本发明专利技术公开了一种储能型准-Z源光伏发电控制系统和控制方法。其中，控制系统包括控制器和储能型准-Z源逆变器；控制器包括电容电压外环和储能电池电流内环，调节逆变器的直通占空比，该控制使得直流母线电压一直保持恒定，即使光伏电池电压宽范围变化；逆变器输出功率由功率环控制，通过控制光伏电池和逆变器输出功率，对储能电池进行充放电管理，可实现最大功率跟踪。本发明专利技术通过单级功率变换完成升/降压、逆变和储能，以较简的结构实现最小逆变器容量，确保直流母线电压恒定、电网得到平稳功率，可最大限度地收集太阳能，改善发电效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光伏发电
，尤其涉及一种储能型准-ζ源光伏发电控制系统和控制方法。
技术介绍
光伏发电是颇具前景的新能源发电之一，主要包括独立发电系统和并网发电系统两类，并网型光伏发电是当今发展的主流趋势。功率变换器在光伏发电中担负着重要角色， 是连接光伏电池与电网(或用户)、有效传递能量的桥梁，其可靠性、效率与费用对整个光伏发电系统至关重要。应用于光伏发电系统中的功率变换器拓扑结构，具有两级或单级、有变压器或无变压器的特点。单级式结构具有紧凑、低费用、高效率和高可靠性特点。但是，这种单级功率变换器只具有降压功能，而且一块光伏电池板输出电压较低(典型值为12V，24V，或48V)， 受光线辐射、尤其是温度变化的影响，输出电压宽范围变化。为此，传统单级式的逆变器容量偏大，以适应光伏电池电压的宽范围变化；为了满足并网电压要求，在逆变器输出与电网间连接一个低频升压变压器，导致系统体积庞大、效率降低、高噪声和高费用。不采用变压器时，则将若干光伏电池板串联，以得到一个较高的直流电压(比电网电压略高)，串联的光伏电池在局部阴影时存在较大功率损失和热斑问题。两级式结构采用DC/DC变换器，将宽范围变化的光伏电池输出电压升到一个恒定的期望值，逆变器的KVA定额最小，也无需变压器。但是，DC/DC变换器将使系统费用增加，效率降低。光伏电池产生的功率受辐射和温度影响，所以光伏发电系统输出的功率与天气、 季节相关，具有不确定性。随机波动的功率对电网有负面影响，尽管目前尚无导致严重电网失败的案例，但是随着太阳能电站数量、容量的扩大，这个问题将日益突出，寻求解决方案刻不容缓。比较理想的是，在并网型光伏发电系统中结合储能电池，将多余电能存入储能系统，以避免电网电压上升；也不必关掉一部分光伏发电系统，而浪费能量。根据电网的需求， 储能系统可以吸收光伏发电系统多余的能量，或弥补其不足，即削峰填谷，类似于一个能量缓存，也称可调度型光伏并网发电系统[王长贵，并网光伏发电系统综述(上)，《太阳能》， 2008年第2期，页码14-17]。这样，在任何情况下，都可以最大限度地收集太阳能功率，实现高效率，同时确保电网得到平稳的功率，从而最小化或消除光伏发电系统对电网的负面影响。另外，储能型光伏并网发电系统还能实现一些重要的辅助功能，诸如无功补偿、电力调峰控制等，使电网更可靠。但是，现有的方案基于传统单级或两级功率变换器，体现有各自的不足；为了有效管理储能电池的充放电，还额外引入双向DC/DC变换器，增加了硬件费用和控制的复杂度，效率将降低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种储能型准-Z源光伏发电控制系统和控制方法，基于本专利技术，可以很好地克服光伏电池电压变化对直流母线电压带来的影响，确保直流母线电压恒定，并且，不增加硬件费用和控制的复杂度，以单级变换实现升/降压、逆变与储能，最大限度地收集光伏电池功率，提高光伏发电的效率。