共享型光伏变换系统及最大功率点追踪方法与流程

本发明涉及一种共享型光伏变换系统及最大功率点追踪方法，属于光伏并网领域。

背景技术：

图1为传统分布式光伏接入形式，光伏经dc/dc以及dc/ac变换器接入电网。表1所示为常见的居民负载，主要包括：1、变频类负载：经过ac/dc/ac接入电网；2、电力电子类负载和电机类负载，如电视机、照明、电脑、电风扇等)，经dc/ac以及工频升压变接入电网；3、电阻加热类负载，如电热水壶，经工频升压变接入电网。

表1居民负荷接入方式对比

户用光伏给居民负载供电，需要经过多级功率变换；以户用光伏给空调供电为例，光伏经dc/dc+dc/ac以及ac/dc和dc/ac多级变换。目前，小功率dc/dc变换的效率按照96％计算，dc/ac以及ac/dc变换器效率按照95％计算。由此可见，光伏发电系统给空调供电的效率为82％，效率较低。

技术实现要素：

本发明提供了一种共享型光伏变换系统及最大功率点追踪方法，解决了户用光伏给居民负载供电效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

共享型光伏变换系统，包括接口变换器、直流母线和若干光伏直馈式家庭供电系统；

光伏直馈式家庭供电系统包括户用光伏和若干负载，户用光伏馈入直流母线，负载通过相应的变换器接入直流母线，接口变换器的直流侧连接直流母线，接口变换器的交流侧外接交流电网。

变频类型的负载通过dc/ac变换器接入直流母线，其余类型的负载通过dc/dc变换器接入直流母线。

接口变换器的直流侧并接有直流电容。

响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统侧向交流电网侧馈送功率；

响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率，交流电网侧向光伏直馈式家庭供电系统侧馈送功率；

响应于户用光伏总输出功率等于负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统侧本地功率平衡。

响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率、各户用光伏输出功率均大于所在户用负载总功率，户用光伏向交流电网侧馈送功率。

响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率、部分光伏直馈式家庭供电系统a的户用光伏输出功率大于自身负载总功率、剩余部分光伏直馈式家庭供电系统b的户用光伏输出功率小于自身负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统a的户用光伏向交流电网侧和光伏直馈式家庭供电系统b馈送功率。

响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率、部分光伏直馈式家庭供电系统a的户用光伏输出功率大于自身负载总功率、剩余部分光伏直馈式家庭供电系统b的户用光伏输出功率小于自身负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统a的户用光伏和交流电网向光伏直馈式家庭供电系统b馈送功率。

响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率、各户用光伏输出功率均小于所在户用负载总功率，交流电网向光伏直馈式家庭供电系统馈送功率。

共享型光伏变换系统的最大功率点追踪方法，通过追踪直流电容电压，实现户用光伏的最大功率点追踪。

本发明所达到的有益效果：本发明的光伏与负载之间仅经过一个变换器，有效节省了两级ac/dc以及dc/dc功率变换环节，大幅提升了系统能效。

附图说明

图1为传统分布式光伏接入图；

图2为本发明系统的结构图；

图3为系统第一种潮流图；

图4为系统第二种潮流图；

图5为系统第三种潮流图；

图6为系统第四种潮流图；

图7为系统第五种潮流图；

图8为系统第六种潮流图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图2所示，共享型光伏变换系统，包括接口变换器、直流母线和若干光伏直馈式家庭供电系统；光伏直馈式家庭供电系统包括户用光伏和若干负载，户用光伏馈入直流母线，负载通过相应的变换器接入直流母线，接口变换器的直流侧并接有直流电容，接口变换器的直流侧连接直流母线，接口变换器的交流侧外接交流电网。

空调、冰箱、洗衣机等变频类型的负载通过dc/ac变换器接入直流母线，照明、电脑、电视机等其余类型的负载通过dc/dc变换器接入直流母线。

上述系统中户用光伏给变频类负载供电仅经过dc/ac变换器，给其余类型负载供电仅经过dc/dc变换器；相比传统的户用光伏交流接入的方案，有效节省了两级ac/dc以及dc/dc功率变换环节，大幅提升了系统能效。

定义区域n个户用光伏，光伏直馈式家庭供电系统i的户用光伏pvi输出功率为ppvi(i＝1,2...,n)，光伏直馈式家庭供电系统i负载总功率为pli，上述系统的功率交换如下：

响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统侧向交流电网侧馈送功率；

响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率，交流电网侧向光伏直馈式家庭供电系统侧馈送功率；

响应于户用光伏总输出功率等于负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统侧本地功率平衡。

具体如下：

1、响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率、各户用光伏输出功率均大于所在户用负载总功率，户用光伏向交流电网侧馈送功率。

