本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)供大于需時的一種無損功率平衡法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今，太陽能因為分布廣泛、儲量巨大，具有安全無污染的特性受到了全世界的重視，已成最有可能得到大規(guī)模開發(fā)利用的可再生能源之一。

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能板、能量變換裝置、儲能裝置、負載和能量管理系統(tǒng)組成，可并網(wǎng)運行，也可獨立運行。對于離大電網(wǎng)較遠的偏遠地區(qū)，因獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)可較好的解決用戶的用電需求，得到了快速的發(fā)展。

目前，為了優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)在有部分遮擋時的功率輸出，提升發(fā)電效率，光伏陣列往往被分為多個功率相同的子陣列并聯(lián)發(fā)電。通過為每個子陣列配備一個獨立的直直變換器(DC/DC變換器)，可實現(xiàn)對每個子陣列的最大功率跟蹤控制(MPPT),進而在有部分遮擋的條件下實現(xiàn)整個系統(tǒng)的輸出功率最大化。

對于一個典型的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏陣列分為了多個功率等級相同的子陣列并聯(lián)發(fā)電形式，各子陣列通過DC/DC變換器實現(xiàn)并聯(lián)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率注入直流母線，用戶負載則通過DC/AC逆變器從直流母線獲取所需的功率，如圖1所示。然而，因光伏發(fā)電功率隨光照強度、溫度等條件實時變化，而負載所需功率也隨用戶需求時刻變化，系統(tǒng)的供需之間往往存在功率不平衡問題。因此，在獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常會加入蓄電池儲能單元來實現(xiàn)功率的供需平衡，如圖1中蓄電池單元。因蓄電池的存在，發(fā)電功率和負載功率的差額功率可由蓄電池單元提供。然而，因為蓄電池容量的限制，在其充滿電或過放電時會喪失功率平衡能力。此時，則需要增加合理的控制策略來保證系統(tǒng)功率供需平衡。

在蓄電池過放電時，如果出現(xiàn)供大于需的情況，可以將多余的功率存入蓄電池；而供小于需時，則可切除負載，減小負載所需功率直至其全部切除達到功率平衡。因此，在蓄電池過放電時的功率平衡控制方法單一，實現(xiàn)較為容易。在電池充滿電時，如果供小于需，負載所需的功率可自動由蓄電池提供，無需外加額外的控制；而如果供大于需，由于蓄電池因充滿電而喪失功率儲存能力，為實現(xiàn)系統(tǒng)的功率供需平衡，則需要減小光伏發(fā)電功率或者增加額外的卸荷電路消耗過剩功率。經(jīng)過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，目前常用的做法為在光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流母線處(如圖1所示)接入無極卸荷電路進行卸荷，將多余的發(fā)電功率全部由卸荷電阻消耗，達到功率平衡的目的。然而，該方法需要增加卸荷電阻及其散熱裝置，不僅使系統(tǒng)的體積重量上升，而且大大增加了系統(tǒng)成本。因此，急需一套簡單的無損功率平衡方法來實現(xiàn)獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)供大于需時的功率平衡。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)供大于需時的一種無損功率平衡法，其主要針對獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)在太陽能充足，負載很輕而且蓄電池已經(jīng)充滿的“供大于需”情況下，通過控制使處于并聯(lián)運行的各個光伏子陣列按照優(yōu)化的順序先后脫離最大功率跟蹤運行，從而減小發(fā)電功率，達到功率平衡的目的。

本發(fā)明獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)供大于需時的一種無損功率平衡法包括以下步驟：

步驟1：檢測直流母線電壓V_dc，若其超過設(shè)定最大值V_dcmax，則判定系統(tǒng)處于供大于需且蓄電池已充滿電的狀態(tài)，此時轉(zhuǎn)入步驟2；

步驟2：檢測各光伏子陣列的輸出功率P_oi并進行比較，對當前輸出功率最大的光伏子陣列發(fā)出脫離MPPT控制指令；

步驟3：當?shù)讓覯PPT控制器接收到指令后，進行脫離MPPT控制；所述的脫離MPPT控制為：通過控制與光伏子陣列連接的DC/DC變換器的占空比，使DC/DC變換器的輸入電壓按增大的方向運行；

步驟4：循環(huán)上述步驟，直到系統(tǒng)達到功率平衡狀態(tài)，停止操作。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明獨立光伏發(fā)電供大于需時的一種無損功率平衡法，在光伏發(fā)電功率高于負載所需功率時，通過控制使光伏子陣列按優(yōu)化的順序先后脫離MPPT運行，達到了減小發(fā)電功率，實現(xiàn)功率供需平衡的目的。采用本發(fā)明方法后，系統(tǒng)無需安裝卸荷電路，可大幅降低系統(tǒng)的體積重量和成本。

