為Iw，提供給負(fù)載的功率為Pw。本微電網(wǎng)控制系統(tǒng)共三種工作模式模式一當(dāng)“PN SPJ時(shí)，微電網(wǎng)與外電網(wǎng)同時(shí)向負(fù)載供電；此時(shí)功率控制器對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用MPPT控制技術(shù)，保證微電網(wǎng)系統(tǒng)向負(fù)載提供輸出的最大功率，不足部分由外電網(wǎng)補(bǔ)充。達(dá)到既能保證負(fù)載的供電的需求，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的(減小外電網(wǎng)供電量，盡可能地節(jié)省電能)。模式二 當(dāng)“PN SPJ時(shí)，說(shuō)明微電網(wǎng)輸出功率除滿足負(fù)載消耗后還有多余，此時(shí)系統(tǒng)一方面通過(guò)逆功率保護(hù)器隔離微電網(wǎng)與內(nèi)電網(wǎng)的聯(lián)系，阻止微電網(wǎng)向外電網(wǎng)輸送電流，同時(shí)并網(wǎng)逆變系統(tǒng)根據(jù)電流檢測(cè)裝置的電流反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整(減小)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出，使微電網(wǎng)只輸出滿足負(fù)載消耗所需的功率。模式三當(dāng)很小時(shí)，為了防止功率的逆向傳輸(In流向外電網(wǎng))，本系統(tǒng)在實(shí)際程序處理過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)外電網(wǎng)向負(fù)載提供的電流IwS O. IA時(shí)，即外電網(wǎng)維持最低電流的輸出功率Pw已經(jīng)足夠向負(fù)載供電時(shí)，微處理器發(fā)出指令微電網(wǎng)停止功率輸出，由外電網(wǎng)直接向負(fù)載供電。本發(fā)明的有益效果該無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式微電網(wǎng)控制系統(tǒng)可變功率輸出，在一定的光照強(qiáng)度下采用最大功率點(diǎn)跟蹤控制，提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，在要求與負(fù)載功率匹配的情況下，控制器調(diào)節(jié)光伏輸出功率，動(dòng)態(tài)跟蹤負(fù)載功率的變化。由DC/DC變換器、DC/AC變換器、微處理器等構(gòu)成的逆變系統(tǒng)始終工作在電流反饋控制并網(wǎng)逆變的模式下；電網(wǎng)電流檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)送入負(fù)載的電流，作為并網(wǎng)逆變的反饋信號(hào)，根據(jù)光伏系統(tǒng)輸出功率、負(fù)載功率、電網(wǎng)功率判斷該微電網(wǎng)控制系統(tǒng)工作的模式。本發(fā)明上述方法在線型微電網(wǎng)控制技術(shù)針對(duì)光伏系統(tǒng)并網(wǎng)微電網(wǎng)進(jìn)行控制，具有如下特點(diǎn)(I)無(wú)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，壽命長(zhǎng)，無(wú)污染，便于管理，成本大幅降低，利于廣泛推廣；(2)無(wú)需輸、配電網(wǎng)的升級(jí)換代，現(xiàn)在的電路無(wú)需較大改動(dòng)。對(duì)于家庭用戶，只需在電表后將該系統(tǒng)引入，就可利用該分布式發(fā)電系統(tǒng)為家庭提供電能，起到省電的效果；(3)市電的負(fù)載結(jié)構(gòu)模式，安全可靠、方便簡(jiǎn)單，成本降低，對(duì)外電網(wǎng)只起到補(bǔ)充作用，避免了向外電網(wǎng)送電；(4) 一般小型化的光伏系統(tǒng)輸出功率有限，負(fù)載功率較大，光伏系統(tǒng)采用功率跟蹤控制，保證了發(fā)電效率的最大化。


