專利名稱：無儲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)，特別涉及一種無儲能裝置(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。太陽能以其安全、清潔、便于安裝而受到親睞，為改善我國能源結(jié)構(gòu)，節(jié)能環(huán)保，緩減對傳統(tǒng)能源的依賴發(fā)揮越來越大的作用。隨著科技的進(jìn)步，光伏組件的造價大幅降低，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)電相對外電網(wǎng)來說是ー個不可控電源，因此外電網(wǎng)往往對分布式發(fā)電采取限制、隔離的方式來處置，以期減小其對外電網(wǎng)的沖擊。為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠，國家對分布式能源的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)有專門規(guī)定當(dāng)電カ系統(tǒng)發(fā)生故障時，分布式電源必須馬上退出運(yùn)行。當(dāng)然這也從另ー個側(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)看問題，將微電源(小于IOKw的分布式電源)、負(fù)荷、儲能裝置及控制裝置等結(jié)合，形成ー個單一可控的整體，并與外電網(wǎng)ー起向用戶提供電能。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的公開文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號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)，以及查閱目前國內(nèi)外對微電網(wǎng)的研究情況，所有的設(shè)計均離不開儲能裝置，(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能裝置，無疑會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，提供一種無儲能裝置(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)計上將外電網(wǎng)看成為ー個容量為無窮大的儲能裝置，可實(shí)時提供所需電能；在結(jié)構(gòu)上將微電網(wǎng)設(shè)計成外電網(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)而可能對外電網(wǎng)造成的干擾；在控制上通過實(shí)時監(jiān)測負(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,微電網(wǎng)和外電網(wǎng)同時向負(fù)載供電，當(dāng)負(fù)載變化或微電網(wǎng)供電不足時，外電網(wǎng)自動切入補(bǔ)充電能不足部分。本發(fā)明技術(shù)是專門針對無儲能裝置光伏發(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)明提供一種無儲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)、電流檢測裝置以及逆功率保護(hù)器，光伏組件通過功率控制器與并網(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)載的變化動態(tài)調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率；電流檢測裝置檢測電網(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；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，通過四個主功率MOSFET管組成的全橋逆變電路，再經(jīng)過輸出濾波電路產(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)過死區(qū)電路后與參考三角波作比較，通過脈沖寬度調(diào)制原理，得到當(dāng)時的脈沖寬度；微處理器負(fù)責(zé)電壓、電流信號采集，過零檢測，逆變時鐘、逆變輸出控制及通訊功能；微處理器實(shí)時檢測電流檢測裝置送來的電流反饋信號，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，同時判斷電網(wǎng)向負(fù)載供電電流的大小，并以此來確定該微電網(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。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，微電網(wǎng)與外電網(wǎng)同時向負(fù)載供電；此時功率控制器對光伏發(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，說明微電網(wǎng)輸出功率除滿足負(fù)載消耗后還有多余，此時系統(tǒng)一方面通過逆功率保護(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，同時并網(wǎng)逆變系統(tǒng)根據(jù)電流檢測裝置的電流反饋信號，自動調(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，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)際程序處理過程中，若發(fā)現(xiàn)外電網(wǎng)向負(fù)載提供的電流IwS O. IA時，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，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)明的有益效果該無儲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，提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率；同時，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)電流檢測裝置實(shí)時檢測電網(wǎng)送入負(fù)載的電流，作為并網(wǎng)逆變的反饋信號，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)無蓄電池儲能系統(tǒng)，壽命長，無污染，便于管理，成本大幅降低，利于廣泛推廣；(2)無需輸、配電網(wǎng)的升級換代，現(xiàn)在的電路無需較大改動。