專利名稱：一種光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的構(gòu)建方法，適用于光伏發(fā)電，特別適用于包含儲(chǔ)能裝置、 電能變換裝置時(shí)分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)和能量流動(dòng)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電力系統(tǒng)中由于各種新能源發(fā)電的接入、電力電子器件的廣泛使用和智能電 網(wǎng)的構(gòu)建，電網(wǎng)中存在大量的換流設(shè)備和器件，其間的能量流動(dòng)與轉(zhuǎn)換十分復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行 狀態(tài)十分繁多。要完全掌握各種部件的工作狀態(tài)，十分困難。而掌握各裝置的工作狀態(tài)，盡 可能地考慮發(fā)電系統(tǒng)各種運(yùn)行工況，不同工作模式采用相應(yīng)的控制方法，對(duì)于提高新能源 發(fā)電系統(tǒng)的控制精度和可靠性具有重要意義。然而，目前常用的方法是通過枚舉或列表的 方式羅列出系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)，以便實(shí)施具體的控制，但這種組態(tài)過程復(fù)雜，列表龐大， 容易遺漏某些工作狀態(tài)，使得控制精度不高，控制方法不夠完備。如針對(duì)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，往往只考慮了部分情況， 且描述復(fù)雜。如文獻(xiàn)《光伏并網(wǎng)獨(dú)立供電兩用逆變電源的研究》描述的四種工作狀態(tài)及其切 換過程，文字性描述繁雜，不便理解和形成相應(yīng)的控制方案。比如有關(guān)并網(wǎng)逆變和獨(dú)立逆變 間切換過程的描述為“系統(tǒng)開機(jī)后首先檢測電網(wǎng)電壓、蓄電池電壓和太陽電池電壓，如果電 網(wǎng)電壓正常，且太陽電池電壓正常，蓄電池電壓也是滿的，這時(shí)可以進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電，逆變器 輸出電壓供給電網(wǎng)和交流負(fù)載，此時(shí)如果電網(wǎng)發(fā)生故障，則系統(tǒng)在檢測到電網(wǎng)故障后會(huì)立 即轉(zhuǎn)入獨(dú)立逆變狀態(tài)，繼續(xù)給負(fù)載供電，起到不間斷電源的作用。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)后又繼續(xù)并網(wǎng) 發(fā)電?！备鶕?jù)這種籠統(tǒng)的描述，無法判斷如果出現(xiàn)電壓暫降，或者太陽電池電壓不正常(如 陽光不足)，或者蓄電池電壓不滿，或幾種情況兼具時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該轉(zhuǎn)向何種工作方式，應(yīng)該采 用何種控制方案。在文獻(xiàn)《光伏并網(wǎng)發(fā)電獨(dú)立供電系統(tǒng)的工作原理探究》中介紹了五種模 型的七種切換過程，但仍然不足以涵蓋整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的各種工作模式，研究人員和運(yùn) 行人員也難以全面掌握系統(tǒng)中各部分的工作狀態(tài)并采取相應(yīng)控制措施?？偟膩碚f，現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)控制過程中存在的不足之處包括，工作狀態(tài)定義不 清，而且考慮不全面，控制方案單一，難以涵蓋光伏發(fā)電系統(tǒng)復(fù)雜的運(yùn)行工況，不利于提高 控制精度和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的構(gòu)建方法，該方法便于掌握系統(tǒng)的 工作狀態(tài)，確定合理準(zhǔn)確的控制方案，提高系統(tǒng)的控制精確性和可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案是一種光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其 特征在于該方法的光伏發(fā)電系統(tǒng)包括超級(jí)電容和光伏電池雙電源、雙DC/DC變換和三相 逆變橋主電路；檢測裝置檢測到光伏發(fā)電系統(tǒng)控制所需的電流、電壓參數(shù)后，確定光伏發(fā)電 系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)庫中的狀態(tài)碼從決策庫中提取控制方案，然后根據(jù)該控制方案 