[发明专利]直流微电网中光伏发电单元运行模式无缝切换方法

说明书

技术领域

本发明为直流微电网中光伏发电单元运行模式无缝切换方法，属于微电网控制技术领域。

背景技术

由光伏发电单元、风力发电单元、储能单元和本地负载等组成的微电网系统可形成区域自治供电系统，在利用可在生能源的同时，可有效解决分布式发电渗透率增高对大电网的影响。直流微电网通过直流母线使用DC-DC变换器连接系统中发电单元与用户负载，具有效率高、可控性高、成本低等特点。与交流电网类似，直流微电网可通过并网变换器与大电网连接，并网变换器工作时，系统工作在并网状态，并网变换器停止时，系统工作在离网状态。

对于直流微电网系统中的光伏发电单元，依据系统运行状态和光伏阵列的特性，可工作在最大功率跟踪模式(MPPT)和下垂控制模式(Droop)。当光伏发电单元运行在最大功率跟踪模式时，可实时跟踪光伏阵列的最大功率点，此时光伏单元变换器工作在电流模式；当光伏发电单元运行在下垂控制模式时，可实现系统中多个并联光伏单元输出功率的合理分配，此时光伏单元变换器工作在电压模式。

但是当光伏单元在这两个控制模式之间进行切换时，由于两个运行模式独立运行，会产生不期望的电压、电流冲击，导致微电网运行不稳定。

发明内容

本发明的目的是避免直流微电网系统中光伏发电单元在最大功率跟踪和下垂控制运行模式间切换时带来的不期望的电压、电流冲击。提出了直流微电网中光伏发电单元运行模式无缝切换方法。

直流微电网中光伏发电单元运行模式无缝切换方法，该方法是基于光伏发电单元实现的；所述光伏发电单元包括光伏阵列1、boost升压型变换器、控制器2和驱动单元3；

boost升压型变换器包括电容C₁、电容C₂、电感L、开关管S和二极管D；电容C₁的两端作为boost升压型变换器的输入端连接光伏阵列1的输出端，还同时连接电感L的一端和开关管S的发射极；电感L的另一端同时连接开关管S的集电极和二极管D的阳极；二极管D的阴极连接电容C₂的一端，电容C₂的另一端连接开关管S的发射极；电容C₂的两端作为boost升压型变换器的输出端与直流母线连接；直流母线连通直流微电网系统；

驱动单元3用于根据控制器2产生的PWM驱动信号驱动开关管S；

所述控制器2用于产生PWM驱动信号，并控制驱动单元3驱动开关管S，实现光伏发电单元的最大功率跟踪模式和下垂控制模式的切换；

光伏发电单元运行模式无缝切换方法的步骤如下：

步骤一：针对所述光伏发电单元，采用电压、电流双闭环控制实现光伏发电单元的内环控制，调节相应的控制参数，使光伏发电单元实现稳压输出；

步骤二：搭建光伏发电单元的下垂控制环节：根据所述光伏发电单元的容量、数量及直流母线电压范围确定合理的下垂系数r；并采集流经boost变换器二极管D的电流i_d，电流i_d通过一个低通滤波器LPF进行滤波后与所述下垂系数r相乘后的结果作为下垂控制的输入量ri_d；

步骤三：搭建最大功率跟踪环节：选用扰动观察法作为光伏发电单元的最大功率跟踪算法；调节最大功率跟踪算法周期、步长及PI参数，保证光伏发电单元的最大功率跟踪环节跟踪光伏阵列的最大功率点；同时，采集在最大功率跟踪模式下的光伏阵列实时采样电压v_pv，并经过MPPT模块后输出光伏阵列参考电压v^*_pv；

步骤四：采用下垂曲线平移方法实现光伏发电单元在最大功率跟踪和下垂控制运行模式间实现切换，具体如下：

将步骤三中的光伏阵列实时采样电压v_pv与光伏阵列参考电压v^*_pv相减后送入PI调节器，经PI调节器后的输出值作为下垂控制的电压平移量△v；并与步骤二中的下垂控制环节中的下垂控制的输入量ri_d相减获得相减后的结果