對于家庭用戶，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、方便簡單，成本降低，對外電網(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。以下對各部分的結(jié)構(gòu)和連接功能作進(jìn)一步說明。太陽能光伏發(fā)電板I通過功率控制器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)同時向負(fù)載供電；電流傳感器6檢測電網(wǎng)電流大小及相位，作為逆變系統(tǒng)的電流反饋控制信號；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，始終處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。負(fù)載功率較大時，光伏微電源系統(tǒng)處于最大功率輸出，與電網(wǎng)合流同時向負(fù)載供電；光伏微電源系統(tǒng)輸出功率大于負(fù)載功率時，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，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，微電源控制系統(tǒng)停止工作。在整個過程中，微電源系統(tǒng)不向電網(wǎng)送電，保證對外電網(wǎng)沒有沖擊；同時省去了儲能裝置，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問題,但是它們的輸出反壓，Cuk電路更是需要用無極性電容傳輸能量，這會增加電路設(shè)計的不可靠性和成本。本系統(tǒng)中所采用的升降壓組合電路簡單可靠，通過單片機(jī)自由切換，同一時刻升壓和降壓電路只有一個在工作。如圖2所示，當(dāng)Ql開通，Q2作為開關(guān)管受控時，升壓；當(dāng)Q2截止，Ql作為開關(guān)管受控時，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控制信號經(jīng)過IR2011s驅(qū)動芯片對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直流電壓傳感器采集直流高壓信號反饋給UC3875芯片，與UC3875芯片內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)信號比較調(diào)節(jié)四路PWM輸出脈沖的相位差，然后再經(jīng)過IR2110s驅(qū)動芯片對四個MOSFET進(jìn)行控制，以此來調(diào)節(jié)全橋電路的輸出電壓，使它穩(wěn)定在某一個值，設(shè)定值為380V，以達(dá)到閉環(huán)控制和反饋的目的。保護(hù)回路為通過直流電流傳感器采集輸入直流電流，再經(jīng)過信號處理電路后與UC3875芯片內(nèi)部的過流保護(hù)信號閥值做比較，一旦過流，比較器輸出高電平，UC3875鎖定跳停，DC/DC停止工作，完成輸入過流保護(hù)。主控芯片ATmega64為UC3875提供128KHz同步信號，以及DC/DC軟件保護(hù)信號。在實(shí)施功率跟蹤控制算法及并網(wǎng)控制時，要同時檢測電網(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，同時檢測直流母線電壓，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。整個系統(tǒng)是一個協(xié)調(diào)一致的動態(tài)過程。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被檢測后，得到轉(zhuǎn)換的電壓信號與給定的(基準(zhǔn))參考正弦波電壓Ulr相比較，電壓誤差信號經(jīng)過PI電壓調(diào)節(jié)器放大后，生成控制信號uk，作用于單極性倍頻SPWM脈寬調(diào)制電路PWM，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為開關(guān)脈沖信號，然后經(jīng)過驅(qū)動電路去驅(qū)動功率開關(guān)管，由于脈沖信號的寬度隨著％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)部的有源檢測法來避免可能引起的危險。通過并網(wǎng)時人為地加入一些電壓、頻率的擾動或偏移，從而增加孤島效應(yīng)檢測的可靠性。具體做法是，每25個周期對并網(wǎng)電流波形主動移相，然后在緊接下來的一個周期檢測是否存在。如果電網(wǎng)正常，在下一個周期仍能檢測到微小的移相；如果電網(wǎng)故障，則檢測到的電網(wǎng)電壓就是逆變系統(tǒng)的輸出電壓，相位偏置小時，說明有孤島效應(yīng)發(fā)生，立刻停止并網(wǎng)運(yùn)行。每25個周期檢測一次能夠減少相位偏置對并網(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，微電網(wǎng)與外電網(wǎng)同時向負(fù)載供電；此時功率控制器對光伏發(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，說明微電網(wǎng)輸出功率除滿足負(fù)載消耗后還有多余，此時系 統(tǒng)一方面通過逆功率保護(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，同時并網(wǎng)逆變系統(tǒng)根據(jù)電流傳感器的電流反饋信號，自動調(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，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)際程序處理過程中，若發(fā)現(xiàn)外電網(wǎng)向負(fù)載提供的電流IwS O. IA時，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，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)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(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)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種無儲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)看成是ー個容量為無窮大的儲能裝置，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)之間通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接； 