一種并網(wǎng)光伏電源直流電能傳輸控制方法
【專利摘要】一種并網(wǎng)光伏電源直流電能傳輸控制方法，所述方法由光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合控制器根據(jù)定時接收的電網(wǎng)調(diào)度信息和利用實時采集的光伏電源運行信息計算出的光伏電源實際出力，計算出為達到控制目標DC/DC電能傳輸控制裝置所需要的占空比，并根據(jù)計算結(jié)果對連接于光伏電源與直流母線之間的DC/DC電能傳輸控制裝置的運行狀態(tài)進行實時調(diào)節(jié),同時計算出光伏電源當前運行狀態(tài)下備用功率容量預(yù)估值，并向電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)反饋當前的出力狀態(tài)和備用功率容量。本發(fā)明不僅可以按照調(diào)度命令靈活地調(diào)節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力，還可以最大限度地提高光伏電源的光能利用率，增強光伏發(fā)電系統(tǒng)直流母線電壓的穩(wěn)定性，為整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
【專利說明】一種并網(wǎng)光伏電源直流電能傳輸控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電源所發(fā)直流電能按電網(wǎng)調(diào)度命令傳輸給直流母線的控制方法，屬于電力傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]具備直流母線的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)運行時，利用光伏電池組件構(gòu)成的光伏電源將光能轉(zhuǎn)換為直流電能。若光伏電源與直流母線直接相連，則光伏電能經(jīng)直流母線由逆變器輸入交流電網(wǎng)；如果光伏電源通過最大功率點跟蹤(MPPT)裝置與直流母線相連，光伏電能則先由MPPT裝置傳送到直流母線，然后經(jīng)逆變器輸入交流電網(wǎng)。逆變器連接在直流母線與交流電網(wǎng)之間，負責(zé)將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能并將其傳送給交流電網(wǎng)。如果光伏電源與直流母線之間安裝了 MPPT裝置，MPPT裝置負責(zé)將光伏電能以最大功率方式傳送到直流母線以提高光伏電源的光能利用率；如果光伏電源與直流母線之間未安裝MPPT裝置，則逆變器兼具最大功率跟蹤控制功能。
[0003]因為光伏電池組件安裝區(qū)域的陽光照度與環(huán)境溫度等自然條件經(jīng)常發(fā)生變化，光伏電源的發(fā)電能力(最大發(fā)電功率)經(jīng)常處于變化之中，所以光伏電源經(jīng)直流母線和逆變器傳送到電網(wǎng)的功率經(jīng)常隨機變化，而電網(wǎng)中依靠光伏電能供電的負載需求功率也在不斷波動，二者的變化趨勢與變化程度不會一致。這種光伏電源與負載需求之間一直存在的隨機變化的不平衡功率導(dǎo)致了光伏發(fā)電系統(tǒng)無法為電網(wǎng)提供滿足調(diào)度要求的高質(zhì)量電能，電網(wǎng)需要增加相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用容量以維持其自身的運行穩(wěn)定性，這樣就降低了系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟效益。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)容量較大而電網(wǎng)中旋轉(zhuǎn)備用容量不足，光伏發(fā)電系統(tǒng)則無法正常并網(wǎng)運行。
[0004]解決上述問題的有效辦法就是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度計劃合理地控制光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力，相應(yīng)的具體措施主要包括采用儲能系統(tǒng)對隨機變化的不平衡功率進行緩沖控制的方法和直接對光伏電源的輸出功率進行調(diào)整的方法。目前，采用儲能系統(tǒng)調(diào)控并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)運行狀態(tài)的研究與應(yīng)用正在進行中，并已有一些研究成果；而對于光伏電源輸出功率進行直接控制的研究還處于起步階段，且主要集中在光伏電源最大功率跟蹤控制方法的研究方面?