圖I是本發(fā)明所述小型化在線型微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明所述功率控制器電路圖。圖3是本發(fā)明所述最大功率跟蹤算法流程圖。圖4是本發(fā)明所述逆變系統(tǒng)整體框圖。圖5是本發(fā)明所述DC/DC全橋電路結(jié)構(gòu)框圖。圖6是本發(fā)明所述DC/AC全橋逆變電路結(jié)構(gòu)框圖。圖7是本發(fā)明所述電流PWM反饋控制技術(shù)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的解釋，但是以下的內(nèi)容不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖I所示在線型微電網(wǎng)控制系統(tǒng)。主要包括I、太陽(yáng)能光伏電池板，2、功率控制器，3、DC/DC變換器，4、DC/AC變換器，5、微處理器，6、電流傳感器，7、逆功率保護(hù)器。以下對(duì)各部分的結(jié)構(gòu)和連接功能作進(jìn)一步說(shuō)明。太陽(yáng)能光伏發(fā)電板I通過(guò)功率控制器2與并網(wǎng)逆變系統(tǒng)(3DC/DC變換器4DC/AC變換器5微處理器組合)連接，逆變系統(tǒng)輸出與電網(wǎng)電流并網(wǎng)同時(shí)向負(fù)載供電；電流傳感器6檢測(cè)電網(wǎng)電流大小及相位，作為逆變系統(tǒng)的電流反饋控制信號(hào)；逆功率保護(hù)器7安裝在電表后面,位于微電網(wǎng)與外電網(wǎng)之間，阻止微電網(wǎng)向外電網(wǎng)輸送電流。當(dāng)市電存在時(shí)，始終處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。負(fù)載功率較大時(shí)，光伏微電源系統(tǒng)處于最大功率輸出，與電網(wǎng)合流同時(shí)向負(fù)載供電；光伏微電源系統(tǒng)輸出功率大于負(fù)載功率時(shí)，由功率控制器調(diào)節(jié)輸出功率保證微電源系統(tǒng)向負(fù)載供電，但同時(shí)電網(wǎng)維持最低電流作為微電源系統(tǒng)的電流反饋；負(fù)載功率較小時(shí)，即電網(wǎng)維持最低電流的輸出功率已經(jīng)足夠向負(fù)載供電時(shí)，微電源控制系統(tǒng)停止工作。在整個(gè)過(guò)程中，微電源系統(tǒng)不向電網(wǎng)送電，保證對(duì)外電網(wǎng)沒有沖擊；同時(shí)省去了儲(chǔ)能裝置，雖然電能可能有浪費(fèi)，但是降低了系統(tǒng)成本，安全可靠，達(dá)到了省電經(jīng)濟(jì)性的目的，利于推廣。
如圖2是功率控制器2。功率控制器硬件采用升降壓組合電路，如圖2所示。軟件實(shí)現(xiàn)采用變步長(zhǎng)爬山法，使光伏板變功率輸出，即輸出最大功率或者與負(fù)載相匹配的功率。功率控制器2由升降壓組合電路實(shí)現(xiàn)，既可升壓也可降壓。通常所用的Cuk或Buck-Boost電路雖能解決升降壓?jiǎn)栴},但是它們的輸出反壓，Cuk電路更是需要用無(wú)極性電容傳輸能量，這會(huì)增加電路設(shè)計(jì)的不可靠性和成本。本系統(tǒng)中所采用的升降壓組合電路簡(jiǎn)單可靠，通過(guò)單片機(jī)自由切換，同一時(shí)刻升壓和降壓電路只有一個(gè)在工作。如圖2所示，當(dāng)Ql開通，Q2作為開關(guān)管受控時(shí)，升壓；當(dāng)Q2截止，Ql作為開關(guān)管受控時(shí)，降壓。改變單片機(jī)輸出給開關(guān)元件的PWM波占空比，使等效負(fù)載阻抗在的范圍內(nèi)隨意變化。無(wú)論等效電源內(nèi)阻是多少，都可以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。PWM控制信號(hào)經(jīng)過(guò)IR2011s驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)MOSFET進(jìn)行控制。功率控制器2可實(shí)現(xiàn)變功率輸出，其輸入量分別是光伏電池的輸出電壓V和輸出電流I，最大功率跟蹤控制算法流程如圖3所示。
如圖4是逆變系統(tǒng)整體框圖，圖5是DC/DC變換器3全橋電路結(jié)構(gòu)框圖，反饋回路為在直流高壓輸出端通過(guò)直流電壓傳感器采集直流高壓信號(hào)反饋給UC3875芯片，與UC3875芯片內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)比較調(diào)節(jié)四路PWM輸出脈沖的相位差，然后再經(jīng)過(guò)IR2110s驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)四個(gè)MOSFET進(jìn)行控制，以此來(lái)調(diào)節(jié)全橋電路的輸出電壓，使它穩(wěn)定在某一個(gè)值，設(shè)定值為380V，以達(dá)到閉環(huán)控制和反饋的目的。