一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太阳能光伏发电控制系统及方法，尤其涉及一种即插即用的太阳 能光伏发电控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，也是影响国家安全的重要因素。传 统的石化能源属于不可再生能源，面临着枯竭的危险，同时，由于燃烧石化燃料，给大气造 成了重度污染。
[0003] 为了解决能源供应这一重大问题，全世界的各个国家都加快了对新能源的开发。 太阳能作为一种清洁能源，具有以下几个特点：第一，取之不尽；第二，易于获取，普遍存 在；第三，清洁，无污染。
[0004] 太阳能的开发利用是解决传统石化能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等 问题的有效途径，是人类发展的理想替代能源。太阳能的利用主要包括光热利用（热力子 发电、屋顶的太阳能热水器等）、太阳能发电、光化利用等。光伏发电正在由边远农村和特殊 应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。 在国家一系列优惠政策的刺激下，我国太阳能光伏产业发展迅速，2012年年底我国太阳能 光伏发电装机容量累计达到700万千瓦，2013年年底达到1716万千瓦，2014年达到了 2805 万千瓦。
[0005] 其中，分布式发电由于直接在用户端安装，易于就地消纳，越来越受到市场的关 注，截止2014年底分布式太阳能光伏发电装机容量已到500万千瓦，但是，用户端安装过程 带来的停电干扰给用户带来了不便；电网故障时，引起用户端太阳能光伏发电控制模式的 切换，也对用户供电造成了影响。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统，该系统可对分 布式太阳能光电进行转化供电网和本地负载使用，并且既可以并网运行，又可以独立运行， 做到即插即用。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种即插即用的太阳能光伏发电控制方法，该方法可 基于上述系统达到上述效果。
[0008] 为了实现上述目的，本发明提出了一种即插即用的太阳能光伏发电控制系统，用 于与太阳能光伏电池板连接，以对太阳能光电进行转化供电网和本地负载使用；其中，所述 控制系统包括控制单元，逆变单元，并网开关，直流电压检测装置，交流电流检测装置和交 流电压检测装置，其中：
[0009] 所述逆变单元的直流输入端用于与所述太阳能光伏电池板的输出端连接，所述逆 变单元的交流输出端与所述并网开关的一端连接，该并网开关的一端还用于连接本地负 载，所述并网开关的另一端具有与电源插座适配的插头，以用于与所述电网连接，所述逆变 单元的控制端与所述控制单元的逆变单元PWM信号输出端连接；
[0010] 所述直流电压检测装置，其与逆变单元的直流母线连接，以检测逆变单元的直流 电压uDe，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；
[0011] 所述交流电流检测装置串接于所述逆变单元和并网开关之间，以检测逆变单元输 出的交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；
[0012] 所述交流电压检测装置与逆变单元的交流输出端连接，以检测逆变单元输出的交 流电压Us，所述交流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；
[0013] 所述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制器；所述控制单元根 据下述模型获得逆变单元无功功率控制量Uq和逆变单元有功功率控制量U d:
[0014] Uq= kpl* (Qref-Qs)+^!* I (Qref-Qs) dt
[0015] Ud= kp2* (Pref-Ps)+kl2* J (Pref-Ps) dt
[0016] 式中，kpl为第一比例积分控制器的比例系数；ku为第一比例积分控制器的积分系 数；Qraf为通过第一下垂控制Qraf= kq*(Un-Us)得到的无功功率给定值，其中kq为第一下垂 控制系数，Un为设定的交流电压额定值，Us是由接收自交流电压检测装置的交流电压u 3得 到的交流电压幅值；(^表示所述控制系统输出的无功功率，
，其中Is 是由接收自交流电流检测装置的交流电流1得到的交流电流幅值，9表示交流电压与交流 电流的夹角；kp2为第二比例积分控制器的比例系数，k 12为第二比例积分控制器的积分系 数；Praf为通过第二下垂控制Praf= kf*(fN-fs)得到的有功功率给定值，其中kf为第二下垂 控制系数，fN为设定的频率额定值，fs为由交流电压us得到的频率；P s表示所述控制系统 输出的有功功率，
[0017] 所述控制单元通过下述模型合成与交流三相分别对应的逆变单元PffM信号PWMa、 PffMb、PffMc:
[0021] Uciut为交流电压幅值控制量，U _= U N-Uq，
[0022] 匕此为频率控制量，；^^=；^-!^
[0023] 控制单元通过其逆变单元PffM信号输出端将与交流三相分别对应的逆变单元PffM 信号PWMa、PWMb、PWM。传输给逆变单元的控制端，以控制逆变单元的输出电压和频率，消除无 功功率不平衡引起的电压偏差以及有功功率不平衡引起的频率偏差；
[0024] 所述控制单元的并网开关控制输出端还与所述并网开关的控制端连接，所述控制 单元还通过其电网电压信号输入端获取电网电压信号，以根据电网电压是否正常控制所述 并网开关的通断，当电网电压正常时，并网开关导通，控制系统处于并网运行模式，当电网 电压故障时，并网开关关断，控制系统处于独立运行模式。
[0025] 本发明所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统，通过对电网电压信号是否正 常的判断自动切换并网运行模式和独立运行模式，在并网运行模式下，太阳能光电和电网 均可为本地负载提供电能；在独立运行模式下，太阳能光电可为本地负载提供电能。同时， 本发明所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统自动量测输出的电压与频率，根据电网 电压与频率的反馈，通过下垂控制，主动调节有功功率不平衡引起的频率偏差，主动调节无 功功率不平衡引起的电压偏差，因此控制系统可通过并网开关的与电源插座适配的插头直 接插入电源插座，具有即插即用的功能，并且还能避免电网从正常到发生故障之间的不稳 定状态引起并网运行模式和独立运行模式的切换，具有无缝切换的功能，有效地提高了太 阳能光伏发电系统的使用效率，因此，本发明意义重大。
[0026] 优选地，本发明所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述第一下垂控 制系数kq的范围取l〈k q〈10,所述第二下垂控制系数kf的范围取l〈k f〈10。
[0027] 进一步地，本发明所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述第一下垂 控制系数满足下式
其中kq。为第一下垂控制系数预设初值， l<kq〇<10〇
[0029] 上述方案中，为了控制效果最佳，所述第一下垂控制采取自适应控制，第一下垂控 制系数kq随交流电压幅值U 3的变化而变化。
[0030] 进一步地，本发明所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述第二下垂 控制系数满足下式
其中kf。为第二下垂控制系数预设初值， l<kf〇<10〇
[0032] 上述方案中，为了控制效果最佳，所述第二下垂控制采取自适应控制，第二下垂控 制系数kf随频率f 5的变化而变化。
[0033] 进一步地，本发明所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述控制单元 为数字信号处理器。
[0034] 进一步地，本发明所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述直流电压 检测装置包括直流电压传感器。
[0035] 进一步地，本发明所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述交流电压 检测装置包括交流电压互感器。
[0036] 进一步地，本发明所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述交流电流 检测装置包括交流电流传感器。
[0037] 优选地，本发明所述的即插即用的太阳能光伏发电控制系统中，所述第一比例积 分控制器的比例系数kpl的范围取0 < kpl< 100,第一比例积分控制的积分系数ku的范围 取0 < ku< 10〇