[发明专利]无储能装置的在线式光伏发电微电网控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏分布式发电技术和微电网，特别涉及一种无储能装置（如蓄电池、各种电容等）的在线式光伏发电微电网控制系统及方法。

背景技术

随着常规能源的逐步消耗，可再生能源日益引起人们的关注。太阳能以其安全、清洁、便于安装而受到亲睐，为改善我国能源结构，节能环保，缓减对传统能源的依赖发挥越来越大的作用。

随着科技的进步，光伏组件的造价大幅降低，为分布式发电的推广创造了良好的条件。所谓分布式发电，通常是指布置在用户附近的一种模块化、小功率、分散式发电形式。

分布式发电相对外电网来说是一个不可控电源，因此外电网往往对分布式发电采取限制、隔离的方式来处置，以期减小其对外电网的冲击。为了保证电网的稳定可靠，国家对分布式能源的入网标准有专门规定：当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行。当然这也从另一个侧面限制了分布式能源效能的发挥。为了协调外电网与分布式电源间的矛盾，人们提出了微电网的概念。微电网从系统观点看问题，将微电源（小于10Kw的分布式电源）、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的整体，并与外电网一起向用户提供电能。

经过对现有技术的公开文献检索发现，中国专利公开号：CN101697421A，（公开日2010.04.21，）该技术公开了一种微电网光伏微电源控制系统，以及查阅目前国内外对微电网的研究情况，所有的设计均离不开储能装置，（一般为蓄电池），考虑到蓄电池寿命有限、能量密度低（笨重）、成本高、有污染，对新能源及微电网的应用均有掣肘，所以若能在一般小型化的实际应用中去掉蓄电池等储能装置，无疑会提高新能源及微电网应用的可靠性，降低成本，促进新能源的推广使用。

为了解决目前电力供应不足的紧张状况，很多用户在谋求采用分布式发电来作为补充。另一方面鉴于分布式电源入网标准的严格限定，力求两网（用户设计的微电网与外电网）隔离，既起到省电效果而又不希望向电网反馈电能，以免影响外电网的稳定可靠。

发明内容

本发明旨在针对实际应用的需求及现有技术的的上述不足，提供一种无储能装置（如蓄电池、各种电容等）的在线式光伏发电微电网控制系统及方法。

本发明在设计上将外电网看成为一个容量为无穷大的储能装置，可实时提供所需电能；在结构上将微电网设计成外电网的负载模式（只从外电网单向取电），杜绝分布式发电因并网而可能对外电网造成的干扰；在控制上通过实时监测负载变化和功率跟踪及逆变技术，从外电网获取必需的最少电能。正常工作时，微电网和外电网同时向负载供电，当负载变化或微电网供电不足时，外电网自动切入补充电能不足部分。本发明技术是专门针对无储能装置光伏发电微电网进行的一种控制策略。

为实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种无储能装置的在线式光伏发电微电网控制系统，该系统包括：光伏组件、功率控制器、并网逆变系统、电流检测装置以及逆功率保护器，光伏组件通过功率控制器与并网逆变系统连接，并网逆变系统输出与电网电流并网同时向负载供电；功率控制器使光伏发电系统处于一种变功率输出状态，根据负载的变化动态调整光伏发电系统的输出功率；电流检测装置检测电网电流大小及相位，作为并网逆变系统的电流反馈控制信号；逆功率保护器位于微电网与外电网之间，阻止微电网向外电网输送电流。

所述并网逆变系统由DC/DC变换器、DC/AC变换器、微处理器共同构成，其中：

功率控制器输出接到并网逆变系统输入端，先经过DC/DC变换器将光伏电池发出的直流电转换为并网逆变系统所需的直流电压，采用的实现方法是全桥式升压电路；

DC/AC变换器利用前级DC/DC变换器提供的直流高压作为输入，采用全桥逆变电路，通过四个主功率MOSFET管组成的全桥逆变电路，再经过输出滤波电路产生所需的正弦220V/50Hz交流电，始终工作在并网模式；

DC/AC变换器采用电流PWM反馈控制技术，将采样得到的输出电流转换成电压，与DA转换电路产生的参考正弦波电压做PI调节，PI调节后得到的正弦波电压经过死区电路后与参考三角波作比较，通过脉冲宽度调制原理，得到当时的脉冲宽度；

微处理器负责电压、电流信号采集，过零检测，逆变时钟、逆变输出控制及通讯功能；微处理器实时检测电流检测装置送来的电流反馈信号，确保逆变电流与外电网电流同频同相，一起向负载供电，同时判断电网向负载供电电流的大小，并以此来确定该微电网控制系统工作的模式。