保護(hù)回路為通過(guò)直流電流傳感器采集輸入直流電流，再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路后與UC3875芯片內(nèi)部的過(guò)流保護(hù)信號(hào)閥值做比較，一旦過(guò)流，比較器輸出高電平，UC3875鎖定跳停，DC/DC停止工作，完成輸入過(guò)流保護(hù)。主控芯片ATmega64為UC3875提供128KHz同步信號(hào)，以及DC/DC軟件保護(hù)信號(hào)。在實(shí)施功率跟蹤控制算法及并網(wǎng)控制時(shí)，要同時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓電流和逆變系統(tǒng)輸出電流，以實(shí)施逆變系統(tǒng)的并網(wǎng)控制，同時(shí)檢測(cè)直流母線電壓，執(zhí)行直流母線定電壓控制算法調(diào)節(jié)逆變系統(tǒng)的并網(wǎng)輸出電流的大小，以達(dá)到控制直流母線電壓為事先指定的電壓值的目的。整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)協(xié)調(diào)一致的動(dòng)態(tài)過(guò)程。如圖6是DC/AC變換器4全橋逆變電路結(jié)構(gòu)框圖，并網(wǎng)逆變采用電流控制，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是PI調(diào)節(jié)，電流環(huán)采用電流滯環(huán)瞬時(shí)控制技術(shù)，即以電感電流為反饋量，有較強(qiáng)的抗負(fù)載短路能力，帶線性負(fù)載時(shí)輸出電壓波形質(zhì)量較高。如圖7是電流PWM反饋控制技術(shù)結(jié)構(gòu)框圖，逆變變換器的輸出電流k被檢測(cè)后，得到轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)與給定的(基準(zhǔn))參考正弦波電壓Ulr相比較，電壓誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)PI電壓調(diào)節(jié)器放大后，生成控制信號(hào)uk，作用于單極性倍頻SPWM脈寬調(diào)制電路PWM，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為開關(guān)脈沖信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管，由于脈沖信號(hào)的寬度隨著％而變，而Uk隨輸出電流k而變，從而改變了輸出電流，構(gòu)成單閉環(huán)電流反饋控制系統(tǒng)。整個(gè)逆變系統(tǒng)始終為并網(wǎng)逆變，為保證并網(wǎng)逆變的可靠安全，采用逆變系統(tǒng)內(nèi)部的有源檢測(cè)法來(lái)避免可能引起的危險(xiǎn)。通過(guò)并網(wǎng)時(shí)人為地加入一些電壓、頻率的擾動(dòng)或偏移，從而增加孤島效應(yīng)檢測(cè)的可靠性。具體做法是，每25個(gè)周期對(duì)并網(wǎng)電流波形主動(dòng)移相，然后在緊接下來(lái)的一個(gè)周期檢測(cè)是否存在。如果電網(wǎng)正常，在下一個(gè)周期仍能檢測(cè)到微小的移相；如果電網(wǎng)故障，則檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓就是逆變系統(tǒng)的輸出電壓，相位偏置小時(shí)，說(shuō)明有孤島效應(yīng)發(fā)生，立刻停止并網(wǎng)運(yùn)行。每25個(gè)周期檢測(cè)一次能夠減少相位偏置對(duì)并網(wǎng)波形的影響。電網(wǎng)電流傳感器6確保逆變電流與電網(wǎng)電流同頻同相，一起向負(fù)載供電，同時(shí)判斷電網(wǎng)向負(fù)載供電電流的大小，確定該微電網(wǎng)控制系統(tǒng)工作的模式。本發(fā)明設(shè)置外電網(wǎng)提供給負(fù)載的最小電流門限值為O. 1A，設(shè)微電網(wǎng)提供給負(fù)載的功率為Pn，外電網(wǎng)提供給負(fù)載的功率為Pw，負(fù)載消耗的功率為Pp該在線式微電網(wǎng)控制系統(tǒng)共三種工作模式模式一當(dāng)“PN SPJ時(shí)，微電網(wǎng)與外電網(wǎng)同時(shí)向負(fù)載供電；此時(shí)功率控制器對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用MPPT控制技術(shù)，保證微電網(wǎng)系統(tǒng)向負(fù)載提供輸出的最大功率，不足部分由外電網(wǎng)補(bǔ)充。