一种串联分布式新能源发电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种串联分布式新能源发电系统及其控制方法，它包括由若干发电模块串联连接形成的发电模块组串，所述发电模块组串的输出端连接所述集中式直流变换器；每一所述发电模块的输出端分别连接一分布式直流变换器，各所述分布式直流变换器的输出端并联后，与所述集中式直流变换器的输出端并联连接所述直流负载或所述蓄电池；所述最大功率跟踪控制器用于对所述集中式直流变换器的输入电压、输入电流以及各所述分布式直流变换器的输入电压、输入电流进行采样，并根据采样信号产生对所述集中式直流变换器的控制信号和对各所述分布式直流变换器的控制信号。本发明专利技术能够使所有发电模块都工作在各自的最大功率点，使系统自动实现最大功率输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发电系统及其控制方法，特别涉及一种适用于光伏发电系统或热电发电系统的串联分布式新能源发电系统及其控制方法。
技术介绍
随着可再生能源发电技术的发展，分布式发电系统日渐成为满足负荷增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用效率和供电可靠性的一种有效途径。分布式发电系统中，新能源发电设备的接入方式直接影响系统发电效率。按照新能源发电设备实现最大功率跟踪的方式，可以将新能源发电系统分为集中式和分布式。 集中式发电系统是将多个发电模块串联以形成较高的电压等级，然后通过一个集中式变换器实现整个发电模块组串的最大功率跟踪。集中式系统最主要的优点是结构简单、功率变换效率高；然而，其存在的主要问题是发电模块的电气参数易失配，无法实现每个发电模块准确的最大功率点跟踪，即从发电模块的角度，最大功率跟踪效率低。分布式发电系统是通过为每一个发电模块配备一个分布式直流变换器，保证各个发电模块都工作在最大功率点，发电模块本身发电效率高，即从发电模块的角度，最大功率跟踪效率高。然而，其相对于集中式系统存在的主要问题在于由于每个分布式直流变换器需要按照其相应的发电模块的峰值功率来设计，每个直流变换器都存在由于自身控制、驱动引起的固有损耗，从而导致直流变换器在轻载工作时的变换效率迅速降低，使得系统在轻载工作时的发电量反而低于集中式系统。上述分析表明无论是集中式还是分布式的发电系统，都无法同时兼顾发电模块在整个输出功率范围内的最大的功率跟踪效率和最优的功率变换效率，难以实现整个发电系统在输出功率范围内输出功率的最大化。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够同时兼顾各发电模块在整个输出功率范围内的最大的功率跟踪效率和最优的功率变换效率的，串联分布式新能源发电系统及其控制方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种串联分布式新能源发电系统，其特征在于它包括若干发电模块、一集中式直流变换器、若干分布式直流变换器、一最大功率跟踪控制器、至少一直流负载或一蓄电池；所述若干发电模块串联连接形成一发电模块组串，所述发电模块组串的输出端连接所述集中式直流变换器；每一所述发电模块的输出端分别连接一分布式直流变换器，各所述分布式直流变换器的输出端并联后，与所述集中式直流变换器的输出端并联连接所述直流负载或所述蓄电池；所述最大功率跟踪控制器用于对所述集中式直流变换器的输入电压、输入电流以及各所述分布式直流变换器的输入电压、输入电流进行采样，并根据采样信号产生对所述集中式直流变换器的控制信号和对各所述分布式直流变换器的控制信号。所述发电模块为光伏组件或热电池或燃料电池。所述集中式直流变换器是非隔离变换器或隔离变换器。所述分布式直流变换器是隔离变换器。一种串联分布式新能源发电系统的控制方法，它包括以下步骤1)最大功率跟踪控制器通过改变集中式直流变换器输入电压的方式，始终对模块组串进行最大功率跟踪；2)当集中式直流变换器进入稳态工作后，最大功率跟踪控制器按顺序循环地对第I个、第2个…第N个发电模块进行最大功率跟踪控制；当最大功率跟踪控制器通过改变第k(k〈N)个分布式直流变换器的输入电流的方式，对第k个发电模块进行最大功率跟踪控制时，除第k个以外的分布式直流变换器保持其输入电流不变；当第k个发电模块达到最大功率点时，第k个分布式直流变换器保持其输入电流不变，最大功率跟踪控制器继续对下一个新能源 发电模块进行最大功率跟踪控制。