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)、電流檢測裝置以及逆功率保護(hù)器；光伏組件通過功率控制器與并網(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)載的變化動態(tài)調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率；電流檢測裝置檢測電網(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；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所述的無儲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，通過四個主功率MOSFET管組成的全橋逆變電路，再經(jīng)過輸出濾波電路產(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)過死區(qū)電路后與參考三角波作比較，通過脈沖寬度調(diào)制原理，得到當(dāng)時的脈沖寬度； 微處理器負(fù)責(zé)電壓、電流信號采集，過零檢測，逆變時鐘、逆變輸出控制及通訊功能；微處理器實(shí)時檢測電流檢測裝置送來的電流反饋信號，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，同時判斷電網(wǎng)向負(fù)載供電電流的大小，并以此來確定該微電網(wǎng)控制系統(tǒng)工作的模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的無儲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，通過單片機(jī)自由切換，同一時刻只能升壓エ作和降壓工作；所述升降壓組合電路設(shè)有兩個開關(guān)管，當(dāng)?shù)谝粋€開關(guān)管導(dǎo)通，第二個開關(guān)管截止吋，系統(tǒng)處于升壓工作狀態(tài)；當(dāng)?shù)诙€開關(guān)管截止，第一個開關(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控制信號經(jīng)過IR2011S驅(qū)動芯片對MOSFET進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無儲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直流電壓傳感器采集直流高壓信號反饋給UC3875芯片，與UC3875芯片內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)信號比較調(diào)節(jié)四路PWM輸出脈沖的相位差，然后再經(jīng)過IR2110S驅(qū)動芯片對四個MOSFET開關(guān)管進(jìn)行控制，以此來調(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所述的無儲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)通過直流電流傳感器采集輸入直流電流信號與UC3875芯片內(nèi)部的過流保護(hù)信號閥值做比較，一旦過流，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，完成輸入過流保護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無儲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)載時輸出電壓波形好。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無儲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所述的無儲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)中微處理器對逆變系統(tǒng)進(jìn)行孤島檢測。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無儲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逆變系統(tǒng)進(jìn)行孤島檢測，具體是每25個周期對并網(wǎng)電流波形主動移相，然后在緊接下來的ー個周期檢測是否存在，如果電網(wǎng)正常，在下ー個周期仍能檢測到微小的移相；如果電網(wǎng)故障，則檢測到的電網(wǎng)電壓就是逆變系統(tǒng)的輸出電壓，相位偏差小吋，說明有孤島效應(yīng)發(fā)生，立刻停止并網(wǎng)運(yùn)行；每25個周期檢測一次能夠減少相位偏差對并網(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，微電網(wǎng)與外電網(wǎng)同時向負(fù)載供電；此時功率控制器對光伏發(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，說明微電網(wǎng)輸出功率除滿足負(fù)載消耗后還有多余，此時系統(tǒng)ー方面通過逆功率保護(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，同時并網(wǎng)逆變系統(tǒng)根據(jù)電流檢測裝置的電流反饋信號，自動調(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，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，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)明公開了一種無儲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)、電流檢測裝置、逆功率保護(hù)器。光伏組件通過功率控制器與并網(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)載的變化動態(tài)調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率；電流檢測裝置檢測電網(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；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)明無蓄電池儲能系統(tǒng)，外電網(wǎng)只起微電網(wǎng)供電不足時的補(bǔ)充，并可有效避免向外電網(wǎng)送電，因此使用時無需輸、配電網(wǎng)的升級換代，便可起到節(jié)電的效果，利于推廣。
文檔編號H02J3/06GK102780221SQ20121025400
公開日2012年11月14日 申請日期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 申請人:上海交通大學(xué)