達(dá)到既能保證負(fù)載的供電的需求，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的(減小外電網(wǎng)供電量，盡可能地節(jié)省電能)，即PNmax+Pw=PL。模式二 當(dāng)“PN SPJ時(shí)，說(shuō)明微電網(wǎng)輸出功率除滿足負(fù)載消耗后還有多余，此時(shí)系 統(tǒng)一方面通過(guò)逆功率保護(hù)器隔離微電網(wǎng)與內(nèi)電網(wǎng)的聯(lián)系，阻止微電網(wǎng)向外電網(wǎng)輸送電流，同時(shí)并網(wǎng)逆變系統(tǒng)根據(jù)電流傳感器的電流反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整(減小)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出，使微電網(wǎng)只輸出滿足負(fù)載消耗所需的功率，即PN+PWmin=Pp模式三當(dāng)很小時(shí)，為了防止功率的逆向傳輸(IN流向外電網(wǎng))，本系統(tǒng)在實(shí)際程序處理過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)外電網(wǎng)向負(fù)載提供的電流IwS O. IA時(shí)，即外電網(wǎng)維持最低電流的輸出功率Pw已經(jīng)足夠向負(fù)載供電時(shí)，微處理器發(fā)出指令微電網(wǎng)停止功率輸出，由外電網(wǎng)直接向負(fù)載供電。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于將外電網(wǎng)看成是ー個(gè)容量為無(wú)窮大的儲(chǔ)能裝置，負(fù)載供電以光伏發(fā)電為主，不足部分從外電網(wǎng)取電補(bǔ)充為輔，外電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接； 所述控制系統(tǒng)包括光伏組件、功率控制器、并網(wǎng)逆變系統(tǒng)、電流檢測(cè)裝置以及逆功率保護(hù)器；光伏組件通過(guò)功率控制器與并網(wǎng)逆變系統(tǒng)連接，并網(wǎng)逆變系統(tǒng)輸出與電網(wǎng)電流并網(wǎng)同時(shí)向負(fù)載供電；功率控制器使光伏發(fā)電系統(tǒng)處于一種變功率輸出狀態(tài)，根據(jù)負(fù)載的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率；電流檢測(cè)裝置檢測(cè)電網(wǎng)電流大小及相位，作為并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的電流反饋控制信號(hào)；逆功率保護(hù)器位于微電網(wǎng)與外電網(wǎng)之間，阻止微電網(wǎng)向外電網(wǎng)輸送電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述并網(wǎng)逆變系統(tǒng)由DC/DC變換器、DC/AC變換器、微處理器共同構(gòu)成，其中 功率控制器輸出接到并網(wǎng)逆變系統(tǒng)輸入端，先經(jīng)過(guò)DC/DC變換器將光伏電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為并網(wǎng)逆變系統(tǒng)所需的直流電壓，采用的實(shí)現(xiàn)方法是全橋式升壓電路； DC/AC變換器利用前級(jí)DC/DC變換器提供的直流高壓作為輸入，采用全橋逆變電路，通過(guò)四個(gè)主功率MOSFET管組成的全橋逆變電路，再經(jīng)過(guò)輸出濾波電路產(chǎn)生所需的正弦220V/50HZ交流電，始終工作在并網(wǎng)模式； DC/AC變換器采用電流PWM反饋控制技術(shù)，將采樣得到的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓，與DA轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的參考正弦波電壓做PI調(diào)節(jié)，PI調(diào)節(jié)后得到的正弦波電壓經(jīng)過(guò)死區(qū)電路后與參考三角波作比較，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制原理，得到當(dāng)時(shí)的脈沖寬度； 