所述步骤I)中，最大功率跟踪控制器通过改变集中式直流变换器输入电压的方式，包括如下过程①如果增加集中式直流变换器输入电压后，集中式直流变换器的输入功率变大，则继续增加集中式直流变换器输入电压；②如果增加集中式直流变换器输入电压后，集中式直流变换器的输入功率变小，则减小集中式直流变换器输入电压；③如果减小集中式直流变换器输入电压后，集中式直流变换器的输入功率变大，则继续减小集中式直流变换器输入电压；④如果减小集中式直流变换器输入电压后，集中式直流变换器的输入功率变小，则增大集中式直流变换器输入电压。所述步骤2)中，最大功率跟踪控制器通过改变第k (k〈N)个分布式直流变换器的输入电流的方式，对第k个发电模块进行最大功率跟踪控制，包括以下过程①如果增加第k个分布式直流变换器的输入电流后，第k个发电模块的输入功率变大，则继续增加第k个分布式直流变换器的输入电流；②如果增加第k个分布式直流变换器的输入电流后，第k个发电模块的输入功率变小，则减小第k个分布式直流变换器输入电流；③如果减小第k个分布式直流变换器的输入电流后，第k个发电模块的输入功率变大，则继续减小第k个分布式直流变换器的输入电流；④如果减小第k个分布式直流变换器的输入电流后，第k个发电模块的输入功率变小，则增大第k个分布式直流变换器输入电流。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术系统由于发电模块既与集中式直流变换器相连，又与分布式直流变换器相连，而且各分布式直流变换器的输出端和集中式直流变换器的输出端并联后与直流负载5或蓄电池6相连；最大功率跟踪控制器对集中式直流变换器和各分布式直流变换器的输入电压和输入电流的进行采样，并产生相应的控制信号；因此，本专利技术将集中式发电系统与分布式发电系统相结合，使得其同时具备分布式发电系统的最大功率跟踪效率高以及集中式发电系统的功率变换效率高的优点，从而改善新能源发电系统的系统效率，达到提高发电量的目的。2、本专利技术的集中式直流变换器的工作方式、控制方式以及设计与传统的集中式新能源发电系统中的直流变换器相同，当所有的分布式直流变换器都出现故障时，本专利技术系统仍能够像传统的集中式新能源发电系统一样正常工作；因此，本专利技术系统具有可靠性较高的优点。本专利技术能够使各发电模块在整个输出功率范围内实现最大功率跟踪效率和最优功率变换效率，本专利技术可以广泛地应用于各种发电系统。附图说明图I是本专利技术发电系统的电路示意2是本专利技术所有分布式直流变换器关闭时的电路电路3是本专利技术实施例I第二个分布式直流变换器不工作时的电路示意4是本专利技术实施例2的电路示意5是本专利技术实施例2的具体电路示意6是本专利技术实施例2中第二个热电池输出电流小于第一个热电池时的电路示意图 图7是本专利技术实施例2中两个反激直流变换器全部关闭时的电路示意8是本专利技术实施例2中实验波形图具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图I所示，本专利技术包括若干发电模块I (假设一共有N个)、一集中式直流变换器2、若干分布式直流变换器3、一最大功率跟踪控制器4、至少一直流负载5或一蓄电池6。本专利技术的若干发电模块I串联连接形成一发电模块组串7，发电模块组串7的输出端连接集中式直流变换器2 ;每一发电模块I的输出端分别连接一分布式直流变换器3，各分布式直流变换器3的输出端并联后，与集中式直流变换器2的输出端并联连接直流负载5或蓄电池6。最大功率跟踪控制器4用于对集中式直流变换器2的输入电压、输入电流(ubus> ibus)以及各分布式直流变换器3的输入电压、输入电流(U&、i0l> uo2> io2......uoN、ioN)进行采样，并根据采样信号产生集中式直流变换器2的控制信号(Ugsftt)和各分布式直流变换器3的控制信号(ugsl、ugs本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联分布式新能源发电系统，其特征在于：它包括若干发电模块、一集中式直流变换器、若干分布式直流变换器、一最大功率跟踪控制器、至少一直流负载或一蓄电池；所述若干发电模块串联连接形成一发电模块组串，所述发电模块组串的输出端连接所述集中式直流变换器；每一所述发电模块的输出端分别连接一分布式直流变换器，各所述分布式直流变换器的输出端并联后，与所述集中式直流变换器的输出端并联连接所述直流负载或所述蓄电池；所述最大功率跟踪控制器用于对所述集中式直流变换器的输入电压、输入电流以及各所述分布式直流变换器的输入电压、输入电流进行采样，并根据采样信号产生对所述集中式直流变换器的控制信号和对各所述分布式直流变换器的控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴红飞，孙凯，邢岩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：