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CN110601256B - 一种功率流动控制方法 - Google Patents

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CN110601256B CN201910831752.5A CN201910831752A CN110601256B CN 110601256 B CN110601256 B CN 110601256B CN 201910831752 A CN201910831752 A CN 201910831752A CN 110601256 B CN110601256 B CN 110601256B
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Abstract

本发明公开了一种功率流动控制方法，包括光伏系统、直流双向变流器、双向DC/AC变换器、最大功率跟踪器、控制器、储能系统、直流负载、交流负载，所述直流负载连接在所述直流双向变流器、双向DC/AC变换器之间；所述方法包括如下步骤：建立光伏系统功率跟踪模型，求取光伏系统输出最大跟踪电流；求取电网谐波补偿电流；求取直流负载需求电流、求取交流负载电流；根据求取的最大跟踪电流、电网谐波补偿电流、直流负载需求电流、交流负载电流，控制器控制光伏系统、储能系统、电网的功率，通过控制直流双向变流器、双向DC/AC变换器实现功率快速流动控制。本申请能够灵活控制多个供电电源之间到负载的功率流动值，方便协调多种不同的电源进行匹配供电。

Description

一种功率流动控制方法
技术领域
本发明涉及功率调节技术领域，具体而言，涉及一种功率流动控制方法。
背景技术
在日常生活中，经常会遇到多个不同的供电电源，尤其是针对当前微网系统的迅速发展，微网与主网配合，实现对多种类型的负载供电，然后，如何控制多种负载、多种电源之间进行功率流动的快速控制，尤其是微网中许多间歇电源的不稳定供电情况下，如何保证最大限度的利用间隙电源的同时，较好的控制电源与负载之间的功率流动方式，实现功率的充分利用是在未来需要着重注意的和考虑的。
现阶段，许多路灯已使用光伏进行供电，然后如何保证路灯在光伏供电时，柔和的照明，满足路况需求，同时节约能量，是未来控制功率流动方式的亟需解决的难题之一。
发明内容
本发明提出了一种功率流动控制方法，包括光伏系统、直流双向变流器、双向DC/AC变换器、最大功率跟踪器、控制器、储能系统、直流负载、交流负载，所述直流负载连接在所述直流双向变流器、双向DC/AC变换器之间；所述方法包括如下步骤：
建立光伏系统功率跟踪模型，求取光伏系统输出最大跟踪电流；
求取电网谐波补偿电流；
求取直流负载需求电流、求取交流负载电流；
根据求取的最大跟踪电流、电网谐波补偿电流、直流负载需求电流、交流负载电流，控制器控制光伏系统、储能系统、电网的功率，通过控制直流双向变流器、双向DC/AC变换器实现功率快速流动控制。
所述的功率流动控制方法，所述双向DC/AC变换器包括至少两个并联的DC/AC变换器，互为备用，所述备用包括两种方式：
方式一，当其中一个故障时，另一个快速投入使用；
方式二，当两个都正常时，功率流动未超过单个DC/AC变换器的使用功率时，选择任意一个DC/AC变换器执行功率流动，功率流动超过单个DC/AC变换器的使用功率时，同时投入两个DC/AC变换器，两个DC/AC变换器平均流通功率值。
所述的功率流动控制方法，实现功率快速流动控制具体包括：当光伏系统输出功率超过直流负载需求时，将超过的功率通过所述双向DC/AC变换器输送到电网中，所述双向DC/AC变换器此时处于逆变模式；当光伏系统输出功率低于过直流负载需求时，通过光伏系统和电网供应直流负载电能，所述双向DC/AC变换器此时处于整流模式，当电网停电或故障时，通过电池给直流负载供电。
所述的功率流动控制方法，所述建立光伏系统功率跟踪模型，求取光伏系统输出最大跟踪电流具体包括：设定单个太阳能电池模型，模型输出的电流为：
Figure BDA0002190938570000021
其中，设定模型开路时，开路电压为Voc，则开路时，i＝0；v＝VOC，VOC≈C；
模型短路时，短路电路ISC，
Figure BDA0002190938570000022