通過控制器發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中DC/DC和逆變器等變流部件實(shí)施控制，進(jìn)而輸出期望的補(bǔ)償量，如補(bǔ)償電流；該方法按以下順序步驟進(jìn)行(1)定義光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要部件的工作狀態(tài)主要部件包括超級(jí)電容，光伏電池，電網(wǎng)，超級(jí)電容充放電雙向DC/DC變換器，光 伏電池最大功率輸出DC/DC變換器以及逆變器；(2)利用階梯形狀態(tài)關(guān)聯(lián)表初步獲取系統(tǒng)的可行工作狀態(tài)將部件狀態(tài)表示于階梯形狀態(tài)關(guān)聯(lián)表中，確定各部件狀態(tài)間的關(guān)系，淘汰不可并 存或矛盾的狀態(tài)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可行狀態(tài)的初步篩選；(3)將部件工作狀態(tài)利用碼輪圖表示利用計(jì)算機(jī)軟件Word繪制基于碼輪坐標(biāo)系的碼輪圖，碼輪坐標(biāo)系的軸向坐標(biāo)代 表光伏發(fā)電系統(tǒng)超級(jí)電容、光伏電池等部件，其碼輪上的編號(hào)代表某一部件的各種工作狀 態(tài)；或者利用紙質(zhì)、木質(zhì)等材料制作簡易的實(shí)物碼輪，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)碼輪，更加直觀的展示各種 狀態(tài)；(4)光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)的形成碼輪坐標(biāo)系統(tǒng)中的各個(gè)碼輪獨(dú)自轉(zhuǎn)動(dòng)，或關(guān)聯(lián)部件同步轉(zhuǎn)動(dòng)，碼輪每一次轉(zhuǎn)動(dòng)使 得各部件間總存在一條平行于軸向的連線，位于這條連線上的狀態(tài)碼都會(huì)構(gòu)成一種新的工 作狀態(tài)，并判斷該種狀態(tài)的存在性和可行性；根據(jù)步驟⑵中各部件的初選狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)碼輪 或更改碼輪坐標(biāo)，產(chǎn)生一條包含各部件狀態(tài)的狀態(tài)鏈，狀態(tài)鏈由狀態(tài)編碼表示；(5)光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的形成重復(fù)執(zhí)行步驟(4)，產(chǎn)生新的工作狀態(tài)，直到遍歷各部件的所有可行狀態(tài)，得到多 條狀態(tài)鏈；對(duì)于每一條狀態(tài)鏈，建立相應(yīng)的控制方案；多條狀態(tài)鏈形成光伏發(fā)電系統(tǒng)的狀 態(tài)庫，相應(yīng)的多個(gè)控制方案形成光伏發(fā)電的控制系統(tǒng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，技術(shù)效果為1、采用階梯形狀態(tài)關(guān)聯(lián)表，能夠詳盡而清晰地列出光伏發(fā)電系統(tǒng)各部件工作狀 態(tài)，利于提高系統(tǒng)的控制精度和可靠性。同時(shí)根據(jù)狀態(tài)間的包容或排斥關(guān)系，大大縮減狀態(tài) 規(guī)模，得到系統(tǒng)的狀態(tài)鏈。2、利用碼輪坐標(biāo)圖直觀地表現(xiàn)了系統(tǒng)及其部件所處的工作狀態(tài)，為有序分析系統(tǒng) 的能量流動(dòng)狀況和確定準(zhǔn)確的控制方案提供了方便。3、利用本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的準(zhǔn)確定義，并淘汰不可能或不希望存在 的狀態(tài)，而且不會(huì)遺漏系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“無縫”控制。


圖1是光伏發(fā)電系統(tǒng)控制流程圖；圖2是圖1中光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)施例圖；圖3是圖1中階梯形狀態(tài)關(guān)聯(lián)表的實(shí)施例圖；圖4是圖1中碼輪坐標(biāo)系的實(shí)施例圖。