[發明專利]一種離線系數擬合的光伏發電系統主動減載方法

有效

• 申請號: 201810398622.2
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108491025B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 鐘誠;周順康;張毅;李碩;陳強;嚴干貴;王健
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種離線系數擬合的光伏發電系統主動減載方法，它包括并網逆變器控制，所述并網逆變器控制為采用兩級式并網光伏發電系統，前級DC/DC變換電路通過改變占空比控制輸出電壓，進而可實現對光伏電池輸出功率的主動減載控制；后級DC/AC逆變電路的作用為穩定直流側電壓和控制并網電流，兩級式并網逆變器實現并網逆變和主動減載控制獨立控制，為光伏系統在外界環境變化中通過離線擬合最大功率為主動減載控制提供條件，其特征是，它還包括：光伏電池數學模型的建立、離線系數擬合控制、主動減載控制；

1)光伏電池數學模型的建立

光伏電池的輸出電流和電壓的關系采用工程數學模型，只需要I_sc、V_oc、I_m和V_m四個參數便可以搭建光伏電池模型，用式(1)～(3)表示：

式中：I_PV為光伏電池的輸出電流；V_PV為光伏電池的輸出電壓；I_sc為光伏電池的短路電流；V_oc為光伏電池的開路電壓；I_m為光伏電池輸出最大功率點的電流；V_m為光伏電池輸出最大功率點的電壓；

考慮外界環境的變化對I_sc、V_oc、I_m和V_m四個參數的影響，引入溫度和光照強度對I_sc、V_oc、I_m和V_m四個參數進行修正：

V_oc＝V_oc0[1+β(T-T₀)]ln[e+γ(S-S₀)] (5)

V_m＝V_m0[1+β(T-T₀)]ln[e+γ(S-S₀)] (7)

式中：T₀標準環境的溫度25℃；S₀為標準環境的光照強度1000W/m²；T當前環境的溫度；S為當前環境的光照強度；I_sc0為I_sc在標準環境下的取值；V_oc0為V_oc在標準環境下的取值；I_m0為I_m在標準環境下的取值；V_m0為V_m在標準環境下的取值；α為電流溫度系數；β為電壓溫度系數，γ為光照系數；

由光伏電池串并聯組成的光伏陣列的輸出電流、電壓關系為式(8)：

式中：m為光伏陣列并聯電池組；n為光伏陣列串聯電池個數；

2)離線系數擬合控制

光伏陣列由多塊相同型號的光伏電池串并聯組成，每組并聯電池的串聯電池個數相同，不考慮光伏陣列多峰值和陰影遮擋的影響，僅考慮溫度和光照強度對光伏輸出的影響，因此采用溫度和光照強度來估算光伏陣列最大功率，光伏陣列最大輸出功率P_m與溫度T和光照強度S的關系為式(9)：

P_m(T,S)＝mn(a₁T²+a₂T+a₃S²+a₄S+a₅TS+a₆) (9)

式中：a₁～a₆為擬合系數；m為光伏陣列并聯電池組數；n為光伏陣列和串聯電池個數；

選取一塊光伏電池，即m＝n＝1，溫度范圍為0～50℃，間隔為5℃，光照強度范圍為100～1000W/m²，間隔100W/m²，在最大功率點跟蹤控制下獲取光伏電池在不同溫度和光照強度下的最大功率P_m，將溫度T、光照強度S以及對應的最大功率P_m的數據導入Matlab，根據式(9)基本形式，利用曲線擬合工具箱CFtool擬合得到系數a₁～a₆的數值；

當外界環境發生變化時，檢測光伏電池的外界的溫度T和光照強度S，在線修正光伏陣列最大功率P_m；

3)主動減載控制

在P-V特性曲線右側，隨著輸出電壓V_PV的提高，輸出功率P_PV單調減小，而減載率d％單調增加，模擬傳統同步發電機的功率-頻率特性，設計光伏系統的減載率-頻率特性曲線，初始條件下光伏系統降低功率輸出作為備用功率，在調頻期間根據頻率偏差改變減載率d％，進而改變有功輸出參與調頻控制；

檢測光伏系統外界環境的溫度和光照強度，根據式(9)計算出功率最大值P_m，計算出減載d％后的目標輸出功率(1-d％)·P_m，判斷(1-d％)·P_m與當前光伏輸出功率P_PV大小關系：

a.如果(1-d％)·P_m>P_PV，減小輸出電壓V_PV；

b.如果(1-d％)·P_m<P_PV，增加輸出電壓V_PV；

c.如果(1-d％)·P_m＝P_PV，維持輸出電壓V_PV不變；

光伏系統的輸出電壓V_PV是通過改變占空比實現，進而調整光伏系統的有功功率輸出，最終實現減載d％的目標。