一種基于同步boost的高效能太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電控制系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種高效能的太陽能光伏發(fā) 電控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是影響國家安全的重要因素。傳 統(tǒng)的石化能源屬于不可再生能源，面臨著枯竭的危險，同時，由于燃燒石化燃料，給大氣造 成了重度污染。
[0003] 為了解決能源供應(yīng)這一重大問題，全世界的各個國家都加快了對新能源的開發(fā)。 太陽能作為一種清潔能源，具有以下幾個特點(diǎn)：第一，取之不盡；第二，易于獲取，普遍存 在；第三，清潔，無污染。
[0004] 太陽能的開發(fā)利用是解決傳統(tǒng)石化能源帶來的能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等 問題的有效途徑，是人類發(fā)展的理想替代能源。太陽能的利用主要包括光熱利用（例如熱 力子發(fā)電、屋頂?shù)奶柲軣崴鞯龋?、太陽能光伏發(fā)電、光化利用等。太陽能光伏發(fā)電正在由 邊遠(yuǎn)農(nóng)村和特殊應(yīng)用向并網(wǎng)發(fā)電和與建筑結(jié)合供電的方向發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電已由補(bǔ)充 能源向替代能源過渡。
[0005] 我國光伏產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，于90年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時期，太陽能 電池及組件產(chǎn)量逐年增加，目前已躍居全球第一。
[0006] 在國家一系列優(yōu)惠政策的刺激下，我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，2012年年底我國光伏 發(fā)電裝機(jī)容量累計達(dá)到700萬千瓦，2013年年底達(dá)到1716萬千瓦，2014年達(dá)到了 2805萬千 瓦。
[0007] 我國太陽能光伏發(fā)電主要以大規(guī)模光伏電站為主，集中式逆變器成本低，具有很 大的優(yōu)勢，但是我國光伏電站普遍存在太陽能光伏電池板能效低的問題，同時還存在太陽 能光伏電池板使用壽命低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控制系 統(tǒng)，該系統(tǒng)能提高太陽能光伏電池板能效，同時延長太陽能光伏電池板使用壽命。
[0009] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控 制方法，該方法可基于上述系統(tǒng)達(dá)到上述效果。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā) 電控制系統(tǒng)，用于串接于k組太陽能光伏電池板和電網(wǎng)之間，每一組太陽能光伏電池板包 括若干個相互串接的太陽能光伏電池板，所述控制系統(tǒng)包括控制單元，逆變單元，k個同步 boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路（升壓式變換電路），直流電壓檢測裝置，交流電流檢測裝置和交 流電壓檢測裝置，其中：
[0011] 所述逆變單元的直流輸入端與所述k個同步boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連 接，所述逆變單元的交流輸出端與所述電網(wǎng)連接，所述逆變單元的控制端與所述控制單元 的逆變單元PWM(脈寬調(diào)制）信號輸出端連接；
[0012] 所述k個同步boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端用于與所述k組太陽能光伏電池 板的輸出端分別對應(yīng)連接，所述k個同步boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路的控制端與所述控制單 元的k個同步boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路PWM信號輸出端分別對應(yīng)連接；
[0013] 所述直流電壓檢測裝置，其與逆變單元的直流母線連接，以檢測逆變單元的直流 電壓uDe，所述直流電壓檢測裝置還與控制單元的直流信號輸入端連接；
[0014] 所述交流電流檢測裝置串接于所述逆變單元和電網(wǎng)之間，以檢測逆變單元輸出的 交流電流is，所述交流電流檢測裝置還與控制單元的交流電流信號輸入端連接；
[0015] 所述交流電壓檢測裝置與逆變單元的交流輸出端連接，以檢測逆變單元輸出的交 流電壓us，所述交流電壓檢測裝置還與控制單元的交流電壓信號輸入端連接；
[0016] 所述控制單元還與k組太陽能光伏電池板連接，以獲取k組太陽能光伏電池板的 輸出端的輸出電壓upv] (j取1~k);所述控制單元包括第一比例積分控制器和第二比例積 分控制器；所述控制單元根據(jù)下述模型獲得逆變單元無功功率控制量Uq和逆變單元直流電 壓控制量ud:
[0017]
[0018]
[0019] 式中，kpl為第一比例積分控制器的比例系數(shù)；k為第一比例積分控制器 的積分系數(shù)；Qraf為設(shè)定的無功功率給定值；(^表示所述控制系統(tǒng)輸出的無功功率， % 4 吵，其中Us是由接收自交流電壓檢測裝置的交流電壓us得到的交流電 壓幅值，Is是由接收自交流電流檢測裝置的交流電流込得到的交流電流幅值，0表示交流 電壓與交流電流的夾角；kp2為第二比例積分控制器的比例系數(shù)，kl2為第二比例積分控制器 的積分系數(shù)；UDe。為設(shè)定的直流電壓給定值；