圖2中，PV代表光伏電池，SC代表超級(jí)電容，DC/DC 1代表光伏電池的BOOST-BUCK 變換器，DC/DC2代表超級(jí)電容的雙向充放電變換器，DC/AC代表逆變器，Grid代表電網(wǎng)；圖3和圖4中，PV代表光伏電池面臨的天氣狀態(tài)，SC代表超級(jí)電容，GR代表主電網(wǎng)，INV代表逆變器，DC1代表光伏電池的BOOST-BUCK變換器，DC2代表超級(jí)電容的雙向充 放電變換器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖2至圖4所示1、定義部件的工作狀態(tài)如圖2所示，光伏發(fā)電系統(tǒng)包含超級(jí)電容(SC)和光伏發(fā)電(PV)雙電源、雙DC/DC 和三相逆變橋(DC/AC)主電路；按本發(fā)明所述方法構(gòu)建的控制方案在PVS統(tǒng)一控制器中得 以實(shí)現(xiàn)；上述光伏發(fā)電系統(tǒng)能量流動(dòng)復(fù)雜，各部件存在多種工作狀態(tài)；影響系統(tǒng)運(yùn)行的主 要部分及其主要工作狀態(tài)定義如下光伏電池日照條件(3種狀態(tài))1天氣晴好，2天氣轉(zhuǎn)陰雨，3夜間；超級(jí)電容儲(chǔ)能狀態(tài)(4種狀態(tài))1充電狀態(tài)，2放電狀態(tài)，3最高充電，4最低放電；電網(wǎng)工作狀態(tài)(3種狀態(tài))1電壓正常，2電壓暫降，3電壓驟升；逆變器(3種狀態(tài))1逆變，2整流，3閉鎖；DC/DC 1 (3種狀態(tài))1升壓，2降壓，3閉鎖；DC/DC2(5種狀態(tài))1正向升壓，2正向降壓，3反向升壓，4反向降壓，5閉鎖；2、利用階梯形狀態(tài)關(guān)聯(lián)表初選系統(tǒng)的可行狀態(tài)光伏發(fā)電系統(tǒng)包含多個(gè)功能組成部分或部件(統(tǒng)稱部件)，每種部件均有多種工 作狀態(tài)，在一定時(shí)刻(或時(shí)間段)一種部件處于一種工作狀態(tài)，由各部件的工作狀態(tài)共同構(gòu) 成整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，稱為系統(tǒng)的一種狀態(tài)鏈(StateLink)，系統(tǒng)在不同的時(shí)刻或時(shí)間段 具有不同的狀態(tài)鏈；按照窮舉法，系統(tǒng)的狀態(tài)鏈理論上達(dá)到3X4X3X3X3X5 = 1620條，即系統(tǒng)可能 具有1620種工作狀態(tài)；顯然窮舉法是十分困難的，幾乎不可能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的完備分析，也難 以淘汰其中冗余狀態(tài)或?qū)嶋H不可行的狀態(tài)；附圖3中的表格第一列包含了光伏發(fā)電系統(tǒng)的六個(gè)主要組成部分(部件)，第二 列給出各部件的主要工作狀態(tài)的代碼，其中，PV代表光伏電池面臨的天氣狀態(tài)；SC代表超 級(jí)電容；GR代表主電網(wǎng)；INV代表逆變器；DC1代表光伏電池的BOOST-BUCK變換器；DC2代 表超級(jí)電容的雙向充放電變換器；第三列為各個(gè)狀態(tài)碼的具體含義，從第四列開始為各種 狀態(tài)的階梯形關(guān)聯(lián)表；其中，單元格中標(biāo)有“X”時(shí)，表示同一部分(部件)的不同狀態(tài)不可 能同時(shí)并存，也即不存在關(guān)聯(lián)問題；當(dāng)不同部件的兩種狀態(tài)間不能并存、存在矛盾或不希望 同時(shí)并存時(shí)，相應(yīng)單元格的關(guān)聯(lián)值為“0”，否則為“1”;比如在陰雨天或夜間太陽能不足或缺 乏，不希望在這樣的天氣狀況下給超級(jí)電容充電時(shí)，超級(jí)電容的充電狀態(tài)SC1與光伏電池 的天氣狀態(tài)PV2和PV3關(guān)聯(lián)的單元格值為“0”，而在天氣晴好狀態(tài)PV1時(shí)，關(guān)聯(lián)值為“ 1 ”，即 在天氣晴好時(shí)為超級(jí)電容充電；表格中僅給出兩個(gè)倒“L”形狀態(tài)關(guān)聯(lián)示例；比如，對(duì)于超級(jí)電容充電狀態(tài)SC1所在 的“L”形狀態(tài)鏈子集中，遍歷了各部的不同狀態(tài)，但有些關(guān)聯(lián)值為“0”，因而在該狀態(tài)鏈子 集的狀態(tài)鏈中，排除“0”狀態(tài)，比如在超級(jí)電容充電時(shí)，沒有電壓暫降發(fā)生，逆變器不工作在逆變狀態(tài)，而是對(duì)交流電整流為超級(jí)電容充電，同時(shí)充放電變換器DC2應(yīng)使能量流向超級(jí) 電容；對(duì)于超級(jí)電容充電時(shí)，根據(jù)該倒“L”形狀態(tài)鏈子集得到1X1X2X2X3X2 = 24條狀 態(tài)鏈，即超級(jí)電容充電時(shí)的24種系統(tǒng)狀態(tài)，遠(yuǎn)比可能出現(xiàn)的理論狀態(tài)數(shù)1X3X3X3X3X5 =405條狀態(tài)鏈少；利用階梯形關(guān)聯(lián)表還能夠評(píng)估系統(tǒng)的狀態(tài)及影響系統(tǒng)的主要因素；3、根據(jù)碼輪圖形成光伏發(fā)電控制系統(tǒng)將各部件工作狀態(tài)利用碼輪坐標(biāo)系統(tǒng)表示，其軸向坐標(biāo)代表光伏發(fā)電系統(tǒng)超級(jí)電 容、光伏電池等部件，其碼輪上的編號(hào)代表某一部件的各種工作狀態(tài)；其碼輪坐標(biāo)系統(tǒng)中的 各個(gè)碼輪獨(dú)自轉(zhuǎn)動(dòng)，或關(guān)聯(lián)部件同步轉(zhuǎn)動(dòng)，碼輪每一次轉(zhuǎn)動(dòng)使得各部件間總存在一條平行 于軸向的連線，位于這條連線上的狀態(tài)碼都會(huì)構(gòu)成一種新的工作狀態(tài)，并判斷該種狀態(tài)的 存在性和可行性；圖4所示碼輪圖直觀的表示了關(guān)于光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的碼輪坐標(biāo)系統(tǒng) (CWS)，軸上標(biāo)明各種部件名稱代碼，輪上的數(shù)字編碼表示各部件的狀態(tài)碼.