一种光伏直流系统及其低电压穿越控制方法与流程

本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏直流系统及其低电压穿越控制方法。

背景技术：

随着传统能源的日益消耗和环境问题的日益严重，人们都在寻找能够替代传统能源的新型能源，因此，作为清洁无污染并且可再生的风能、太阳能等能源越来越受到人们的重视。

太阳能发电是利用光伏组件的光生伏特效应，将太阳能转化为电能的一种技术，太阳能发电设备主要包括光伏组件、控制器和逆变器/变换器三大部分，其中光伏组件包括太阳能电池板，太阳能电池板经过串联后进行封装保护，可形成大面积的太阳能组件，再配合上功率控制器等部件，就形成了太阳能发电装置。

mppt(maximumpowerpointtracking)，即最大功率跟踪，是采用最大功率跟踪控制器，实时侦测光伏组件发电电压，并控制电压值和电流值，使光伏组件的输出功率达到最大。

光伏直流并网系统的原理如图1所示，各光伏组件通过对应的dc/dc变流器连接直流母线。光伏直流并网系统的直流母线出现电压跌落时，会对系统的稳定运行造成影响。直流母线电压跌落是指在某一时刻直流母线的电压幅值突然偏离其正常的工作范围，但经过很短一段时间后又恢复到正常水平的现象。当直流母线电压发生跌落时，会对将光伏组件接入直流母线的dc/dc变换器产生冲击，使其输出电流产生波动，甚至发生过流，导致对应的光伏dc/dc变换器脱网，降低分布式发电的渗透率，严重的还会烧毁光伏dc/dc变换器。目前尚未有解决上述直流并网系统中由于直流母线电压跌落而造成光伏dc/dc变换器脱网的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光伏直流系统及其低电压穿越控制方法，用于解决光伏直流并网系统中直流母线电压跌落造成光伏dc/dc变换器脱网的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种光伏直流系统的低电压穿越控制方法，包括如下步骤：

(1)获取发生电压跌落后直流母线电压和dc/dc变换器并网侧的功率，将该功率作为穿越功率；

(2)在光伏组件的最大功率跟踪曲线上搜索当光伏组件的输出功率为穿越功率时对应的电压值，将该电压值作为对应光伏组件的穿越电压；

(3)控制光伏组件输出穿越电压和穿越功率，直到直流母线的电压恢复正常。

进一步的，在光伏组件的最大功率跟踪曲线的设定范围内搜索所述穿越电压。

进一步的，判断光伏组件最大功率跟踪曲线中电压下限值所对应的功率是否小于电压上限值所对应的功率；如果小于，则进行如下处理：

判断直流母线的电压是否大于光伏组件最大功率跟踪曲线中最大功率所对应的电压值；如果大于，则在光伏组件最大功率跟踪曲线的电压下限值与最大功率所对应的电压值之间搜索穿越电压；如果不大于，则在光伏组件最大功率跟踪曲线的电压下限值与直流母线电压值之间搜索穿越电压。

进一步的，判断光伏组件最大功率跟踪曲线的电压下限值所对应的功率是否大于其电压上限值所对应的功率；如果大于，则进行如下处理：

判断直流母线的电压是否大于光伏组件最大功率跟踪曲线中最大功率所对应的电压值；如果不大于，则在光伏组件最大功率跟踪曲线的电压下限值与直流母线电压值之间搜索穿越电压；如果大于，则进行如下处理：

判断直流母线的电压是否大于设定电压值；如果不大于，则在光伏组件最大功率跟踪曲线的电压下限值与其最大功率所对应的电压值之间搜索穿越电压；如果大于，则在光伏组件最大功率跟踪曲线中最大功率所对应的电压值与直流母线电压值之间搜索穿越电压；

在光伏组件最大功率跟踪曲线中，当光伏组件输出的电压为设定值时，对应的功率与其电压下限值所对应的功率相等。

进一步的，发生电压跌落后，根据电压发生跌落前dc/dc变换器并网侧的电流和电压发生跌落后直流母线的电压，计算出电压发生跌落后dc/dc变换器并网侧的功率。

一种光伏直流系统，包括光伏组件，光伏组件通过对应的dc/dc变换器连接直流母线；所述光伏组件还设有最大功率跟踪控制器；

所述最大功率跟踪控制器用于，当直流母线发生电压跌落之后获取发生电压跌落后直流母线电压和dc/dc变换器并网侧的功率，将该功率作为穿越功率；

在光伏组件的最大功率跟踪曲线上搜索当光伏组件的输出功率为穿越功率时对应的电压值，将该电压值作为对应光伏组件的穿越电压；

控制光伏组件输出穿越电压和穿越功率，直到直流母线的电压恢复正常。

进一步的，在光伏组件的最大功率跟踪曲线的设定范围内搜索所述穿越电压。

进一步的，判断光伏组件最大功率跟踪曲线中电压下限值所对应的功率是否小于电压上限值所对应的功率；如果小于，则进行如下处理：

判断直流母线的电压是否大于光伏组件最大功率跟踪曲线中最大功率所对应的电压值；如果大于，则在光伏组件最大功率跟踪曲线的电压下限值与最大功率所对应的电压值之间搜索穿越电压；如果不大于，则在光伏组件最大功率跟踪曲线的电压下限值与直流母线电压值之间搜索穿越电压。