，F(xiàn)有的各類MPPT控制方法只能保證光伏電源以其最大發(fā)電功率輸出光伏電能，無法解決光伏電源與電網(wǎng)負載之間存在的隨機功率不平衡問題。因此，在光伏電源與直流母線之間應(yīng)該加裝更為有效的電能傳輸控制裝置，或者直接對光伏發(fā)電系統(tǒng)中已安裝的MPPT裝置進行控制方法的改進與更新，使光伏電源能夠按照電網(wǎng)調(diào)度的要求輸出直流電能，這樣可以有效提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性、改善電網(wǎng)的綜合經(jīng)濟效益。但到目前為止，能夠遵循電網(wǎng)調(diào)度指令的光伏電源輸出直流電能的精準控制方法還未見報導(dǎo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種并網(wǎng)光伏電源直流電能傳輸控制方法，它能夠改變并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電源的直流電能輸出特性，使光伏電源發(fā)電功率按調(diào)度指令傳輸給直流母線。
[0006]本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種并網(wǎng)光伏電源直流電能傳輸控制方法，所述方法由光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合控制器根據(jù)定時接收的電網(wǎng)調(diào)度信息和利用實時采集的光伏電源運行信息計算出的光伏電源實際出力(輸出功率)，計算出為達到控制目標DC/DC電能傳輸控制裝置所需要的占空比，并根據(jù)計算結(jié)果對連接于光伏電源與直流母線之間的DC/DC電能傳輸控制裝置的運行狀態(tài)進行實時調(diào)節(jié)，同時計算出光伏電源當前運行狀態(tài)下備用功率容量預(yù)估值，并向電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)反饋當前的出力狀態(tài)和備用功率容量，所述方法按照以下步驟進行:
a.在光伏發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，綜合控制器定時采集電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)傳送來的調(diào)度指令和出力計劃數(shù)據(jù)/V實時采集光伏電源的輸出電壓信號V和輸出電流信號I，實時采集直流母線電壓信號，并利用采集的信號計算出光伏電源當前實際輸出功率k為DC/DC電能傳輸控制裝置的運行效率；
b.綜合控制器根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令和光伏電源實際出力情況對連接于光伏電源與直流母線之間的DC/DC電能傳輸控制裝置的傳輸功率進行實時控制，自動調(diào)整光伏電源的運行狀態(tài):
①、如果調(diào)度指令允許光伏發(fā)電系統(tǒng)工作于自由發(fā)電模式，為了提高光伏電源的光能利用率，綜合控制器以最大傳輸功率為控制目標計算出DC/DC電能傳輸控制裝置的占空t匕，并對控制裝置進行占空比調(diào)節(jié)，使光伏電源運行于最大發(fā)電功率狀態(tài)； ②、如果調(diào)度指令要求光伏發(fā)電系統(tǒng)運行于調(diào)度計劃模式，綜合控制器首先判斷光伏電源當前實際輸出功率是否滿足調(diào)度計劃的要求，如果滿足則DC/DC電能傳輸控制裝置保持原有控制狀態(tài)不變，如果不滿足則按照如下規(guī)則對DC/DC電能傳輸控制裝置進行占空比調(diào)節(jié):
若光伏電源實際出力大于出力計劃，則計算出DC/DC電能傳輸控制裝置應(yīng)該減小的占空比增量，并減小控制裝置的占空比以減少光伏電源的輸出功率；若光伏電源實際出力小于調(diào)度計劃，則計算出DC/DC電能傳輸控制裝置應(yīng)該增加的占空比增量，并增大控制裝置的占空比以提高光伏電源的輸出功率；如果5倍的主電路時間常數(shù)調(diào)節(jié)時間后光伏電源的實際輸出功率仍然小于調(diào)度計劃功率，則表明光伏電源運行在其發(fā)電能力范圍以外，DC/DC電能傳輸控制裝置自動調(diào)節(jié)到最大功率傳輸控制模式；
c.綜合控制器計算出光伏電源當前運行狀態(tài)下備用功率容量預(yù)估值，并將光伏電源的實際輸出功率Λ和備用功率容量Λ定時返送給電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。