即若满足公式，

户用光伏不仅向负载馈送功率，还向交流电网侧馈送功率，接口变换器与电网交换功率pac>0，潮流如图3所示。

2、响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率、部分光伏直馈式家庭供电系统a的户用光伏输出功率大于自身负载总功率、剩余部分光伏直馈式家庭供电系统b的户用光伏输出功率小于自身负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统a的户用光伏和交流电网向光伏直馈式家庭供电系统b馈送功率。

即若满足公式，

其中，光伏直馈式家庭供电系统1～光伏直馈式家庭供电系统j为光伏直馈式家庭供电系统a：户用光伏输出功率大于所在供电系统的负载功率；光伏直馈式家庭供电系统j+1～光伏直馈式家庭供电系统n为光伏直馈式家庭供电系统b：户用光伏输出功率小于所在供电系统的负载功率，户用光伏总输出功率小于负载总功率，即交流电网侧需向光伏直馈式家庭供电系统侧馈送功率，接口变换器与电网交换功率pac<0，潮流如图4所示，光伏直馈式家庭供电系统1～光伏直馈式家庭供电系统j与交流电网向光伏直馈式家庭供电系统j+1～光伏直馈式家庭供电系统n馈送功率。

3、响应于户用光伏总输出功率大于负载总功率、部分光伏直馈式家庭供电系统a的户用光伏输出功率大于自身负载总功率、剩余部分光伏直馈式家庭供电系统b的户用光伏输出功率小于自身负载总功率，光伏直馈式家庭供电系统a的户用光伏向交流电网侧和光伏直馈式家庭供电系统b馈送功率。

即若满足公式，

其中，光伏直馈式家庭供电系统1～光伏直馈式家庭供电系统j为光伏直馈式家庭供电系统a：户用光伏输出功率大于所在供电系统的负载功率；光伏直馈式家庭供电系统j+1～光伏直馈式家庭供电系统n为光伏直馈式家庭供电系统b：户用光伏输出功率小于所在供电系统的负载功率，户用光伏总输出功率大于负载总功率，即光伏直馈式家庭供电系统侧需向交流电网侧馈送功率，接口变换器与电网交换功率pac>0，潮流如图5所示，光伏直馈式家庭供电系统1～光伏直馈式家庭供电系统j向交流电网和光伏直馈式家庭供电系统j+1～光伏直馈式家庭供电系统n馈送功率。

4、响应于户用光伏总输出功率小于负载总功率、各户用光伏输出功率均小于所在户用负载总功率，交流电网向光伏直馈式家庭供电系统馈送功率。

即若满足公式，

交流电网向所有光伏直馈式家庭供电系统馈送功率，该情形多出现在夜间或者光照强度较低的时段，接口变换器与电网交换功率pac<0，潮流如图6所示。

5、若即接口变换器与电网交换功率pac＝0，潮流如图7所示，光伏直馈式家庭供电系统实现了本地功率平衡；

光伏直馈式家庭供电系统的功率平衡方程可表示为：

其中，plt为负载功率，ppvt为户用光伏总输出功率。

上述共享型光伏变换系统的最大功率点追踪方法，即通过追踪直流电容电压，实现户用光伏的最大功率点追踪，具体分析如下：

将光伏直馈式家庭供电系统的负载等效为恒功率模型，即直流母线电压变化不引起负载功率的变化。光伏直馈式家庭供电系统与直流母线、交流电网之间的潮流示意图如下图8所示，则有：

其中，vbus为直流母线电压，vdc为直流电容电压，r为直流母线到直流电容之间的等效电阻。

根据光伏发电原理，当光照强度一定时，户用光伏总输出功率ppvt大小由直流母线电压vbus相关，即：

vbus＝g(ppvt)

其中，g表征函数关系；

则直流电容电压vdc与户用光伏总输出功率ppvt可表达为：

由此可见，通过追踪直流电容电压vdc，可实现户用光伏的最大功率点追踪(maximumpowerpointtrack,mppt)。

k时刻直流电容的输出电压和电流分别为vdc(k)、idc(k)，则：

pac(k)＝vdc(k)idc(k)

k+1时刻直流电容电压增加一定的扰动电压δv，即：

vdc(k+1)＝vdc(k)+δv

则k+1时刻直流电容输出电流idc(k+1)，则有：

pac(k+1)＝vdc(k+1)idc(k+1)

若pac(k)<pac(k+1)，则k+2时刻直流电容电压为：

vdc(k+2)＝vdc(k+1)+δv

若pac(k)>pac(k+1)，则k+2时刻直流电容电压为：

vdc(k+2)＝vdc(k+1)-δv

由此可见，可通过控制直流电容电压，实现光伏总输出功率控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。