一方面，本专利技术公开了一种储能型准-Z源光伏发电控制系统，包括控制器和作为被控对象的储能型准-Z源逆变器；其中 所述储能型准-Z源逆变器包括储能电池、三相逆变器、二极管D、电解电容Cl、电解电容C2、电感Li、电感L2、LC滤波器、光伏电池、电网及局部负载；所述LC滤波器包括输出滤波电感Lf和输出滤波电容Cf ；并且，所述电容C2的负极与所述电感Ll相连，所述电容 C2的正极和所述三相逆变器的正极连；所述二极管D的阴极同时与所述电容Cl正极和所述电感L2相连；所述电感L2的另一端连接于所述三相逆变器正极；所述电容Cl的负极与所述三相逆变器的负极相连；所述电感Ll的一端与所述光伏电池的正极相连；所述电感Ll 的另一端与所述电容C2的负极相连；所述三相逆变器的输出经过LC滤波器后并入电网，并供电当地负载；所述储能电池跨接于所述电容Cl两端，且所述储能电池的正极连接于电容 Cl的正极。所述控制器包括第一电压电流传感器单元、第二电压电流传感器单元、电压检测单元、SPWM调制单元、比例积分调节器PI、比例调节器P、前馈控制调节器、加法器、功率控制调节器、输出功率计算单元和最大功率跟踪单元；其连接方式为所述第一电压电流传感器单元从所述LC滤波器的输出测量到电压和电流，输入给所述输出功率计算单元，用于计算三相逆变器的输出功率；所述输出功率计算单元将求得的功率输入给所述功率控制调节器，作为功率控制的反馈量；所述第一电压电流传感器单元从所述LC滤波器的输出测量到电压和电流，输入给所述功率控制调节器，用于对三相逆变器实现功率控制；所述第二电压电流传感器单元测量所述储能电池的电压和电流，计算出储能电池的功率，将所述储能电池的功率与所述三相逆变器的输出功率通过加法器运算，计算出光伏电池的输出功率， 输入给所述最大功率跟踪单元，根据最大功率跟踪算法，确定所述三相逆变器的期望输出功率；在功率闭环作用下，所述功率控制调节器输出三相期望电压信号，作为所述SPWM调制单元的调制信号；所述电压检测单元测量所述电容C2电压，作为电压外环控制的反馈量，所述电容C2电压的期望值为预先设定值，将所述电压外环控制的反馈量与所述预先设定值比较后，经过比例调节器P，输出储能电池的期望电流，确保直流母线电压恒定；来自所述第二电压电流传感器单元的储能电池实际电流与期望电流值比较，经过所述比例积分调节器PI后，作为所述三相逆变器直通占空比的微调量；所述前馈控制调节器利用所述电容C2电压的期望值，计算出逆变器直通占空比的预设值，将其与占空比的微调量相加，得到逆变器直通占空比；该占空比与三相期望电压信号共同作用于SPWM调制器，产生驱动信号，控制三相逆变器工作。上述系统中，电容C2的期望电压V、和储能电池的设计电压按照如下方式确定 根据当地气候特点和光伏电池特点，选取光伏电池的一个标称电压Vin, N，该电压为光伏电池的通常工作电压，预先设定期望的直流母线电压为Vpn时，电容C2期望电压为 V*C2 = (Vffl-Vin,N) /2，储能电池的设计电压为(VPN+Vin,N) /2。