则A≈Isc；则B和D在最大功率跟踪点是确定的；则最大功率跟踪点时的电流为：
Figure BDA0002190938570000023
其中，i＝IMPPT，v＝VMPPT；A≈Isc；C≈VOC；IMPPT为最大功率跟踪的电流，VMPPT为最大功率跟踪的电压；
进行求导，得出：
Figure BDA0002190938570000024
通过公式(2)-(3)可以求得：
Figure BDA0002190938570000025
Figure BDA0002190938570000026
通过上述设定的模型，即可确定最大功率跟踪的输出电流IMPPT和电压VMPPT以及最大功率跟踪的输出功率。
所述的功率流动控制方法，考虑直流负载得电流Id，根据交流负载的谐波电流值，求取控制光伏系统最大功率输出电流值，求取双向DC/AC变换器的输出电流值，计算方式如下：
Pn＝Vn×In (6)
Pp＝Vp×Ip (7)
其中，Pn为以前输出的功率值，Pp为当前输出的功率值，Vn、In为以前变化的电压和电流，Vp、Ip为当前变化的电压和电流；设定初始最大功率的运行点对应的参考电压为Vref1，当光伏系统的太阳能电池的输出电压为Vref1时，功率输出值为Pmax，以参考电压为横坐标，功率输出值为纵坐标，建立平面直角坐标系，则以参考电压Vref1为横坐标形成的直线将功率输出值分为左区域和右区域，左区域和右区域对应的功率值均小于Pmax；
当Pn>Pp时，需要重新确定光伏系统输出参数是否准备就绪；
当Pn＝Pp时，此时光伏系统处于最大功率点；
当Pn<Pp时，如果Vn>Vp，光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点，且功率输出点由左区域移动到右区域，此时，最大功率运行点对应的参考电压Vref2从左区域向右区域减小；如果Vn>Vp，光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点，且功率输出点由右区域移动到左区域，此时，最大功率运行点对应的参考电压Vref3从左区域向右区域增加；
光伏系统双向DC/AC变换器输出的参考电流为：
Iref＝[KP(Vc *-Vc)+KI∫(Vc *-Vc)dt-(IMPPT-Id)]×sin(wt) (8)
其中，Vc *是参考电压，KP、KI为PI控制器的固定参数，IMPPT为公式(2)计算的最大跟踪电流，Vc为实时电压；Id为直流负载需求电流；
光伏系统双向DC/AC变换器的实际输出电流为：
IPWM＝Iref+Ic (9)
其中，Ic是为了消除谐波而采取的补偿电流，
电网电压定义为：
Figure BDA0002190938570000031
Figure BDA0002190938570000032
其中，Vm为双向DC/AC变换器输出电压幅值，Im为双向DC/AC变换器输出电流幅值，Ir为IL(t)减去Imsin(wt)剩下的电流值；w为双向DC/AC变换器输出交流电相位角
得出补偿电流Ic的参考值为：
Figure BDA0002190938570000033
根据公式(9)确定双向DC/AC变换器输出的电流IPWM，控制器生成PWM波，输出到双向DC/AC变换器进行开关控制，双向DC/AC变换器输出交流电到电网中，满足光伏系统并网和供给直流负载需求，控制功率流动。
所述的功率流动控制方法，所述直流负载包括LED灯，所述控制器包括亮度检测单元、直流负载电流调节单元、PWM生成单元，所述亮度检测单元用于根据检测的亮度控制LED灯点亮，所述直流负载电流调节单元调节点亮LED灯的电流值Id，并将Id输出到PWM生成单元。
所述的功率流动控制方法，所述交流负载包括空调、冰箱、电动机。
所述控制器还包括预测控制单元，所述预测控制单元根据光伏系统和直流负载预测需求电流值，生成PWM控制信号，预测控制双向DC/AC变换器的流动方向和输出的电流值。
本发明所取得的有益技术效果是：本发明能够灵活控制多个供电电源之间到负载的功率流动值，方便协调多种不同的电源进行匹配供电。本发明主要改进点在于根据直流负载、交流负载以及新能源系统、电池等，实现多种负载和多种电源之间进行功率快速匹配，充分利用最大限度的利用新能源的同时，保证能量有序的流动，避免功率之间流动不及时，造成的新能源为充分利用。通过负载与供电电源之间的协调，保证光伏系统处于最大功率跟踪，更优选的，能够通过计算的光伏系统的输出的参考值，预测性的控制DC/AC变换器，提高变换器的控制效率。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明的一种功率流动控制方法的示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