微處理器負(fù)責(zé)電壓、電流信號(hào)采集，過(guò)零檢測(cè)，逆變時(shí)鐘、逆變輸出控制及通訊功能；微處理器實(shí)時(shí)檢測(cè)電流檢測(cè)裝置送來(lái)的電流反饋信號(hào)，確保逆變電流與外電網(wǎng)電流同頻同相，一起向負(fù)載供電，同時(shí)判斷電網(wǎng)向負(fù)載供電電流的大小，并以此來(lái)確定該微電網(wǎng)控制系統(tǒng)工作的模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的功率控制器采用升降壓組合電路，通過(guò)單片機(jī)自由切換，同一時(shí)刻只能升壓エ作和降壓工作；所述升降壓組合電路設(shè)有兩個(gè)開關(guān)管，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，第二個(gè)開關(guān)管截止吋，系統(tǒng)處于升壓工作狀態(tài)；當(dāng)?shù)诙€(gè)開關(guān)管截止，第一個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通吋，系統(tǒng)處于降壓工作狀態(tài)；改變單片機(jī)輸出給開關(guān)元件的PWM波占空比，使等效負(fù)載阻抗在的范圍內(nèi)隨意變化，無(wú)論等效電源內(nèi)阻是多少，都可以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，PWM控制信號(hào)經(jīng)過(guò)IR2011S驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)MOSFET進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在干所述的DC/DC變換器采用全橋電路，在直流高壓輸出端通過(guò)直流電壓傳感器采集直流高壓信號(hào)反饋給UC3875芯片，與UC3875芯片內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)比較調(diào)節(jié)四路PWM輸出脈沖的相位差，然后再經(jīng)過(guò)IR2110S驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)四個(gè)MOSFET開關(guān)管進(jìn)行控制，以此來(lái)調(diào)節(jié)全橋電路的輸出電壓，經(jīng)濾波使它輸出穩(wěn)定在直流380V。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)通過(guò)直流電流傳感器采集輸入直流電流信號(hào)與UC3875芯片內(nèi)部的過(guò)流保護(hù)信號(hào)閥值做比較，一旦過(guò)流，比較器輸出高電平，UC3875立即發(fā)出指令，DC/DC變換器停止工作，完成輸入過(guò)流保護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的DC/AC變換器采用全橋逆變電路，并網(wǎng)逆變采用電流反饋控制，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是PI調(diào)節(jié)，電流環(huán)采用電流滯環(huán)瞬時(shí)控制技木，即以電感電流為反饋量，有較強(qiáng)的抗負(fù)載短路能力，帶線性負(fù)載時(shí)輸出電壓波形好。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的DC/AC變換器采用電流PWM反饋控制技木，將采樣得到的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓，與DA轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的參考正弦波電壓做比較，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)處理后得到的偏差電壓與參考三角波作比較，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制原理，得到SPWM波。