[发明专利]基于斜坡功率的两级光伏发电系统减载运行控制方法

摘要

一种基于斜坡功率的两级光伏发电系统减载运行控制方法，其特点是，利用快速最大功率跟踪算法获得当前光照和温度条件下的系统最大可用功率，并确定最大可用功率所对应的光伏阵列端口电压值，将电压作为DC/DC变换器电压外环参考值；以固定步长逐渐减小该电压参考值，受光伏阵列端口电压的减小影响，光伏发电系统输出功率减小。当光伏发电系统输出功率达到2倍的给定减载率功率时，DC/DC外环电压参考值停止减少。不断重复上述过程。光伏阵列的直流侧功率为波动的斜坡功率，波动的斜坡功率平均值等于给定减载率功率。并网侧变流器采用改进直流电压跟踪控制算法，通过功率补偿算法允许直流电容电压在一定范围内波动，维持并网功率近似恒定。

主权项

1.一种基于斜坡功率的两级光伏发电系统减载运行控制方法，其特征是，它包括以下步骤：1)直流DC/DC变流器控制DC/DC变流器的作用是进行最大功率估算和主动减载控制，DC/DC变流器采用电压外环控制和电流内环控制相结合的控制方式，功率参考值由外部给定减载率乘以当前条件下最大可用功率生成，采用恒电压最大功率跟踪算法，获得当前环境条件下最大功率；采用固定电压步长的改进扰动观察法，改变DC/DC变流器来输出功率，实现光伏主动减载控制；①采用恒电压最大功率跟踪算法，对于光伏阵列，其可输出最大功率点对应的电压近似为一定比例开路电压，如下式：V_mpp≈K_ocV_oc通过恒电压最大功率跟踪算法能够近似获得最大功率点处的电压V_mpp，然后将估算的最大功率点电压作为DC/DC电路电压外环的参考值，使系统运行于估算的最大功率点，由此得到估算最大功率点的功率P_mpp；其中，V_mpp为某一光照和温度条件下估算的最大功率点电压，V_oc为光伏阵列的开路电压，K_oc为一经验系数，一般取0.78～0.92，需要注意由于开路电压V_oc受温度的影响较大，只考虑光照强度变化而忽略温度变化的影响时，可近似认为开路电压V_oc保持固定不变，因此可以近似估算最大功率点电压；②采用固定电压步长的改进扰动观察法实施光伏主动减载控制，逐步减小DC/DC电路电压外环参考值来进行功率跟踪控制，直到光伏阵列输出功率减小至光伏系统给定功率P_ref时，停止减小电压外环参考值；③重新将电压外环参考值设为最大功率点电压V_mpp，重复步骤①和②；④光伏阵列的直流输出功率为周期性的近似斜坡形状，其平均值为给定减载率输出功率，为(1‑ε％)P_mpp，主动减载控制减载率ε％为外部频率控制环节给定，将1减去两倍的减载率后再乘以最大功率P_mpp作为光伏系统给定功率P_ref；根据光伏电池P‑V特性曲线，将光伏系统保留ε％乘以P_max的备用功率，参与电力系统一次频率；其中ε介于0‑100之间；2)直流母线电压波动和容值计算由于DC/DC变换器输入功率为波动的三角形斜坡功率，为保证并网功率恒定，直流母线电容的需要暂时储存波动光伏能量，为缓存直流母线电压波动的部分能量，需要提高直流电容的容值，根据DC/DC变换器输入功率波动周期，波动功率大小和可允许的波动电容电压的范围设定电容值的大小，通过减小直流侧功率波动周期，能够减小电容容值的大小；3)并网逆变器控制策略并网逆变器的作用是稳定直流侧电压和控制并网电流，为避免并网侧功率波动，允许直流电容电压波动以吸收光伏侧波动功率，并网逆变器的交流电流控制环的电流给定值不为恒定值，而采用功率补偿算法，即以双环控制为基础，将理想功率与实际并网平均功率做差，其差值乘以一个系数后作为功率补偿，与直流电压外环的输出共同决定并网电流的幅值，使得并网平均功率趋于平滑，从而达到了补偿波动功率的目的，功率补偿算法允许直流母线电压有一定波动，以保证并网功率近似恒定。