如图1所示，为本发明提出的一种功率流动控制方法示意图，包括光伏系统、直流双向变流器、双向DC/AC变换器、最大功率跟踪器、控制器、储能系统、直流负载、交流负载，所述直流负载连接在所述直流双向变流器、双向DC/AC变换器之间；所述方法包括如下步骤：
建立光伏系统功率跟踪模型，求取光伏系统输出最大跟踪电流；
求取电网谐波补偿电流；
求取直流负载需求电流、求取交流负载电流；
根据求取的最大跟踪电流、电网谐波补偿电流、直流负载需求电流、交流负载电流，控制器控制光伏系统、储能系统、电网的功率，通过控制直流双向变流器、双向DC/AC变换器实现功率快速流动控制。
所述的功率流动控制方法，所述双向DC/AC变换器包括至少两个并联的DC/AC变换器，互为备用，所述备用包括两种方式：
方式一，当其中一个故障时，另一个快速投入使用；
方式二，当两个都正常时，功率流动未超过单个DC/AC变换器的使用功率时，选择任意一个DC/AC变换器执行功率流动，功率流动超过单个DC/AC变换器的使用功率时，同时投入两个DC/AC变换器，两个DC/AC变换器平均流通功率值。
所述的功率流动控制方法，实现功率快速流动控制具体包括：当光伏系统输出功率超过直流负载需求时，将超过的功率通过所述双向DC/AC变换器输送到电网中，所述双向DC/AC变换器此时处于逆变模式；当光伏系统输出功率低于过直流负载需求时，通过光伏系统和电网供应直流负载电能，所述双向DC/AC变换器此时处于整流模式，当电网停电或故障时，通过电池给直流负载供电。
所述的功率流动控制方法，所述建立光伏系统功率跟踪模型，求取光伏系统输出最大跟踪电流具体包括：设定单个太阳能电池模型，模型输出的电流为：
Figure BDA0002190938570000051
其中，设定模型开路时，开路电压为Voc，则开路时，i＝0；v＝VOC，VOC≈C；
模型短路时，短路电路ISC，i＝ISC；v＝0；
Figure BDA0002190938570000052
则A≈Isc；则B和D在最大功率跟踪点是确定的；则最大功率跟踪点时的电流为：
Figure BDA0002190938570000061
其中，i＝IMPPT，v＝VMPPT；A≈Isc；C≈VOC；IMPPT为最大功率跟踪的电流，VMPPT为最大功率跟踪的电压；
进行求导，得出：
Figure BDA0002190938570000062
通过公式(2)-(3)可以求得：
Figure BDA0002190938570000063
Figure BDA0002190938570000064
通过上述设定的模型，即可确定最大功率跟踪的输出电流IMPPT和电压VMPPT以及最大功率跟踪的输出功率。
所述的功率流动控制方法，考虑直流负载得电流Id，根据交流负载的谐波电流值，求取控制光伏系统最大功率输出电流值，求取双向DC/AC变换器的输出电流值，计算方式如下：
Pn＝Vn×In (6)
Pp＝Vp×Ip (7)
其中，Pn为以前输出的功率值，Pp为当前输出的功率值，Vn、In为以前变化的电压和电流，Vp、Ip为当前变化的电压和电流；设定初始最大功率的运行点对应的参考电压为Vref1，当光伏系统的太阳能电池的输出电压为Vref1时，功率输出值为Pmax，以参考电压为横坐标，功率输出值为纵坐标，建立平面直角坐标系，则以参考电压Vref1为横坐标形成的直线将功率输出值分为左区域和右区域，左区域和右区域对应的功率值均小于Pmax；
当Pn>Pp时，需要重新确定光伏系统输出参数是否准备就绪；
当Pn＝Pp时，此时光伏系统处于最大功率点；
当Pn<Pp时，如果Vn>Vp，光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点，且功率输出点由左区域移动到右区域，此时，最大功率运行点对应的参考电压Vref2从左区域向右区域减小；如果Vn>Vp，光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点，且功率输出点由右区域移动到左区域，此时，最大功率运行点对应的参考电压Vref3从左区域向右区域增加；