[0020] 所述控制單元將逆變單元無功功率控制量uq和逆變單元直流電壓控制量ud進(jìn)行 dq-abc派克反變換，得到與交流三相分別對應(yīng)的逆變單元PWM信號PWMa、PWMb、PWM。，控制單 元通過其逆變單元PWM信號輸出端將與交流三相分別對應(yīng)的逆變單元PWM信號PWMa、PWMb、 PWM。傳輸給逆變單元的控制端，以控制逆變單元的輸出電壓，使得控制系統(tǒng)輸出的無功功 率為Qraf，逆變單元的直流電壓為UDC。；
[0021] 所述控制單元根據(jù)下述模型獲得k個同步boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路PWM信號 PWMj(j取 1 ~k):
[0022]
[0023]
[0024] 所述控制單元通過其k個同步boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路PWM信號輸出端將k個同 步boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路PWM信號PWMj分別對應(yīng)同步傳輸給k個同步boost單元電壓 轉(zhuǎn)換電路的控制端，以通過控制k個同步boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路使得k組太陽能光伏電 池板每組同步實現(xiàn)MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤）控制，并且實現(xiàn)k個同步boost單元電壓轉(zhuǎn)換 電路損耗最小。
[0025] 本發(fā)明所述的基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，通過對k個 同步boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路的控制，實現(xiàn)對k組太陽能光伏電池板中每組太陽能光伏電 池板分別進(jìn)行MPPT控制。同時，通過對逆變單元的控制，控制逆變單元的輸出電壓，使得控 制系統(tǒng)輸出的無功功率為Qraf，逆變單元的直流電壓為UDe。，從而使得控制系統(tǒng)輸出的無功 功率和逆變單元的直流電壓趨于平穩(wěn)。本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)對k組太陽能光伏電池板中 每組太陽能光伏電池板分別進(jìn)行MPPT控制，大大提高了太陽能光伏電池板能效，同時延長 了太陽能光伏電池板使用壽命。此外，由于采取了并聯(lián)同步boost控制技術(shù)，解決了并聯(lián) boost控制不協(xié)調(diào)帶來的振蕩問題，使得本發(fā)明所述的k個同步boost單元電壓轉(zhuǎn)換電路損 耗最小，整體轉(zhuǎn)換效率高，并且拓展了太陽能光伏電池板輸出電壓范圍，應(yīng)用更加靈活。本 發(fā)明所述的控制系統(tǒng)成本較低，競爭力強(qiáng)。
[0026] 在本發(fā)明所述的基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中，所述將 逆變單元無功功率控制量uq和逆變單元直流電壓控制量ud進(jìn)行dq-abc派克反變換的變換 公式如下：
[0027]
[0028] 式中，0為交流電壓相位角，其可由接收自交流電壓檢測裝置的交流電壓us得到。
[0029] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng) 中，所述控制單元為數(shù)字信號處理器。
[0030] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng) 中，所述直流電壓檢測裝置包括直流電壓傳感器。
[0031] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng) 中，所述交流電壓檢測裝置包括交流電壓互感器。
[0032] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng) 中，所述交流電流檢測裝置包括交流電流傳感器。
[0033] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中， 所述第一比例積分控制器的比例系數(shù)kpl的范圍取0 <kpl< 100,第一比例積分控制的積 分系數(shù)ku的范圍取0 <ku< 10。
[0034] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中， 所述第二比例積分控制器的比例系數(shù)kp2的范圍取0 <kp2< 100,第二比例積分控制的積 分系數(shù)kl2的范圍取0 <k12< 10。
[0035] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于同步boost的高效能的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng) 中，所述逆變單元包括與交流三相連接的三相逆變結(jié)構(gòu)與公共直流母線電容，其中每相逆 變結(jié)構(gòu)均包括：第一IGBT(絕緣柵雙極型晶體管）、第二IGBT，其中所述第一IGBT的發(fā)射極 連接所述第二IGBT的集電極，所述第一IGBT的集電極通過所述公共直流母線電容與所述 第二IGBT的發(fā)射極連接，作為逆變單元的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端， 其與對應(yīng)相逆變單元PWM信號對應(yīng)的控制單元的逆變單元PWM信號輸出端相連，其中所述 第一IGBT和第二IGBT的控制端的信號相反，第二IGBT的集電極為逆變單元的交流輸出 端，所述公共直流母線電容兩端為逆變單元的直流輸入端，其電壓為逆變單元的直流電壓 Udc。
[0036] 上述方案中