上述系统中，最大功率跟踪算法具体为 确定三相逆变器的初始期望输出功率； 将所述初始期望输出功率作为所述功率控制调节器的输入，检测系统由此所产生的实际响应，计算储能电池和光伏电池的初始功率响应； 逐步调整所述三相逆变器的期望输出功率，并将其重新作为所述功率控制调节器的输入，检测系统由此产生的实际响应，计算调整后的储能电池和光伏电池的新功率响应； 判定光伏电池的新功率响应较上次功率响应是增加还是减小；若增加，则继续沿此方向调整所述三相逆变器的期望输出功率，计算光伏电池的实际功率响应，与其上次功率响应比较，直到发现光伏电池功率开始减小时，则获得最大功率点；若减小，则沿相反方向调整所述三相逆变器的期望输出功率，计算光伏电池的实际功率响应，与其上次功率响应比较，直到发现光伏电池功率开始减小时，则获得最大功率点；依据所述最大功率点，确定所述三相逆变器的期望输出功率。另一方面，本专利技术还公开了一种储能型准-Z源光伏发电控制方法，所述方法用于控制储能型准-Z源逆变器，所述储能型准-Z源逆变器包括储能电池、三相逆变器、二极管 D、电解电容Cp电解电容C2、电感Lp电感L2、LC滤波器、光伏电池、电网及本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种储能型准－Ｚ源光伏发电控制系统，其特征在于，包括控制器和作为被控对象的储能型准－Ｚ源逆变器；其中，所述储能型准－Ｚ源逆变器包括：储能电池、三相逆变器、二极管Ｄ、电解电容Ｃ１、电解电容Ｃ２、电感Ｌ１、电感Ｌ２、ＬＣ滤波器、光伏电池、电网及局部负载；所述ＬＣ滤波器包括输出滤波电感Ｌｆ和输出滤波电容Ｃｆ；并且，所述电容Ｃ２的负极与所述电感Ｌ１相连，所述电容Ｃ２的正极和所述三相逆变器的正极连；所述二极管Ｄ的阴极同时与所述电容Ｃ１正极和所述电感Ｌ２相连；所述电感Ｌ２的另一端连接于所述三相逆变器正极；所述电容Ｃ１的负极与所述三相逆变器的负极相连；所述电感Ｌ１的一端与所述光伏电池的正极相连；所述电感Ｌ１的另一端与所述电容Ｃ２的负极相连；所述三相逆变器的输出经过ＬＣ滤波器后并入电网，并供电当地负载；所述储能电池跨接于所述电容Ｃ１两端，且所述储能电池的正极连接于电容Ｃ１的正极；以及所述控制器包括：第一电压电流传感器单元、第二电压电流传感器单元、电压检测单元、ＳＰＷＭ调制单元、比例积分调节器ＰＩ、比例调节器Ｐ、前馈控制调节器、加法器、功率控制调节器、输出功率计算单元和最大功率跟踪单元；其连接方式为：所述第一电压电流传感器单元从所述ＬＣ滤波器的输出测量到电压和电流，输入给所述输出功率计算单元，用于计算三相逆变器的输出功率；所述输出功率计算单元将求得的功率输入给所述功率控制调节器，作为功率控制的反馈量；所述第一电压电流传感器单元从所述ＬＣ滤波器的输出测量到电压和电流，输入给所述功率控制调节器，用于对三相逆变器实现功率控制；所述第二电压电流传感器单元测量所述储能电池的电压和电流，计算出储能电池的功率，将所述储能电池的功率与所述三相逆变器的输出功率通过加法器运算，计算出光伏电池的输出功率，输入给所述最大功率跟踪单元，根据最大功率跟踪算法，确定所述三相逆变器的期望输出功率；在功率闭环作用下，所述功率控制调节器输出三相期望电压信号，作为所述ＳＰＷＭ调制单元的调制信号；所述电压检测单元测量所述电容Ｃ２电压，作为电压外环控制的反馈量，所述电容Ｃ２电压的期望值为预先设定值，将所述电压外环控制的反馈量与所述预先设定值比较后，经过比例调节器Ｐ，输出储能电池的期望电流，确保直流母线电压恒定；来自所述第二电压电流传感器单元的储能电池实际电流与期望电流值比较，经过所述比例积分调节器ＰＩ后，作为所述三相逆变器直通占空比的微调量；所述前馈控制调节器利用所述电容Ｃ２电压的期望值，计算出逆变器直通占空比的预设值，将其与占空比的微调量相加，得到逆变器直通占空比；该占空比与三相期望电压信号共同作用于ＳＰＷＭ调制器，产生驱动信号，控制三相逆变器工作。...
