一种光伏系统及控制方法与流程

文档序号:31661345发布日期:2022-09-27 23:07阅读:155来源:国知局
一种光伏系统及控制方法与流程

1.本技术涉及新能源发电技术领域,具体涉及一种光伏系统及控制方法。


背景技术:

2.随着新能源的不断发展,目前光伏发电的应用越来越光伏,传统光伏系统中的逆变器为集中式逆变器,即集中式逆变器的输入端连接光伏阵列,逆变器的输出端连接电网。由于光伏阵列中光伏组件的最大功率点电压的限制,在电网电压较高的工况下,将导致逆变器的最大功率点发生右移,即最大功率点对应的电压变大,从而导致弃光的问题,导致光伏发电效率降低。


技术实现要素:

3.有鉴于此,本技术提供一种光伏系统、控制方法及电源系统,能够提高光伏发电效率。
4.为解决上述问题,本技术提供的技术方案如下:
5.本技术提供一种光伏系统,包括:直流直流dcdc变换器、直流交流dcac变换器和控制器;
6.dcdc变换器的正输出端和负输出端分别连接第一电容的两端,第一电容和第二电容串联,光伏阵列的正端和负端分别连接第二电容的两端,第二电容的正端连接直流正母线;dcdc变换器的正输入端和负输入端分别连接直流正母线和直流负母线;
7.dcac变换器的正输入端和负输入端分别连接直流正母线和直流负母线;dcac变换器的输出端用于连接电网;
8.控制器,用于光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压时,控制dcdc变换器的输出电压来调节光伏阵列的输出电压,以使光伏阵列的输出功率最大。
9.优选地,控制器,具体用于光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压时,根据直流母线电压来逐渐改变dcdc变换器的输出电压,进而调节光伏阵列的输出电压,使光伏阵列的输出功率最大。
10.优选地,还包括:连接在dcdc变换器的正输入端和负输入端之间的开关;
11.控制器,还用于光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压时,控制开关断开。
12.优选地,控制器,还用于光伏阵列的最大功率点电压大于等于预设电压时,控制开关闭合。
13.优选地,预设电压与电网电压成正比。
14.优选地,控制器,还用于光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压,且dcac变换器的输出电压大于电压阈值,增大直流母线电压至直流母线目标电压,根据光伏阵列的输出电压和直流母线目标电压控制dcdc变换器的输出电压。
15.优选地,控制器,还用于根据dcac变换器的输出电压获得直流母线目标电压;
16.控制dcdc变换器的输出电压为直流母线目标电压与光伏阵列的输出电压的电压
差。
17.优选地,控制器,具体用于控制dcac变换器的有功电流减小。
18.优选地,包括多个dcdc变换器,每个dcdc变换器对应一个光伏阵列;
19.所有dcdc变换器的正输入端和负输入端分别连接直流正母线和直流负母线。
20.本技术还提供一种光伏系统的控制方法,光伏系统包括:直流直流dcdc变换器和直流交流dcac变换器;dcdc变换器的正输出端和负输出端分别连接第一电容的两端,第一电容和第二电容串联,光伏阵列的正端和负端分别连接第二电容的两端,第二电容的正端连接直流正母线;dcdc变换器的正输入端和负输入端分别连接直流正母线和直流负母线;dcac变换器的正输入端和负输入端分别连接直流正母线和直流负母线;
21.该方法包括:
22.判断光伏阵列的最大功率点电压是否小于预设电压;
23.光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压时,控制dcdc变换器的输出电压来调节光伏阵列的输出电压,以使光伏阵列的输出功率最大。
24.优选地,控制dcdc变换器的输出电压来调节光伏阵列的输出电压,具体包括:
25.根据直流母线电压来逐渐改变dcdc变换器的输出电压,进而调节光伏阵列的输出电压,使光伏阵列的输出功率最大。
26.优选地,还包括:光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压,且dcac变换器的输出电压大于电压阈值,增大直流母线电压至直流母线目标电压,根据光伏阵列的输出电压和直流母线目标电压控制dcdc变换器的输出电压。
27.优选地,还包括:
28.根据dcac变换器的输出电压获得直流母线目标电压。
29.优选地,控制dcac变换器的输出电流减小,具体包括:
30.控制dcac变换器的输出有功电流减小,无功电流增大。