进一步的，判断光伏组件最大功率跟踪曲线的电压下限值所对应的功率是否大于其电压上限值所对应的功率；如果大于，则进行如下处理：

判断直流母线的电压是否大于光伏组件最大功率跟踪曲线中最大功率所对应的电压值；如果不大于，则在光伏组件最大功率跟踪曲线的电压下限值与直流母线电压值之间搜索穿越电压；如果大于，则进行如下处理：

判断直流母线的电压是否大于设定电压值；如果不大于，则在光伏组件最大功率跟踪曲线的电压下限值与其最大功率所对应的电压值之间搜索穿越电压；如果大于，则在光伏组件最大功率跟踪曲线中最大功率所对应的电压值与直流母线电压值之间搜索穿越电压；

在光伏组件最大功率跟踪曲线中，当光伏组件输出的电压为设定值时，对应的功率与其电压下限值所对应的功率相等。

进一步的，发生电压跌落后，根据电压发生跌落前dc/dc变换器并网侧的电流和电压发生跌落后直流母线的电压，计算出电压发生跌落后dc/dc变换器并网侧的功率。

本发明的有益效果是：本发明所提供的技术方案，当直流母线发生电压跌落时，不需要改变原有的光伏直流系统，只需根据dc/dc并网侧的功率，对光伏组件的输出进行控制，即可使dc/dc变换器并网侧的电流保持不变，直流母线不会对dc/dc变换器产生冲击，从而解决光伏dc/dc变换器脱网的问题。

设定穿越功率的搜索范围，能够在光伏组件的最大功率跟踪曲线上快速搜索到光伏组件的穿越电压。

附图说明

图1为系统实施例中光伏直流系统的结构示意图；

图2为系统实施例中第一种工况光伏组件输出电压、输出功率与直流母线电压之间的关系图；

图3为系统实施例中第二种工况光伏组件输出电压、输出功率与直流母线电压之间的关系图；

图4为系统实施例中第一种工况dc/dc变换器的控制流程图；

图5为系统实施例中第二种工况dc/dc变换器的控制流程图；

图6为系统实施例中低电压穿越方法的仿真效果图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种光伏直流系统及其低电压穿越控制方法，用于解决直流并网系统中直流母线电压跌落造成光伏组件脱网的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种光伏直流系统的低电压穿越控制方法，包括如下步骤：

(1)获取发生电压跌落后直流母线电压和dc/dc变换器并网侧的功率，将该功率作为穿越功率；

(2)在光伏组件的最大功率跟踪曲线上搜索当光伏组件的输出功率为穿越功率时对应的电压值，将该电压值作为对应光伏组件的穿越电压；

(3)控制光伏组件输出穿越电压和穿越功率，直到直流母线的电压恢复正常。

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

系统实施例：

本实施例提供一种光伏直流系统，其拓扑结构如图1所示，光伏组件pv通过对应的dc/dc变换器连接直流母线，光伏组件pv用于发电，即将太阳能转化为电能，由于光伏组件发电时所产生的电压不能直接输入到直流母线中，所以在光伏组件pv连接直流母线的线路上设置对应的dc/dc变换器，为了保证光伏发电的效率，各光伏组件都设有对应的最大功率跟踪控制器。

当直流母线的电压发生跌落时，需要最大功率跟踪控制器对光伏组件的输出电压和输出功率进行调节，使光伏组件既不脱网，又能够以当前所能输出的最大功率向直流母线输送电能，具体控制方法如下：

步骤一：当直流母线发生电压跌落时，获取发生电压跌落前dc/dc变换器并网侧的电流和发生电压跌落后直流母线的电压，直流母线的电压即为dc/dc变换器并网侧的电压；

步骤二：根据发生电压跌落前dc/dc变换器并网侧的电流和发生电压跌落后dc/dc变换器并网侧的电压，计算出dc/dc变换器并网侧的功率，将该功率作为穿越功率；

步骤三：在光伏组件的最大功率跟踪曲线上搜索当光伏组件的输出功率为穿越功率时对应的电压值，将该电压值作为对应光伏组件的穿越电压；

步骤四：控制光伏组件向对应的dc/dc变换器输入穿越电压和穿越功率，直到直流母线的电压恢复正常。

由于不同工况的光伏组件，其最大功率跟踪曲线也不同，因此步骤三中对于不同的工况的光伏组件，搜索穿越电压的方法也不同，具体如下：

(1)判断光伏组件所述的工况；当光伏组件最大功率跟踪曲线中电压下限值所对应的功率小于电压上限值对应的功率时，如图2所示，该光伏组件属于第一种工况；当光伏组件最大功率跟踪曲线中电压下限值所对应的功率大于电压上限值对应的功率时，如图3所示，该光伏组件属于第二种工况；

