[发明专利]一种离线系数拟合的光伏发电系统主动减载方法

摘要

一种离线系数拟合的光伏发电系统主动减载方法，其特点是，包括光伏电池的数学模型建立、离线系数拟合控制、主动减载控制和并网逆变器控制等步骤：在Matlab仿真平台中建立光伏电池的数学模型，获取不同温度和光照强度下光伏输出最大功率，离线系数拟合控制将最大功率与温度和光照强度根据已知的函数形式进行离线数据拟合，获取拟合系数；通过检测外界环境的温度和光照强度，可以方便地计算出光伏输出最大功率；主动减载控制通过比较当前光伏输出功率与目标功率，即光伏最大功率主动减载后的功率的大小关系，调整输出电压实现主动减载控制，所采用的方法提高了最大功率估计值和减载率的准确度。具有方法科学合理，适用性强，效果佳等优点。

主权项

1.一种离线系数拟合的光伏发电系统主动减载方法，它包括并网逆变器控制，所述并网逆变器控制为采用两级式并网光伏发电系统，前级DC/DC变换电路通过改变占空比控制输出电压，进而可实现对光伏电池输出功率的主动减载控制；后级DC/AC逆变电路的作用为稳定直流侧电压和控制并网电流，两级式并网逆变器实现并网逆变和主动减载控制独立控制，为光伏系统在外界环境变化中通过离线拟合最大功率为主动减载控制提供条件，其特征是，它还包括：光伏电池数学模型的建立、离线系数拟合控制、主动减载控制；1)光伏电池数学模型的建立光伏电池的输出电流和电压的关系采用工程数学模型，只需要I_sc、V_oc、I_m和V_m四个参数便可以搭建光伏电池模型，用式(1)～(3)表示：式中：I_PV为光伏电池的输出电流；V_PV为光伏电池的输出电压；I_sc为光伏电池的短路电流；V_oc为光伏电池的开路电压；I_m为光伏电池输出最大功率点的电流；V_m为光伏电池输出最大功率点的电压；考虑外界环境的变化对I_sc、V_oc、I_m和V_m四个参数的影响，引入温度和光照强度对I_sc、V_oc、I_m和V_m四个参数进行修正：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标准环境的温度25℃；S₀为标准环境的光照强度1000W/m²；T当前环境的温度；S为当前环境的光照强度；I_sc0为I_sc在标准环境下的取值；V_oc0为V_oc在标准环境下的取值；I_m0为I_m在标准环境下的取值；V_m0为V_m在标准环境下的取值；α为电流温度系数；β为电压温度系数，γ为光照系数；由光伏电池串并联组成的光伏阵列的输出电流、电压关系为式(8)：式中：m为光伏阵列并联电池组；n为光伏阵列串联电池个数；2)离线系数拟合控制光伏阵列由多块相同型号的光伏电池串并联组成，每组并联电池的串联电池个数相同，不考虑光伏阵列多峰值和阴影遮挡的影响，仅考虑温度和光照强度对光伏输出的影响，因此采用温度和光照强度来估算光伏阵列最大功率，光伏阵列最大输出功率P_m与温度T和光照强度S的关系为式(9)：P_m(T,S)＝mn(a₁T²+a₂T+a₃S²+a₄S+a₅TS+a₆)           (9)式中：a₁～a₆为拟合系数；m为光伏阵列并联电池组数；n为光伏阵列和串联电池个数；选取一块光伏电池，即m＝n＝1，温度范围为0～50℃，间隔为5℃，光照强度范围为100～1000W/m²，间隔100W/m²，在最大功率点跟踪控制下获取光伏电池在不同温度和光照强度下的最大功率P_m，将温度T、光照强度S以及对应的最大功率P_m的数据导入Matlab，根据式(9)基本形式，利用曲线拟合工具箱CFtool拟合得到系数a₁～a₆的数值；当外界环境发生变化时，检测光伏电池的外界的温度T和光照强度S，在线修正光伏阵列最大功率P_m；3)主动减载控制在P‑V特性曲线右侧，随着输出电压V_PV的提高，输出功率P_PV单调减小，而减载率d％单调增加，模拟传统同步发电机的功率‑频率特性，设计光伏系统的减载率‑频率特性曲线，初始条件下光伏系统降低功率输出作为备用功率，在调频期间根据频率偏差改变减载率d％，进而改变有功输出参与调频控制；检测光伏系统外界环境的温度和光照强度，根据式(9)计算出功率最大值P_m，计算出减载d％后的目标输出功率(1‑d％)·P_m，判断(1‑d％)·P_m与当前光伏输出功率P_PV大小关系：a.如果(1‑d％)·P_m>P_PV，减小输出电压V_PV；b.如果(1‑d％)·P_m<P_PV，增加输出电压V_PV；c.如果(1‑d％)·P_m＝P_PV，维持输出电压V_PV不变；光伏系统的输出电压V_PV是通过改变占空比实现，进而调整光伏系统的有功功率输出，最终实现减载d％的目标。