專利名稱：一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏發(fā)電和混成控制理論領(lǐng)域，尤其是一種一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
以光生伏打效應(yīng)來(lái)利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，在近幾十年得到了廣泛應(yīng)用，被視為一種有效地利用太陽(yáng)能的形式。目前，我國(guó)在建和建成的光伏電站處于上升趨勢(shì)。但是，光伏電池只有在有光照的條件下才能產(chǎn)生電能，在沒(méi)有光照的條件下，整個(gè)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)基本處于閑置狀態(tài)，然而，隨著光伏電站容量的不斷增大，如何更加有效地利用并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)越來(lái)越受到人們的重視。從并網(wǎng)光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(附圖1)可以看出，如果將逆變器左側(cè)等效成直流電壓源或?qū)1左側(cè)部分去除，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與STATC0M或APF—樣，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定其應(yīng)用范圍。因此，本發(fā)明文以此為出發(fā)點(diǎn)，在光伏逆變器控制上采取諧波、無(wú)功、有功電流的控制策略。在有光照的條件下，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可以向電網(wǎng)提供有功；在沒(méi)有光照的條件下，系統(tǒng)可以為電網(wǎng)提供無(wú)功和抑制諧波電流，提高電能質(zhì)量。這樣，可以提高整個(gè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置及其控制方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種利用混成控制理論中的有限狀態(tài)機(jī)理論對(duì)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行劃分，在有光照條件和無(wú)光照條件下分別采取不同的子控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，提高整個(gè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的利用率，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方法易行。本發(fā)明的技術(shù)方案一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置，包括含有光伏陣列、 功率開(kāi)關(guān)器件、變壓器和電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于它包括至少兩組電壓采樣電路、 至少三組電流采樣電路、雙通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路、控制單元、顯示單元、 三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、加減運(yùn)算電路及諧波和無(wú)功電流檢測(cè)模塊；所述一組電壓采樣電路和一組電流采樣電路的輸入端采集光伏系統(tǒng)的輸出電壓和電流，其輸出端連接雙通道A/ D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；所述控制單元的輸入端連接雙通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和三通道 A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，其輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的輸入端和顯示模塊的輸入端； 所述驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的輸出端將信號(hào)傳送到光伏系統(tǒng)中的功率開(kāi)關(guān)器件中；所述三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接加減運(yùn)算電路的輸出端；所述加減運(yùn)算電路的輸入端連接另一組采集變壓器進(jìn)端電流信號(hào)的電流采樣電路的輸出端和諧波和無(wú)功電流檢測(cè)模塊的輸出端；所述諧波和無(wú)功電流檢測(cè)模塊的輸入端連接采集變壓器出端電壓電流信號(hào)的另一組電壓采樣電路和第三組電流采樣電路的輸出端。所述電壓采樣電路由電壓互感器PT、電阻R15、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻 R14、電容C11、電容C12、二極管D11、二極管D12、電感Lll和電感L12構(gòu)成；其連接為常規(guī)連接。
所述電流采樣電路由電壓互感器CT、電阻R25、電阻R21、電阻R22、電阻R23、電阻 R24、電容C21、電容C22、二極管D21、二極管D22、電感L21和電感L22構(gòu)成；其連接為常規(guī)連接。所述控制單元由DSP芯片、單片機(jī)芯片和CY7C136芯片構(gòu)成，所述DSP芯片的輸入端連接雙通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，其輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的輸入端，同時(shí)與單片機(jī)芯片呈雙向連接；所述單片機(jī)芯片的輸出端連接顯示模塊的輸入端。所述DSP芯片采用TMS320F206DSP芯片，所述單片機(jī)芯片采用P89V51RD2芯片。所述驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路由光電隔離電路和功率放大電路組成，其連接為常規(guī)連接。一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)分析并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作模式，得出工作模式的個(gè)數(shù)；在有光照的情況下，光伏陣列有電能的輸出，向電網(wǎng)提供電能，將此工作模式稱為子模式1 ；在沒(méi)有光照的條件下，光伏陣列沒(méi)有電能的輸出，但是對(duì)于此時(shí)的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)采取控制，使其向電網(wǎng)提供無(wú)功和抑制諧波電流，此工作模式稱之為子模式2 ；(2)根據(jù)光伏陣列有無(wú)電能的輸出，光伏陣列電能的輸出與光照強(qiáng)度是否有關(guān)，設(shè)定兩種工作模式之間的轉(zhuǎn)換條件，即當(dāng)光照強(qiáng)度S ^ 0. lKw/m2時(shí)且光伏陣列有電能輸出， 系統(tǒng)工作在子模式1，當(dāng)光照強(qiáng)度S < 0. lKw/m2時(shí)，光伏陣列沒(méi)有電能的輸出，系統(tǒng)工作模式切換到工作模式2，反之亦然；(3)在子模式1下采取并網(wǎng)光伏系統(tǒng)向系統(tǒng)提供有功電能的子控制策略1，在子模式2下采取并網(wǎng)光伏系統(tǒng)向系統(tǒng)提供無(wú)功和抑制諧波電流的子控制策略2 ；(4)利用混成控制理論中的有限狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)子控制策略的切換。