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中微處理器對(duì)逆變系統(tǒng)進(jìn)行孤島檢測(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器對(duì)逆變系統(tǒng)進(jìn)行孤島檢測(cè)，具體是每25個(gè)周期對(duì)并網(wǎng)電流波形主動(dòng)移相，然后在緊接下來(lái)的ー個(gè)周期檢測(cè)是否存在，如果電網(wǎng)正常，在下ー個(gè)周期仍能檢測(cè)到微小的移相；如果電網(wǎng)故障，則檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓就是逆變系統(tǒng)的輸出電壓，相位偏差小吋，說(shuō)明有孤島效應(yīng)發(fā)生，立刻停止并網(wǎng)運(yùn)行；每25個(gè)周期檢測(cè)一次能夠減少相位偏差對(duì)并網(wǎng)波形的影響。
10.一種權(quán)利要求1-9所述系統(tǒng)的控制方法，其特征在于設(shè)流經(jīng)負(fù)載的電流為し負(fù)載消耗的功率為;微電網(wǎng)提供給負(fù)載的電流為In，提供給負(fù)載的功率為PN、;外電網(wǎng)提供給負(fù)載的電流為Iw，提供給負(fù)載的功率為Pw ;微電網(wǎng)控制系統(tǒng)共三種控制模式 模式ー當(dāng)“Pn ^ Pl”時(shí)，微電網(wǎng)與外電網(wǎng)同時(shí)向負(fù)載供電；此時(shí)功率控制器對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用MPPT控制技術(shù)，保證微電網(wǎng)系統(tǒng)向負(fù)載提供輸出的最大功率，不足部分由外電網(wǎng)補(bǔ)充，達(dá)到既能保證負(fù)載的供電的需求，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的； 模式ニ當(dāng)“ Pn SPJ吋，說(shuō)明微電網(wǎng)輸出功率除滿足負(fù)載消耗后還有多余，此時(shí)系統(tǒng)ー方面通過(guò)逆功率保護(hù)器隔離微電網(wǎng)與外電網(wǎng)的聯(lián)系，阻止微電網(wǎng)向外電網(wǎng)輸送電流，同時(shí)并網(wǎng)逆變系統(tǒng)根據(jù)電流檢測(cè)裝置的電流反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出，使微電網(wǎng)只輸出滿足負(fù)載消耗所需的功率； 模式三當(dāng)匕很小時(shí)，若發(fā)現(xiàn)外電網(wǎng)向負(fù)載提供的電流Iw ^ 0. IA吋，即外電網(wǎng)維持最低電流的輸出功率Pw已經(jīng)足夠向負(fù)載供電時(shí)，微處理器發(fā)出指令微電網(wǎng)停止功率輸出，由外電網(wǎng)直接向負(fù)載供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)儲(chǔ)能裝置的在線式光伏發(fā)電微電網(wǎng)控制系統(tǒng)及方法，包括光伏組件、功率控制器、并網(wǎng)逆變系統(tǒng)、電流檢測(cè)裝置、逆功率保護(hù)器。光伏組件通過(guò)功率控制器與并網(wǎng)逆變系統(tǒng)連接，并網(wǎng)逆變系統(tǒng)輸出與電網(wǎng)電流并網(wǎng)同時(shí)向負(fù)載供電；功率控制器使光伏發(fā)電系統(tǒng)處于變功率輸出狀態(tài)，根據(jù)負(fù)載的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率；電流檢測(cè)裝置檢測(cè)電網(wǎng)電流大小及相位，作為并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的電流反饋控制信號(hào)；逆功率保護(hù)器位于微電網(wǎng)與外電網(wǎng)之間，阻止微電網(wǎng)向外電網(wǎng)輸送電流。本發(fā)明無(wú)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，外電網(wǎng)只起微電網(wǎng)供電不足時(shí)的補(bǔ)充，并可有效避免向外電網(wǎng)送電，因此使用時(shí)無(wú)需輸、配電網(wǎng)的升級(jí)換代，便可起到節(jié)電的效果，利于推廣。
文檔編號(hào)H02J3/06GK102780221SQ20121025400
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者楊根科, 王紅雨, 田作華, 田蘇青, 郭棟 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)