31.由此可见,本技术实施例具有如下有益效果:
32.本技术提供的光伏系统,直流母线电压为光伏阵列和dcdc变换器的输出电压之和,其中直流母线电压又作为dcdc变换器的输入电压。由于直流母线电压为光伏阵列的电压与dcdc变换器的输出电压之和,因此,可以根据光伏阵列的最大功率点电压的大小来调节dcdc变换器的电压,从而间接调节光伏阵列的电压,使光伏阵列工作在最大功率点,从而提高光伏发电的效率,避免弃光的问题。而且本技术提供的光伏系统,由于dcdc变换器并没有连接在光伏阵列的输出端,因此,可以降低dcdc变换器的功率,即dcdc变换器采用功率较小的变换器即可,成本较低。
附图说明
33.图1为本技术实施例提供的一种光伏系统的示意图;
34.图2为本技术实施例提供的又一种光伏系统的示意图;
35.图3为本技术实施例提供的另一种光伏阵列的示意图;
36.图4为本技术实施例提供的再一种光伏系统的示意图;
37.图5为本技术实施例提供的另一种光伏系统的示意图;
38.图6为本技术实施例提供的一种光伏系统的控制方法的流程图;
39.图7为本技术实施例提供的又一种光伏系统的控制方法的流程图;
40.图8为本技术实施例提供的另一种光伏系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
41.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本技术实施例的应用场景作进一步详细的说明。
42.参见图1,该图为本技术实施例提供的一种光伏系统的示意图。
43.图1所示的光伏系统包括直流直流(dcdc,direct current)变换器101和直流交流(dcac,direct current alternating current)变换器102。另外,还包括:第一电容c1和第二电容c2;
44.其中,dcdc变换器101的正输出端和负输出端分别连接第一电容c1的两端,dcdc变换器101的正输入端和负输入端分别连接直流正母线bus+和直流负母线bus-;即直流母线为dcdc变换器101提供能量来源,由于第一电容c1和第二电容c2为串联关系,光伏阵列的正端pv+和负端pv-分别连接第二电容c2的两端,第二电容c2的正端连接直流正母线bus+;因此,直流母线电压为c1和c2串联后的电压。
45.dcac变换器102的正输入端和负输入端分别连接直流正母线bus+和直流负母线bus-;dcac变换器102的输出端用于连接电网或负载;
46.图1所示的光伏系统是以一个dcdc变换器为例进行的介绍,应该理解,在实际产品中,由于电站的容量较大,包括的光伏阵列较多,因此,可以包括多个dcdc变换器,每个dcdc变换器对应一个光伏阵列,而所有的dcdc变换器共用同一个dcac变换器,从而提高整个光伏系统的发电量。下面结合附图进行详细介绍。
47.参见图2,该图为本技术实施例提供的又一种光伏系统的示意图。
48.图2所示的光伏系统中包括n个dcdc变换器,分别为dcdc变换器1、dcdc变换器2直至dcdc变换器n,以每个dcdc变换器对应一个光伏阵列为例,即该光伏系统包括n个光伏阵列。其中,n为大于等于2的整数。相当于n个dcdc变换器的输入端并联在一起。
49.dcdc变换器1的输入端连接直流母线,dcdc变换器1的输出端连接电容c1。dcdc变换器2的输入端连接直流母线,dcdc变换器2的输出端连接电容c3。dcdc变换器n的输入端连接直流母线,dcdc变换器n的输出端连接电容c2n-1。
50.第一光伏阵列的正端pv+和负端pv-连接电容c2的两端,第二光伏阵列的正端pv+和负端pv-连接电容c4的两端,第n光伏阵列的正端pv+和负端pv-连接电容c2n的两端。
51.dcac变换器的正输入端和负输入端分别连接直流正母线bus+和直流负母线bus-。
52.由于光伏阵列具有pv特性,但是光伏阵列的输出端又没有直接连接dcdc变换器,因此,为了使光伏阵列发挥最大发电效率,本技术实施例提供的光伏系统可以根据直流母线电压来调节dcdc变换器的输出电压,从而间接来调节光伏阵列的电压,使光伏阵列工作在最大功率点。
53.参见图3,该图为本技术实施例提供的另一种光伏阵列的示意图。
54.本实施例提供的光伏系统包括:dcdc变换器101、dcac变换器102和控制器103;
55.dcac变换器102的正输入端和负输入端分别连接直流正母线bus+和直流负母线bus-;dcac变换器102的输出端用于连接电网或负载;
56.控制器103,用于光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压时,控制dcdc变换器101的输出电压来调节光伏阵列的输出电压,以使光伏阵列的输出功率最大。
