一种光伏发电单元的灵活功率跟踪控制方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种光伏发电单元的灵活功率跟踪控制方法及其应用。所述光伏发电单元通过DC

【技术实现步骤摘要】
一种光伏发电单元的灵活功率跟踪控制方法及其应用


[0001]本专利技术涉及新能源发电
，特别是一种光伏发电单元的灵活功率跟踪控制方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着城市人口的不断增加，地铁成为了人们生活中不可或缺的交通工具。同时，随着轨道交通运营总里程的快速增长，地铁的耗电量巨大，能源枯竭与环境污染问题随之出现。因此，新能源逐渐走进了大众的视野。其中，清洁、取用方便的太阳能在众多新能源中脱颖而出。近年来，新能源应用于城市轨道交通的研究备受关注。地铁牵引供电系统采用光伏发电不仅可以解决一部分供电问题，还有助于光伏电能的消纳。在光伏发电单元的应用中，当前的研究热点主要是通过最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)算法使光伏阵列输出最大功率，提高光伏发电系统的能量利用率。但在太阳能资源丰富的地区，光伏发电系统可能存在发电量过剩的情况，影响负载的正常工作。
[0003]当光伏发电单元应用于地铁牵引供电系统时，光伏阵列的输出特性容易受温度、光照强度的影响，同时，地铁相邻车站的间距短，机车启、制动频繁。因此，光伏阵列的输出特性与牵引负荷的特性往往会导致接触网的母线电压剧烈波动。当光伏阵列的最大输出功率低于机车的牵引功率时，母线电压下降。当母线电压低于相应的参考下限值，地铁牵引供电系统的其它供电单元将提供机车牵引过程中多于光伏发电部分的电能，维持母线电压高于参考下限值。光伏阵列的最大输出功率高于机车的牵引功率与机车制动过程均能导致接触网的母线电压上升，甚至造成接触网的直流母线过电压。因此，采取措施限制接触网的母线电压在安全范围内是有必要的。在地铁牵引供电系统中，传统的能量消耗方式是采用制动电阻消耗多余的电能，平衡光伏发电系统与机车之间的功率差，避免直流母线电压超过安全范围。但采用制动电阻消耗电能会使地铁牵引供电系统的温度上升，散热装置的使用造成成本增加。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种光伏发电单元的灵活功率跟踪控制方法及其应用。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0006]一种光伏发电单元的灵活功率跟踪控制方法，所述光伏发电单元通过DC
‑
DC变换器连接到直流母线，负载连接到直流母线；包括：
[0007]步骤1：求取光伏发电单元的参考功率P
ref
与输出功率P
PV
的误差绝对值后，再与比例系数K相乘，得到电压步长V
step
；
[0008]步骤2：如光伏发电单元的参考功率P
ref
大于输出功率P
PV
，则进入MPPT模式，否则进入恒定功率跟踪模式；
[0009]所述MPPT模式利用扰动观察法实现：
[0010]若P
PV
大于P
PV_old
且V
PV
小于或等于V
PV_old
，则更新参考电压V
ref
为V
ref_old
–
V
step
；
[0011]若P
PV
大于P
PV_old
且V
PV
大于V
PV_old
，则更新参考电压V
ref
为V
ref_old
+V
step
；
[0012]若P
PV
小于或等于P
PV_old
且V
PV
小于或等于V
PV_old
，则更新参考电压V
ref
为V
ref_old
+V
step
；
[0013]若P
PV
小于或等于P
PV_old
且V
PV
大于V
PV_old
，则更新参考电压V
ref
为V
ref_old
–
V
step
；
[0014]所述恒定功率跟踪模式为：更新参考电压V
ref
为V
ref_old
–
V
step
；
[0015]其中，P
PV_old
为上一次扰动所得的参考功率，V
PV
为当前输出电压，V
PV_old
为上一次扰动所得的输出电压，V
ref_old
为上一次扰动所得的参考电压；
[0016]步骤3：将更新后的参考电压V
ref
和当前输出电压V
PV
，通过PID和PWM后得到的信号，控制DC
‑
DC变换器。
[0017]上述控制方法的另一种应用为，还包括分别连接到直流母线的牵引供电装置和制动电阻装置；所述制动电阻装置采用电压闭环控制法，控制直流母线电压；所述负载为通过DC
‑
AC变换器连接到直流母线的机车。
[0018]上述控制方法的一种应用为，还包括分别连接到直流母线的牵引供电装置和超级电容储能装置；所述超级电容储能装置采用双闭环控制法，控制直流母线电压；所述负载为通过DC
‑
AC变换器连接到直流母线的机车。
[0019]上述控制方法的再一种应用为，还包括连接到直流母线的超级电容储能装置；所述超级电容储能装置采用双闭环控制法，控制直流母线电压。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]一、本专利技术的扰动步长由参考功率与光伏阵列输出功率之间的误差决定，使得光伏阵列的输出功率能够快速跟随参考功率的变化，适用于光照强度、负载功率不断变化的场合。本专利技术将恒定功率跟踪模式的工作点限制在最大功率点的左侧，保证光伏阵列在光照强度波动的情况下能够正常工作。
[0022]二、与现有光伏接入地铁牵引供电系统的控制方法相比，本专利技术既减少了传统能源的浪费与系统的散热装置的使用，降低成本，又可以减小系统的其它稳压装置的容量，延长其它稳压装置的寿命。
[0023]三、与现有光伏接入地铁牵引供电系统的控制方法相比，采用本专利技术可以实时控制光伏阵列的输出以实现接触网的母线电压的稳定，省去了现有控制方法中工况模式的划分及其相互转换的复杂过程。
附图说明
[0024]图1为实施例一的电路拓扑结构及控制方法示意图。
[0025]图2为实施例一中功率增量计算原理示意图。
[0026]图3为实施例一中牵引功率计算原理示意图。
[0027]图4为实施例一中参考功率计算原理示意图。
[0028]图5为本专利技术灵活功率跟踪控制方法的流程图。
[0029]图6为实施例一中机车运行过程中的功率曲线图。在该功率为正时，该功率为机车的牵引功率；在该功率为负时，该功率为机车的制动功率。
[0030]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光伏发电单元的灵活功率跟踪控制方法，所述光伏发电单元通过DC
‑
DC变换器连接到直流母线，负载连接到直流母线；其特征在于，包括：步骤1：求取光伏发电单元的参考功率P
ref
与输出功率P
PV
的误差绝对值后，再与比例系数K相乘，得到电压步长V
step
；步骤2：如光伏发电单元的参考功率P
ref
大于输出功率P
PV
，则进入MPPT模式，否则进入恒定功率跟踪模式；所述MPPT模式利用扰动观察法实现：若P
PV
大于P
PV_old
且V
PV
小于或等于V
PV_old
，则更新参考电压V
ref
为V
ref_old
–
V
step
；若P
PV
大于P
PV_old
且V
PV
大于V
PV_old
，则更新参考电压V
ref
为V
ref_old
+V
step
；若P
PV
小于或等于P
PV_old
且V
PV
小于或等于V
PV_old
，则更新参考电压V
ref
为V
ref_old
+V
step
；若P
PV
小于或等于P
PV_old
且V...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛宁，周国华，毕强，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：