[0007]上述并網(wǎng)光伏電源直流電能傳輸控制方法，在光伏電源發(fā)電能力范圍以內(nèi)，即出力計劃小于光伏電源的最大發(fā)電功率時，綜合控制器按照(I)式計算DC/DC電能傳輸控制裝置的占空比I?和占空比增量Μ,光伏電源的備用功率容量Λ按照(2)式進行預(yù)估計算:

【權(quán)利要求】
1.一種并網(wǎng)光伏電源直流電能傳輸控制方法，其特征是，所述方法由光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合控制器根據(jù)定時接收的電網(wǎng)調(diào)度信息和利用實時采集的光伏電源運行狀態(tài)數(shù)據(jù)計算出的光伏電源實際輸出功率，計算出為達到控制目標DC/DC電能傳輸控制裝置所需要的占空比，并根據(jù)計算結(jié)果對連接于光伏電源與直流母線之間的DC/DC電能傳輸控制裝置的運行狀態(tài)進行實時調(diào)節(jié)，同時計算出光伏電源當前運行狀態(tài)下備用功率容量預(yù)估值，并向電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)反饋當前的出力狀態(tài)和備用功率容量作為調(diào)控數(shù)據(jù)； 所述方法按以下步驟進行: a.在光伏發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，綜合控制器定時采集電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)傳送來的調(diào)度指令和出力計劃數(shù)據(jù)/V實時采集光伏電源的輸出電壓信號和輸出電流信號，實時采集直流母線電壓信號，并利用采集的信號計算出光伏電源當前實際輸出功率為DC/DC電能傳輸控制裝置的運行效率； b.綜合控制器根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令和光伏電源實際出力情況對連接于光伏電源與直流母線之間的DC/DC電能傳輸控制裝置的傳輸功率進行實時控制，自動調(diào)整光伏電源的運行狀態(tài)，運行狀態(tài)分為兩種: ①、光伏發(fā)電系統(tǒng)工作于自由發(fā)電模式，綜合控制器以最大傳輸功率為控制目標計算出DC/DC電能傳輸控制裝置的占空比，并對控制裝置進行占空比調(diào)節(jié)，使光伏電源運行于最大發(fā)電功率狀態(tài)； ②、光伏發(fā)電系統(tǒng)運行于調(diào)度計劃模式，綜合控制器首先判斷光伏電源當前實際輸出功率是否滿足調(diào)度計劃的要求，如果滿足則DC/DC電能傳輸控制裝置保持原有控制狀態(tài)不變，如果不滿足則按照如下規(guī)則對DC/DC電能傳輸控制裝置進行占空比調(diào)節(jié): 若光伏電源實際出力大于出力計劃，則計算出DC/DC電能傳輸控制裝置應(yīng)該減小的占空比增量，并減小控制裝置的占空比以減少光伏電源的輸出功率；若光伏電源實際出力小于調(diào)度計劃，則計算出DC/DC電能傳輸控制裝置應(yīng)該增加的占空比增量，并增大控制裝置的占空比以提高光伏電源的輸出功率；如果5倍的主電路時間常數(shù)調(diào)節(jié)時間后光伏電源的實際輸出功率仍然小于調(diào)度計劃功率，則表明光伏電源運行在其發(fā)電能力范圍以外，DC/DC電能傳輸控制裝置自動調(diào)節(jié)到最大功率傳輸控制模式； c.綜合控制器計算出光伏電源當前運行狀態(tài)下備用功率容量預(yù)估值，并將光伏電源的實際輸出功率Λ和備用功率容量Λ定時返送給電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種并網(wǎng)光伏電源直流電能傳輸控制方法，其特征是，在光伏電源發(fā)電能力范圍以內(nèi)，即出力計劃小于光伏電源的最大發(fā)電功率時，綜合控制器按照(I)式計算DC/DC電能傳輸控制裝置的占空比和占空比增量Μ,光伏電源的備用功率容量Λ按照(2)式進行預(yù)估計算:
光伏電源運行于最大發(fā)電功率狀態(tài)時，按照(3)式對DC/DC電能傳輸控制裝置的占空比參數(shù)進行計算，此時，光伏電源備用功率容量Λ為零:
公式中，Ρτ為光伏電源的實時輸出功率，PfkMM 'k為DC/DC電能傳輸控制裝置的運行效率W為光伏電源實際輸出電壓；/為光伏電源實際輸出電流;先為光伏電源功率系數(shù)'U0 為光伏電源空載電壓；i^j為每次調(diào)節(jié)前占空比的初始值。
【文檔編號】H02M3/156GK104079009SQ201410332799
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】張建成, 丁曉哲 申請人:華北電力大學(xué)（保定）