57.此处,光伏阵列的最大功率点电压为理论值,并不是实际输出功率最大对应的电压,由于光伏阵列在工作时,随着环境以及运行条件的不同,其输出功率在变化。
58.应该理解,控制器103控制dcdc变换器101的输出电压使光伏阵列工作在最大功率点,需要反复多次调节,直至找到最大功率点。例如,控制器103,具体用于光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压时,调整dcdc变换器101的输出电压来调节光伏阵列的输出电压,直至光伏阵列的输出功率最大,根据光伏阵列的输出功率最大对应的电压和直流母线电压获得dcdc变换器101的工作电压,控制dcdc变换器101输出工作电压。
59.本技术实施例中不具体限定预设电压的大小,预设电压与电网电压有关,电网电压不同时,可以设置不同的预设电压。例如,一种选择方式为,预设电压与电网电压成正比。由于直流母线电压一般根据电网电压来调整,例如电网电压为ac800v时,直流母线电压为dc1200v。直流母线电压为c1和c2的电压之和,即直流母线电压为光伏阵列的电压和dcdc变换器101的输出电压之和,当直流母线电压确定以后,调节dcdc变换器101的输出电压,则光伏阵列的电压跟随变化,从而达到调节光伏阵列的电压的目的,使光伏阵列可以工作在最大功率点。例如预设电压设置为直流母线电压,即1200v,如果光伏阵列的电压为800v,则需要dcdc变换器101提供400v的电压,才可以使直流母线电压达到1200v。即光伏阵列单独无法支撑直流母线电压的大小,需要dcdc变换器101配合来工作。
60.如果光伏阵列单独可以提供直流母线电压的需求,则dcdc变换器101可以退出工作,光伏阵列便可以支撑整个光伏系统工作。
61.本技术实施例不具体限定控制器103的实现方式,可以为dcac变换器102的控制器也可以为dcdc变换器101的控制器,也可以为光伏系统的控制器。例如,控制器为dcdc变换器101的控制器时,可以与dcdc变换器101集成在一起。
62.本技术实施例提供的光伏系统,由于直流母线电压为光伏阵列的电压与dcdc变换器的输出电压之和,因此,可以不断调节dcdc变换器的电压来找到光伏阵列的输出功率最大时的输出电压,使其工作在最大功率点,从而间接调节光伏阵列的电压,使光伏阵列工作在最大功率点,从而提高光伏发电的效率,避免弃光的问题。而且本技术实施例提供的光伏系统,由于dcdc变换器并没有连接在光伏阵列的输出端,因此,可以降低dcdc变换器的功率,即dcdc变换器采用功率较小的变换器即可,成本较低。
63.参见图4,该图为本技术实施例提供的再一种光伏系统的示意图。
64.本实施例提供的光伏系统,还包括:连接在dcdc变换器101的正输入端和负输入端之间的开关s;
65.控制器103,还用于光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压时,控制开关s断开,即开关s断开时,dcdc变换器101进行工作,即dcdc变换器101的输出电压为c1上的电压。同时,控制器103向dcdc变换器101中的功率开关管发送驱动信号,控制dcdc变换器101进行电压变换,应该理解,dcdc变换器101为一个降压电路。
66.控制器103,还用于光伏阵列的最大功率点电压大于或等于预设电压时,控制开关s闭合,即开关s闭合时,dcdc变换器101的输出端被短路,即dcdc变换器101退出工作,此时直流母线电压由光伏阵列单独支撑。
67.图4仅是一个dcdc变换器为例的介绍,下面介绍光伏系统包括多个dcdc变换器的情形。
68.参见图5,该图为本技术实施例提供的另一种光伏系统的示意图。
69.本实施例的光伏系统,包括多个dcdc变换器,每个dcdc变换器对应一个光伏阵列;其中每个dcdc变换器的输出端并联一个开关,如图5所示,dcdc变换器1的输出端并联开关s1,dcdc变换器2的输出端并联开关s2,dcdc变换器n的输出端并联开关sn。
70.应该理解,由于每个dcdc变换器的输入端并联在一起,但是输出端独立,而且输出端串联的光伏阵列也分别为不同的光伏阵列,每个dcdc变换器可以单独控制,实现对应的光伏阵列的最大功率追踪,即调节自身的输出电压,使与其串联的光伏阵列工作在最大功率点。由于光照或者性能问题,各个光伏阵列的最大功率点可能不相同,因此,可以每个dcdc变换器设置一个控制器,实现对dcdc变换器的独立控制,从而实现对各个光伏阵列的单独控制。
71.以上介绍的是电网电压在正常范围内,控制光伏组件工作在最大功率点的情况,下面介绍电网电压突然升高,即发生高电压穿越时的工作原理。