光伏系统双向DC/AC变换器输出的参考电流为：
Iref＝[KP(Vc *-Vc)+KI∫(V* c-Vc)dt-(IMPPT-Id)]×sin(wt) (8)
其中，Vc *是参考电压，KP、KI为PI控制器的固定参数，IMPPT为公式(2)计算的最大跟踪电流，Vc为实时电压；Id为直流负载需求电流；
光伏系统双向DC/AC变换器的实际输出电流为：
IPWM＝Iref+Ic (9)
其中，Ic是为了消除谐波而采取的补偿电流，
电网电压定义为：
Figure BDA0002190938570000071
Figure BDA0002190938570000072
其中，Vm为双向DC/AC变换器输出电压幅值，Im为双向DC/AC变换器输出电流幅值，Ir为IL(t)减去Imsin(wt)剩下的电流值；w为双向DC/AC变换器输出交流电相位角
得出补偿电流Ic的参考值为：
Figure BDA0002190938570000073
根据公式(9)确定双向DC/AC变换器输出的电流IPWM，控制器生成PWM波，输出到双向DC/AC变换器进行开关控制，双向DC/AC变换器输出交流电到电网中，满足光伏系统并网和供给直流负载需求，控制功率流动。
所述的功率流动控制方法，所述直流负载包括LED灯，所述控制器包括亮度检测单元、直流负载电流调节单元、PWM生成单元，所述亮度检测单元用于根据检测的亮度控制LED灯点亮，所述直流负载电流调节单元调节点亮LED灯的电流值Id，并将Id输出到PWM生成单元。
所述亮度检测单元用于检测环境的亮度信息，其将检测的亮度信息与预设阈值进行比较，当低于所述预设阈值时，输出一连串脉冲信号给直流负载启动单元，用于启动直流负载，直流负载收到启动信号后，在直流负载电流调节单元控制下，调节电流值，根据调节的电流值调节直流负载的运行模式，如LED点亮的亮度等。
所述的功率流动控制方法，所述交流负载包括空调、冰箱、电动机。
所述控制器还包括预测控制单元，所述预测控制单元根据光伏系统和直流负载预测需求电流值，生成PWM控制信号，预测控制双向DC/AC变换器的流动方向和输出的电流值。
本发明所取得的有益技术效果是：本发明能够灵活控制多个供电电源之间到负载的功率流动值，方便协调多种不同的电源进行匹配供电。本发明主要改进点在于根据直流负载、交流负载以及新能源系统、电池等，实现多种负载和多种电源之间进行功率快速匹配，充分利用最大限度的利用新能源的同时，保证能量有序的流动，避免功率之间流动不及时，造成的新能源为充分利用。通过负载与供电电源之间的协调，保证光伏系统处于最大功率跟踪，更优选的，能够通过计算的光伏系统的输出的参考值，预测性的控制DC/AC变换器，提高变换器的控制效率。
所述光伏系统连接依次连接直流双向变流器、双向DC/AC变换器和电网，所述最大功率跟踪器连接在光伏系统和控制器之间，所述储能系统、直流负载连接在直流双向变流器、双向DC/AC变换器之间，所述交流负载连接电网。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种功率流动控制方法，其特征在于，包括光伏系统、直流双向变流器、双向DC/AC变换器、最大功率跟踪器、控制器、储能系统、直流负载、交流负载，所述直流负载连接在所述直流双向变流器、双向DC/AC变换器之间；所述方法包括如下步骤：
建立光伏系统功率跟踪模型，求取光伏系统输出最大跟踪电流；
求取电网谐波补偿电流；
求取直流负载需求电流、求取交流负载电流；
根据求取的最大跟踪电流、电网谐波补偿电流、直流负载需求电流、交流负载电流，控制器控制光伏系统、储能系统、电网的功率，通过控制直流双向变流器、双向DC/AC变换器实现功率快速流动控制；所述双向DC/AC变换器包括至少两个并联的DC/AC变换器，互为备用，所述备用包括两种方式：
方式一，当其中一个故障时，另一个快速投入使用；
方式二，当两个都正常时，功率流动未超过单个DC/AC变换器的使用功率时，选择任意一个DC/AC变换器执行功率流动，功率流动超过单个DC/AC变换器的使用功率时，同时投入两个DC/AC变换器，两个DC/AC变换器平均流通功率值；实现功率快速流动控制具体包括：当光伏系统输出功率超过直流负载需求时，将超过的功率通过所述双向DC/AC变换器输送到电网中，所述双向DC/AC变换器此时处于逆变模式；当光伏系统输出功率低于过直流负载需求时，通过光伏系统和电网供应直流负载电能，所述双向DC/AC变换器此时处于整流模式，当电网停电或故障时，通过电池给直流负载供电；所述建立光伏系统功率跟踪模型，求取光伏系统输出最大跟踪电流具体包括：设定单个太阳能电池模型，模型输出的电流为：