附圖說明

圖1為典型的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖，其中光伏子陣列#1、#2、#3通過DC/DC變換器實現(xiàn)并聯(lián)運行，蓄電池用以提供供需間的差額功率，負載通過DC/AC逆變器從直流母線獲取電能。圖中控制系統(tǒng)為兩層結(jié)構(gòu)，其中頂層為功率管理層，主要通過集中控制器對系統(tǒng)運行工況進行實時監(jiān)控，以及對底層MPPT控制器發(fā)出控制指令；底層為MPPT控制層，結(jié)構(gòu)為分散式，各MPPT控制器分別集成于與各光伏子陣列連接的DC/DC變換器中。MPPT控制器可根據(jù)集中控制器的指令來實時改變DC/DC變換器的占空比，從而改變DC/DC變換器的輸入電壓，實現(xiàn)對各光伏子陣列輸出功率的控制和調(diào)節(jié)。

圖2為本發(fā)明所述無損功率平衡法的流程圖。

圖3為光伏組件輸出功率與輸出電壓關(guān)系圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。

以圖1所示3光伏子陣列并聯(lián)運行組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，設(shè)當前系統(tǒng)處于供需平衡狀態(tài)，且每個光伏子陣列運行于MPPT點處(即圖3中功率輸出最大點處)，系統(tǒng)輸出最大功率，光伏組件#1、#2、#3輸出功率分別為P_o1、P_o2、P_o3，假設(shè)此時因云層部分遮擋的原因使P_o1＞P_o2＞P_o3，負載所需功率為P_L。在某一時刻，負載所需功率突然減小，此時有：

P_o1+P_o2+P_o3-P_L＞0 (1)

在該情況下，過剩的功率將向蓄電池充電，導(dǎo)致蓄電池端電壓上升，也即直流母線電壓上升，當蓄電池端電壓上升到最大值V_dcmax時，蓄電池充滿電，此時差額功率不能流入蓄電池，如果不加限制，直流母線電壓將超過最大允許值，促發(fā)系統(tǒng)保護甚至損壞系統(tǒng)。

本實施例結(jié)合圖2所示方法步驟使獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)在供大于需時實現(xiàn)無損功率平衡，即：

步驟1：檢測直流母線電壓V_dc，若其超過設(shè)定最大值V_dcmax，則判定系統(tǒng)處于供大于需且蓄電池已充滿電的狀態(tài)，此時轉(zhuǎn)入步驟2；

步驟2：檢測各光伏子陣列的輸出功率P_oi并進行比較，對當前輸出功率最大的光伏子陣列發(fā)出脫離MPPT控制指令；

步驟3：當?shù)讓覯PPT控制器接收到指令后，進行脫離MPPT控制；所述的脫離MPPT控制為：通過控制與光伏子陣列連接的DC/DC變換器的占空比，使DC/DC變換器的輸入電壓按增大的方向運行；

步驟4：循環(huán)上述步驟，直到系統(tǒng)達到功率平衡狀態(tài)，停止操作。

結(jié)合圖2所示的無損功率平衡法實現(xiàn)流程圖，可知當頂層集中控制器檢測到直流母線電壓V_dc>V_dcmax時，可判斷出蓄電池處于充滿狀態(tài)且此時供大于需，因此，按照圖2所示步驟，集中控制器將向輸出功率最大的MPPT控制器#1發(fā)送指令，使其實施脫離MPPT控制，控制光伏組件#1脫離MPPT運行。此時，MPPT控制器#1將改變DC/DC變換器#1的占空比，在當前占空比D₀基礎(chǔ)上疊加一個變化量ΔD₀，目的為使DC/DC變換器#1的輸入電壓(也即光伏組件#1的輸出電壓)增大。根據(jù)圖3所示光伏組件輸出功率與輸出電壓關(guān)系，光伏組件#1的輸出功率將減小，脫離MPPT運行。

當光伏組件#1的輸出功率減小后，通過檢測系統(tǒng)狀態(tài)，在滿足V_dc>V_dcmax并且光伏組件#1的輸出功率最大時，MPPT控制器#1將始終按照步長ΔD₀改變DC/DC變換器#1的占空比，增大其輸入電壓，減小光伏組件#1的輸出功率。當光伏組件#1輸出功率減小到小于光伏組件#2的輸出功率時，集中控制器將改為變化DC/DC變換器#2的占空比，減小其功率輸出。以此類推，按照始終控制輸出功率最大的光伏組件這一優(yōu)化順序，循環(huán)減小各光伏組件的輸出功率，直至可維持V_dc＝V_dcmax時，結(jié)束功率的調(diào)節(jié)。易知此時系統(tǒng)實現(xiàn)了供需平衡。

本實施例無損功率平衡法，可減小光伏陣列輸出功率，使系統(tǒng)達到功率供需平衡的目的；且系統(tǒng)無需安裝卸荷電路，可大幅降低系統(tǒng)的體積重量和成本。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。