对于第一种工况的光伏组件，其搜索穿越电压方法的流程如图4所示：

当电压发生跌落后，直流母线的电压如果小于光伏组件最大功率跟踪曲线中最大功率pmppt所对应的电压值umppt，即在如图2所示最大功率跟踪曲线中的a和b之间的区域内，如直流母线的电压值为u1；此时在如图2所示的a与u1之间的范围内搜索穿越电压，即在最大功率跟踪曲线的电压下限值umin与电压u1之间的电压范围内搜索穿越电压，穿越电压在最大功率跟踪曲线中对应的功率为穿越功率；

如果直流母线的电压大于光伏组件最大功率跟踪曲线中最大功率pmppt所对应的电压值umppt，即在如图2所示的b和d之间的区域，如直流母线的电压值为u2时，如果在b与u2之间的范围内搜索穿越电压，当搜索不到时，还需在a与b之间的区域内搜索，因此，本实施例中直接在a与b之间的区内，即在最大功率跟踪曲线的电压下限值umin与最大功率pmppt所对应的电压值umppt之间的电压范围内搜索穿越电压，穿越电压在最大功率跟踪曲线中对应的功率为穿越功率；

当直流母线的电压大于光伏组件最大功率跟踪曲线的电压值上限umax时，如图2所示的电压u3，此时搜索穿越电压的方式与上述当直流电压为u2时的搜索方式相同。

对于第二种工况的光伏组件，其搜索穿越电压方法的流程如图5所示：

当电压发生跌落后，直流母线的电压如果小于光伏组件最大功率跟踪曲线中最大功率pmppt所对应的电压值umppt，即在如图3所示最大功率跟踪曲线中的a和b之间的区域内，如直流母线的电压值为u1；此时在如图3所示的a与u1之间的范围内搜索穿越电压，即在最大功率跟踪曲线的电压下限值umin与电压u1之间的电压范围内搜索穿越电压，穿越电压在最大功率跟踪曲线中对应的功率为穿越功率；

如果直流母线的电压大于光伏组件最大功率跟踪曲线中最大功率pmppt所对应的电压值umppt，则再判断直流母线的电是否小于电压us，如果小于，即直流母线的电压在如图3所示b与c之间的区域内，如直流母线的电压值为u2；如果在b与u2之间的范围内搜索穿越电压，当搜索不到时，还需在a与b之间的区域内搜索，因此，本实施例中直接在a与b之间的区内，即在最大功率跟踪曲线的电压下限值umin与最大功率pmppt所对应的电压值umppt之间的电压范围内搜索穿越电压，穿越电压在最大功率跟踪曲线中对应的功率为穿越功率；

在光伏组件最大功率跟踪曲线中，电压us对应的功率pc与电压下限值umin对应的功率pa相同；

如果直流母线的电压大于电压us，即直流母线的电压在如图3所示c与d之间的区域，比如直流母线的电压值为u3，此时在b与u3之间搜索穿越电压，即在最大功率跟踪曲线最大功率pmppt所对应的电压值umppt与电压值u3之间的电压范围内搜索穿越电压，穿越电压在最大功率跟踪曲线中对应的功率为穿越功率；

当直流母线的电压大于光伏组件最大功率跟踪曲线的电压值上限umax时，如图3所示的电压u4，此时搜索穿越电压的方式与上述当直流电压为u3时的搜索方式相同。

按照上述的方法进行低电压穿越，其效果如图6所示，直流母线电压跌落前为700v，pv组件最大功率点电压为约410v，输出电流约23.5a，在0.15s时刻，直流母线电压跌落至450v。按照上述的低压穿越方法，光伏dc/dc变流器迅速将pv组件功率降低至穿越功率，然后以穿越功率对应的电压(约320v)为基准进行功率跟踪并维持输出电流(功率)保持不变，保证系统穿越过跌落时间，在0.3s时刻，直流母线电压恢复至正常值，光伏dc/dc变流器恢复最大功率跟踪，使其输出功率重新达到电压跌落前水平。

方法实施例：

本实施例提供一种光伏直流系统的低电压穿越控制方法，与上述系统实施例中光伏直流系统的低电压穿越控制方法相同，前面已经做了详细介绍，这里不多做说明。