72.控制器,还用于光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压,且dcac变换器的输出电压大于电压阈值,增大直流母线电压至直流母线目标电压,根据光伏阵列的输出电压和直流母线目标电压控制dcdc变换器的输出电压。
73.应该理解,为了进行高电压穿越,此时不控制光伏阵列工作在最大功率点,而是控制dcdc变换器根据当前抬高后的直流母线电压输出固定的一个参考电压,以使dcac变换器减小自身的输出电流,即控制器,具体用于控制dcac变换器的有功电流减小。从而降低dcac变换器的输出功率,即将有功来进行高电压穿越。
74.具体地,dcac变换器控制其有功电流减小可以减小电流控制环的电流给定值。另外,dcac变换器可以根据减小后的有功电流来设置无功电流值,根据设置的无功电流值来控制无功电流。
75.当高电压穿越时,电网电压变大,dcac变换器根据电网电压来获得需要的直流母线电压,即直流母线目标电压,直流母线目标电压大于高电压穿越之前的直流母线电压。此时直流母线电压将大于光伏阵列的最大功率点电压。dcdc变换器输出端并联的开关需要断开。dcdc变换器需要升高输出电压,即控制器,还用于根据dcac变换器的输出电压获得直流母线目标电压;
76.控制dcdc变换器输出电压为直流母线目标电压与光伏阵列最大功率点电压的电压差。
77.本技术实施例提供的光伏系统,不但可以在电网电压正常时,通过控制dcdc变换器的电压来使光伏阵列工作在最大功率点,而且还可以在电网发生高电压穿越时,控制dcdc变换器,使dcac变换器配合电网完成高电压穿越,可以有效支撑电网电压,使得有功功率维持在高电压穿越前的水平。
78.基于以上实施例提供的一种光伏系统,本技术实施例还提供一种光伏系统的控制方法,下面结合附图进行详细介绍。
79.参见图6,本技术实施例提供的一种光伏系统的控制方法的流程图。
80.本实施例提供的光伏系统的控制方法,光伏系统包括:dcdc变换器和dcac变换器;
bus-vpv;
93.s702:获得光伏阵列在电压时的输出功率pdc;
94.s703:改变dcdc变换器的输出电压为vo2=v bus-vpv1;
95.s704:获得光伏阵列在电压时的输出功率pdc1;
96.s705:改变dcdc变换器的输出电压为vo3=v bus-vpv2;
97.s706:获得光伏阵列在电压时的输出功率pdc2;
98.s707:获得pdc、pdc1和pdc2中的功率最大值,控制dcdc变换器的输出电压为功率最大值时对应的输出电压。例如pdc1最大,则控制dcdc变换器的输出电压为vo2=v bus-vpv1。
99.应该理解,以上仅是以三个不同的电压点为例进行的介绍,对应寻找了三个功率,实际产品中可以进行电压扫描,获得更多的电压对应的功率来比较功率的大小,从而获得最大功率点,控制dcdc变换器的输出电压,进而使光伏阵列工作在最大功率点,提高整个光伏系统的发电效率。
100.下面介绍一种具体的高电压穿越时的控制方法。
101.参见图8,本技术实施例提供的另一种光伏系统的控制方法的流程图。
102.光伏阵列的最大功率点电压小于预设电压,且dcac变换器的输出电压大于电压阈值,增大所述直流母线电压至直流母线目标电压,根据所述光伏阵列的输出电压和所述直流母线目标电压控制所述dcdc变换器的输出电压。
103.控制dcdc变换器输出参考电压,具体包括:
104.根据dcac变换器的输出电压获得直流母线目标电压;
105.控制所述dcdc变换器的输出电压为直流母线目标电压与光伏阵列输出电压的电压差。
106.s801:电网电压变高时,根据电网电压确定直流母线目标电压vbus2,vbus2》vmp(最大功率点电压)。
107.s802:控制dcdc变换器输出电压为直流母线目标电压与光伏阵列最大功率点电压的电压差。即vo=vbus2-vmp。
108.s803:控制dcac变换器控制直流母线电压为直流母线目标电压vbus2,控制输出电流减小,即可以控制内部的电流控制环的有功电流的电流给定值减小。根据减小后的有功电流控制无功电流。
109.本技术实施例提供的控制方法,不但可以在电网电压正常时,通过控制dcdc变换器的电压来使光伏阵列工作在最大功率点,而且还可以在电网发生高电压穿越时,控制dcdc变换器,使dcac变换器配合电网完成高电压穿越,可以有效支撑电网电压,使得有功功率维持在高电压穿越前的水平。
110.对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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