所述步驟(3)中的子控制策略1采取的是電壓電流雙閉環(huán)控制策略，子控制策略 2采取的是基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論來(lái)檢測(cè)無(wú)功電流和諧波電流的控制策略。本發(fā)明的優(yōu)越性在于利用混成控制理論中的有限狀態(tài)機(jī)理論對(duì)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行劃分，在有光照條件和無(wú)光照條件下分別采取不同的子控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，結(jié)合高性能的DSP芯片，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，提高變換器的控制精度，降低故障率。同時(shí)通過(guò)選用單片機(jī)P89V51RD2來(lái)處理顯示和與外部設(shè)備通訊等以減輕 DSP的負(fù)擔(dān)，提高整個(gè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的利用率。


圖1為本發(fā)明所涉一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所涉一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置中電壓采樣電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所涉一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置中電流采樣電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明所涉一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置中單片機(jī)與DSP連接示意圖；圖5為本發(fā)明所涉一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置中驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明所涉一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置控制方法中電壓電流雙閉環(huán)控制策略結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明所涉一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置控制方法中無(wú)功和諧波電流檢測(cè)控制策略結(jié)構(gòu)圖；圖8為本發(fā)明所涉一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置控制方法中基于混成控制理論的有限狀態(tài)機(jī)示意圖.
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置(見(jiàn)圖1)，包括含有光伏陣列、功率開(kāi)關(guān)器件、變壓器和電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于它是由至少兩組電壓采樣電路、至少三組電流采樣電路、雙通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路、控制單元、顯示單元、三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、加減運(yùn)算電路及諧波和無(wú)功電流檢測(cè)模塊構(gòu)成；所述一組電壓采樣電路和一組電流采樣電路的輸入端采集光伏系統(tǒng)的輸出電壓和電流，其輸出端連接雙通道A/ D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；所述控制單元的輸入端連接雙通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和三通道 A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，其輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的輸入端和顯示模塊的輸入端； 所述驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的輸出端將信號(hào)傳送到光伏系統(tǒng)中的功率開(kāi)關(guān)器件中；所述三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接加減運(yùn)算電路的輸出端；所述加減運(yùn)算電路的輸入端連接另一組采集變壓器進(jìn)端電流信號(hào)的電流采樣電路的輸出端和諧波和無(wú)功電流檢測(cè)模塊的輸出端；所述諧波和無(wú)功電流檢測(cè)模塊的輸入端連接采集變壓器出端電壓電流信號(hào)的另一組電壓采樣電路和第三組電流采樣電路的輸出端。所述電壓采樣電路(見(jiàn)圖2)由電壓互感器PT、電阻R15、電阻R11、電阻R12、電阻 R13、電阻R14、電容C11、電容C12、二極管D11、二極管D12、電感Lll和電感L12構(gòu)成；其連
接為常規(guī)連接。所述電流采樣電路(見(jiàn)圖3)由電壓互感器CT、電阻R25、電阻R21、電阻R22、電阻 R23、電阻R24、電容C21、電容C22、二極管D21、二極管D22、電感L21和電感L22構(gòu)成；其連
接為常規(guī)連接。所述控制單元(見(jiàn)圖4)由DSP芯片、單片機(jī)芯片和CY7C136芯片構(gòu)成，所述DSP 芯片的輸入端連接雙通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，其輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的輸入端，同時(shí)與單片機(jī)芯片呈雙向連接；所述單片機(jī)芯片的輸出端連接顯示模塊的輸入端。所述DSP芯片(見(jiàn)圖4)采用TMS320F206DSP芯片，所述單片機(jī)芯片采用P89V51RD2芯片。所述驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路(見(jiàn)圖5)由光電隔離電路和功率放大電路組成，其連接為常規(guī)連接。