[发明专利]独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，特别涉及独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法。

背景技术

现如今，太阳能因为分布广泛、储量巨大，具有安全无污染的特性受到了全世界的重视，已成最有可能得到大规模开发利用的可再生能源之一。

光伏发电系统主要由太阳能板、能量变换装置、储能装置、负载和能量管理系统组成，可并网运行，也可独立运行。对于离大电网较远的偏远地区，因独立光伏发电系统可较好的解决用户的用电需求，得到了快速的发展。

目前，为了优化光伏发电系统在有部分遮挡时的功率输出，提升发电效率，光伏阵列往往被分为多个功率相同的子阵列并联发电。通过为每个子阵列配备一个独立的直直变换器(DC/DC变换器)，可实现对每个子阵列的最大功率跟踪控制(MPPT),进而在有部分遮挡的条件下实现整个系统的输出功率最大化。

对于一个典型的独立光伏发电系统，光伏阵列分为了多个功率等级相同的子阵列并联发电形式，各子阵列通过DC/DC变换器实现并联。光伏发电系统的输出功率注入直流母线，用户负载则通过DC/AC逆变器从直流母线获取所需的功率，如图1所示。然而，因光伏发电功率随光照强度、温度等条件实时变化，而负载所需功率也随用户需求时刻变化，系统的供需之间往往存在功率不平衡问题。因此，在独立运行的光伏发电系统中通常会加入蓄电池储能单元来实现功率的供需平衡，如图1中蓄电池单元。因蓄电池的存在，发电功率和负载功率的差额功率可由蓄电池单元提供。然而，因为蓄电池容量的限制，在其充满电或过放电时会丧失功率平衡能力。此时，则需要增加合理的控制策略来保证系统功率供需平衡。

在蓄电池过放电时，如果出现供大于需的情况，可以将多余的功率存入蓄电池；而供小于需时，则可切除负载，减小负载所需功率直至其全部切除达到功率平衡。因此，在蓄电池过放电时的功率平衡控制方法单一，实现较为容易。在电池充满电时，如果供小于需，负载所需的功率可自动由蓄电池提供，无需外加额外的控制；而如果供大于需，由于蓄电池因充满电而丧失功率储存能力，为实现系统的功率供需平衡，则需要减小光伏发电功率或者增加额外的卸荷电路消耗过剩功率。经过调研可以发现，目前常用的做法为在光伏发电系统的直流母线处(如图1所示)接入无极卸荷电路进行卸荷，将多余的发电功率全部由卸荷电阻消耗，达到功率平衡的目的。然而，该方法需要增加卸荷电阻及其散热装置，不仅使系统的体积重量上升，而且大大增加了系统成本。因此，急需一套简单的无损功率平衡方法来实现独立运行光伏发电系统供大于需时的功率平衡。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法，其主要针对独立运行的光伏发电系统在太阳能充足，负载很轻而且蓄电池已经充满的“供大于需”情况下，通过控制使处于并联运行的各个光伏子阵列按照优化的顺序先后脱离最大功率跟踪运行，从而减小发电功率，达到功率平衡的目的。

本发明独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法包括以下步骤：

步骤1：检测直流母线电压V_dc，若其超过设定最大值V_dcmax，则判定系统处于供大于需且蓄电池已充满电的状态，此时转入步骤2；

步骤2：检测各光伏子阵列的输出功率P_oi并进行比较，对当前输出功率最大的光伏子阵列发出脱离MPPT控制指令；

步骤3：当底层MPPT控制器接收到指令后，进行脱离MPPT控制；所述的脱离MPPT控制为：通过控制与光伏子阵列连接的DC/DC变换器的占空比，使DC/DC变换器的输入电压按增大的方向运行；

步骤4：循环上述步骤，直到系统达到功率平衡状态，停止操作。

本发明的有益效果：

本发明独立光伏发电供大于需时的一种无损功率平衡法，在光伏发电功率高于负载所需功率时，通过控制使光伏子阵列按优化的顺序先后脱离MPPT运行，达到了减小发电功率，实现功率供需平衡的目的。采用本发明方法后，系统无需安装卸荷电路，可大幅降低系统的体积重量和成本。

附图说明