Figure FDA0002573643890000011
其中，设定模型开路时，开路电压为Voc，则开路时，i＝0；v＝VOC，VOC≈C；
模型短路时，短路电流为ISC，i＝ISC；v＝0；
Figure FDA0002573643890000012
则A≈ISC；则B和D在最大功率跟踪点是确定的；则最大功率跟踪点时的电流为：
Figure FDA0002573643890000013
其中，i＝IMPPT，v＝VMPPT；A≈ISC；C≈VOC；IMPPT为最大功率跟踪的电流，VMPPT为最大功率跟踪的电压；
进行求导，得出：
Figure FDA0002573643890000021
通过公式(2)-(3)可以求得：
Figure FDA0002573643890000022
Figure FDA0002573643890000023
通过上述设定的模型，即可确定最大功率跟踪的输出电流IMPPT和电压VMPPT以及最大功率跟踪的输出功率。
2.如权利要求1所述的功率流动控制方法，其特征在于，考虑直流负载得电流Id，根据交流负载的谐波电流值，求取控制光伏系统最大功率输出电流值，求取双向DC/AC变换器的输出电流值，计算方式如下：
Pn＝Vn×In (6)
Pp＝Vp×Ip (7)
其中，Pn为以前输出的功率值，Pp为当前输出的功率值，Vn、In为以前变化的电压和电流，Vp、Ip为当前变化的电压和电流；设定初始最大功率的运行点对应的参考电压为Vref1，当光伏系统的太阳能电池的输出电压为Vref1时，功率输出值为Pmax，以参考电压为横坐标，功率输出值为纵坐标，建立平面直角坐标系，则以参考电压Vref1为横坐标形成的直线将功率输出值分为左区域和右区域，左区域和右区域对应的功率值均小于Pmax；
当Pn＞Pp时，需要重新确定光伏系统输出参数是否准备就绪；
当Pn＝Pp时，此时光伏系统处于最大功率点；
当Pn＜Pp时，如果Vn＞Vp，光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点，且功率输出点由左区域移动到右区域，此时，最大功率运行点对应的第一参考电压Vref2从左区域向右区域减小；如果Vn＜Vp，光伏系统中的太阳能电池阵列的运行点超过最大功率运行点，且功率输出点由右区域移动到左区域，此时，最大功率运行点对应的第二参考电压Vref3从左区域向右区域增加；
光伏系统双向DC/AC变换器输出的参考电流为：
Iref＝[KP(Vc *-Vc)+KI∫(Vc *-Vc)dt-(IMPPT-Id)]×sin(wt) (8)
其中，Vc *是第三参考电压，KP、KI为PI控制器的固定参数，IMPPT为公式(2)计算的最大跟踪电流，Vc为实时电压；Id为直流负载需求电流；
光伏系统双向DC/AC变换器的实际输出电流为：
IPWM＝Iref+Ic (9)
其中，Ic是为了消除谐波而采取的补偿电流，
电网电压定义为：
Figure FDA0002573643890000031
Figure FDA0002573643890000032
其中，Im为双向DC/AC变换器输出电流幅值，Ir为IL(t)减去Imsin(wt)剩下的电流值；w为双向DC/AC变换器输出交流电相位角
得出补偿电流Ic的参考值为：
Figure FDA0002573643890000033
根据公式(9)确定双向DC/AC变换器输出的电流IPWM，控制器生成PWM波，输出到双向DC/AC变换器进行开关控制，双向DC/AC变换器输出交流电到电网中，满足光伏系统并网和供给直流负载需求，控制功率流动。
3.如权利要求2所述的功率流动控制方法，其特征在于，所述直流负载包括LED灯，所述控制器包括亮度检测单元、直流负载电流调节单元、PWM生成单元，所述亮度检测单元用于根据检测的亮度控制LED灯点亮，所述直流负载电流调节单元调节点亮LED灯的电流值Id，并将Id输出到PWM生成单元。
4.如权利要求3所述的功率流动控制方法，其特征在于，所述交流负载包括空调、冰箱和电动机。
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