一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置的控制方法(見(jiàn)圖6、圖7、圖8)，其特征在于包括以下步驟(1)分析并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作模式，得出工作模式的個(gè)數(shù)；在有光照的情況下，光伏陣列有電能的輸出，向電網(wǎng)提供電能，將此工作模式稱為子模式1 ；在沒(méi)有光照的條件下，光伏陣列沒(méi)有電能的輸出，但是對(duì)于此時(shí)的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)采取控制，使其向電網(wǎng)提供無(wú)功和抑制諧波電流，此工作模式稱之為子模式2 ；(2)根據(jù)光伏陣列有無(wú)電能的輸出，光伏陣列電能的輸出與光照強(qiáng)度是否有關(guān)，設(shè)定兩種工作模式之間的轉(zhuǎn)換條件，即當(dāng)光照強(qiáng)度S ^ 0. lKw/m2時(shí)且光伏陣列有電能輸出， 系統(tǒng)工作在子模式1，當(dāng)光照強(qiáng)度S < 0. lKw/m2時(shí)，光伏陣列沒(méi)有電能的輸出，系統(tǒng)工作模式切換到工作模式2，反之亦然；(3)在子模式1下采取并網(wǎng)光伏系統(tǒng)向系統(tǒng)提供有功電能的子控制策略1，在子模式2下采取并網(wǎng)光伏系統(tǒng)向系統(tǒng)提供無(wú)功和抑制諧波電流的子控制策略2 ；(4)利用混成控制理論中的有限狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)子控制策略的切換(見(jiàn)圖8)。所述步驟(3)中的子控制策略1采取的是電壓電流雙閉環(huán)控制策略(見(jiàn)圖6)，子控制策略2采取的是基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論來(lái)檢測(cè)無(wú)功電流和諧波電流的控制策略。
權(quán)利要求
1.一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置，包括含有光伏陣列、功率開(kāi)關(guān)器件、變壓器和電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于它包括至少兩組電壓采樣電路、至少三組電流采樣電路、雙通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路、控制單元、顯示單元、三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、 加減運(yùn)算電路及諧波和無(wú)功電流檢測(cè)模塊；所述一組電壓采樣電路和一組電流采樣電路的輸入端采集光伏系統(tǒng)的輸出電壓和電流，其輸出端連接雙通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；所述控制單元的輸入端連接雙通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端， 其輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的輸入端和顯示模塊的輸入端；所述驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的輸出端將信號(hào)傳送到光伏系統(tǒng)中的功率開(kāi)關(guān)器件中；所述三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接加減運(yùn)算電路的輸出端；所述加減運(yùn)算電路的輸入端連接另一組采集變壓器進(jìn)端電流信號(hào)的電流采樣電路的輸出端和諧波和無(wú)功電流檢測(cè)模塊的輸出端；所述諧波和無(wú)功電流檢測(cè)模塊的輸入端連接采集變壓器出端電壓電流信號(hào)的另一組電壓采樣電路和第三組電流采樣電路的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置，其特征在于所述控制單元由DSP芯片、單片機(jī)芯片和CY7C136芯片構(gòu)成，所述DSP芯片的輸入端連接雙通道A/ D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，其輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的輸入端，同時(shí)與單片機(jī)芯片呈雙向連接；所述單片機(jī)芯片的輸出端連接顯示模塊的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置，其特征在于所述 DSP芯片采用TMS320F206DSP芯片，所述單片機(jī)芯片采用P89V51RD2芯片。
4.一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)分析并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作模式，得出工作模式的個(gè)數(shù)；在有光照的情況下， 光伏陣列有電能的輸出，向電網(wǎng)提供電能，將此工作模式稱為子模式1 ；在沒(méi)有光照的條件下，光伏陣列沒(méi)有電能的輸出，但是對(duì)于此時(shí)的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)采取控制，使其向電網(wǎng)提供無(wú)功和抑制諧波電流，此工作模式稱之為子模式2 ；(2)根據(jù)光伏陣列有無(wú)電能的輸出，光伏陣列電能的輸出與光照強(qiáng)度是否有關(guān)，設(shè)定兩種工作模式之間的轉(zhuǎn)換條件，即當(dāng)光照強(qiáng)度S ^ 0. lKw/m2時(shí)且光伏陣列有電能輸出，系統(tǒng)工作在子模式1，當(dāng)光照強(qiáng)度S < 0. lKw/m2時(shí)，光伏陣列沒(méi)有電能的輸出，系統(tǒng)工作模式切換到工作模式2，反之亦然；(3)在子模式1下采取并網(wǎng)光伏系統(tǒng)向系統(tǒng)提供有功電能的子控制策略1，在子模式2 下采取并網(wǎng)光伏系統(tǒng)向系統(tǒng)提供無(wú)功和抑制諧波電流的子控制策略2 ；(4)利用混成控制理論中的有限狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)子控制策略的切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置的控制方法，其特征在于所述步驟(3)中的子控制策略1采取的是電壓電流雙閉環(huán)控制策略，子控制策略2采取的是基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論來(lái)檢測(cè)無(wú)功電流和諧波電流的控制策略。
全文摘要
一種并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的混成控制裝置，它包括至少兩組電壓采樣電路、至少三組電流采樣電路、雙通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路、控制單元、顯示單元、三通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、加減運(yùn)算電路及諧波和無(wú)功電流檢測(cè)模塊；其控制方法為分析工作模式、設(shè)定轉(zhuǎn)換條件、控制策略、切換檢測(cè)；其優(yōu)越性在于變換器的控制精度，降低故障率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方法易行，可以提高整個(gè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的利用率。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102299525SQ20111026591
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者劉思佳, 周雪松, 李滿, 田程文, 馬幼捷 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)