【技术特征摘要】
1.一种储能型准-Z源光伏发电控制系统，其特征在于，包括控制器和作为被控对象的储能型准-Z源逆变器；其中，所述储能型准-Z源逆变器包括储能电池、三相逆变器、二极管D、电解电容Cp电解电容C2、电感L1、电感L2、LC滤波器、光伏电池、电网及局部负载；所述LC滤波器包括输出滤波电感Lf和输出滤波电容Cf ；并且，所述电容C2的负极与所述电感L1相连，所述电容C2的正极和所述三相逆变器的正极连；所述二极管D的阴极同时与所述电容C1正极和所述电感L2 相连；所述电感L2的另一端连接于所述三相逆变器正极；所述电容C1的负极与所述三相逆变器的负极相连；所述电感L1的一端与所述光伏电池的正极相连；所述电感L1的另一端与所述电容(2的负极相连；所述三相逆变器的输出经过LC滤波器后并入电网，并供电当地负载；所述储能电池跨接于所述电容C1两端，且所述储能电池的正极连接于电容C1的正极； 以及所述控制器包括第一电压电流传感器单元、第二电压电流传感器单元、电压检测单元、SPWM调制单元、比例积分调节器PI、比例调节器P、前馈控制调节器、加法器、功率控制调节器、输出功率计算单元和最大功率跟踪单元；其连接方式为所述第一电压电流传感器单元从所述LC滤波器的输出测量到电压和电流，输入给所述输出功率计算单元，用于计算三相逆变器的输出功率；所述输出功率计算单元将求得的功率输入给所述功率控制调节器，作为功率控制的反馈量；所述第一电压电流传感器单元从所述LC滤波器的输出测量到电压和电流，输入给所述功率控制调节器，用于对三相逆变器实现功率控制；所述第二电压电流传感器单元测量所述储能电池的电压和电流，计算出储能电池的功率，将所述储能电池的功率与所述三相逆变器的输出功率通过加法器运算，计算出光伏电池的输出功率，输入给所述最大功率跟踪单元，根据最大功率跟踪算法，确定所述三相逆变器的期望输出功率；在功率闭环作用下，所述功率控制调节器输出三相期望电压信号，作为所述SPWM调制单元的调制信号；所述电压检测单元测量所述电容C2电压，作为电压外环控制的反馈量，所述电容C2电压的期望值为预先设定值，将所述电压外环控制的反馈量与所述预先设定值比较后，经过比例调节器P，输出储能电池的期望电流，确保直流母线电压恒定；来自所述第二电压电流传感器单元的储能电池实际电流与期望电流值比较，经过所述比例积分调节器 PI后，作为所述三相逆变器直通占空比的微调量；所述前馈控制调节器利用所述电容C2电压的期望值，计算出逆变器直通占空比的预设值，将其与占空比的微调量相加，得到逆变器直通占空比；该占空比与三相期望电压信号共同作用于SPWM调制器，产生驱动信号，控制三相逆变器工作。2.根据权利要求1所述的光伏发电控制系统，其特征在于，所述最大功率跟踪算法具体为确定三相逆变器的初始期望输出功率；将所述初始期望输出功率作为所述功率控制调节器的输入，检测系统由此所产生的实际响应，计算储能电池和光伏电池的初始功率响应；逐步调整所述三相逆变器的期望输出功率，并将其重新作为所述功率控制调节器的输入，检测系统由此产生的实际响应，计算调整后的储能电池和光伏电池的新功率响应；判定光伏电池的新功率响应较上次功率响应是增加还是减小；若增加，则继续沿此方向调整所述三相逆变器的期望输出功率，计算光伏电池的实际功率响应，与其上次功率响应比较，直到发现光伏电池功率开始减小时，则获得最大功率点；若减小，则沿相反方向调整所述三相逆变器的期望输出功率，计算光伏电池的实际功率响应，与其上次功率响应比较，直到发现光伏电池功率开始减小时，则获得最大功率点；依据所述最大功率点，确定所述三相逆变器的期望输出功率。3.根据权利要求1所述的光伏发电控制系统，其特征在于，所述电容C2的期望电压V^2 和储能电池的设计电压按照如下方式确定根据当地气候特点和光伏电池特点，选取光伏电池的一个标称电压Vin,N，该电压为光伏电池的通常工作电压，预先设定期望的直流母线电压为Vpn时，电容C2期望电压为V、= (VPN-Vin,N) /2，储能电池的设计电压为(VPN...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛宝明，孙东森，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11
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