利用計(jì)算機(jī)軟 件Word繪制基于碼輪坐標(biāo)系的碼輪圖，并更改碼輪上的狀態(tài)碼，進(jìn)而產(chǎn)生新的工作狀態(tài)； 當(dāng)制作簡易實(shí)物輪軸模型時(shí)，直接將狀態(tài)名稱寫在碼輪(狀態(tài)輪)上；旋轉(zhuǎn)各個(gè)碼輪直到 各碼輪坐標(biāo)沿軸向?qū)φ?，如圖中各輪的1、1、1、2、3、4對(duì)正，S卩構(gòu)成一條狀態(tài)鏈111234 ；該狀 態(tài)鏈表示的系統(tǒng)狀態(tài)為，即天氣晴好，超級(jí)電容充電，電網(wǎng)電壓正常，逆變器處于整流狀態(tài)， DC1變換器不工作，DC2采取對(duì)交流電降壓方式為超級(jí)電容充電；圖4所示的碼輪圖，用紙板 或其它材料制作各個(gè)部件的碼輪，并寫上各部的狀態(tài)，共同穿在一條軸上，即可制作出簡易 的碼輪模型，分析系統(tǒng)工作狀態(tài)時(shí)更加直觀；改變?nèi)鐖D4所示的碼輪坐標(biāo)，直到遍歷各部件的所有可行狀態(tài)，得到多條狀態(tài)鏈， 對(duì)于每一條狀態(tài)鏈，建立相應(yīng)的控制方案；多條狀態(tài)鏈形成光伏發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)庫，相應(yīng)的 多個(gè)控制方案形成光伏發(fā)電的控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
一種光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于該方法的光伏發(fā)電系統(tǒng)包括超級(jí)電容、光伏電池、雙DC/DC變換和三相逆變橋主電路；檢測裝置檢測到光伏發(fā)電系統(tǒng)控制所需的電流和電壓參數(shù)后，確定光伏發(fā)電系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)庫中的狀態(tài)碼從決策庫中提取控制方案，然后根據(jù)該控制方案通過控制器發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中DC/DC和逆變器等變流部件實(shí)施控制，進(jìn)而輸出期望的補(bǔ)償量，如補(bǔ)償電流；該方法按照以下順序步驟進(jìn)行(1)定義光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要部件的工作狀態(tài)主要部件包括超級(jí)電容，光伏電池，電網(wǎng)，超級(jí)電容充放電雙向DC/DC變換器，光伏電池最大功率輸出DC/DC變換器以及逆變器；(2)利用階梯形狀態(tài)關(guān)聯(lián)表初步獲取系統(tǒng)的可行工作狀態(tài)將部件狀態(tài)表示于階梯形狀態(tài)關(guān)聯(lián)表中，確定各部件狀態(tài)間的關(guān)系，淘汰不可并存或矛盾的狀態(tài)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可行狀態(tài)的初步篩選；(3)將部件工作狀態(tài)利用碼輪坐標(biāo)系統(tǒng)表示利用計(jì)算機(jī)軟件Word繪制基于碼輪坐標(biāo)系的碼輪圖，碼輪坐標(biāo)系的軸向坐標(biāo)代表光伏發(fā)電系統(tǒng)超級(jí)電容、光伏電池等部件，其碼輪上的編號(hào)代表某一部件的各種工作狀態(tài)；或者利用紙質(zhì)、木質(zhì)等材料制作簡易的實(shí)物碼輪，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)碼輪，更加直觀的展示各種狀態(tài)；(4)光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)的形成碼輪坐標(biāo)系統(tǒng)中的各個(gè)碼輪獨(dú)自轉(zhuǎn)動(dòng)，或關(guān)聯(lián)部件同步轉(zhuǎn)動(dòng)，碼輪每一次轉(zhuǎn)動(dòng)使得各部件間總存在一條平行于軸向的連線，位于這條連線上的狀態(tài)碼都會(huì)構(gòu)成一種新的工作狀態(tài)，并判斷該種狀態(tài)的存在性和可行性；根據(jù)步驟(2)中各部件的初選狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)碼輪或更改碼輪坐標(biāo)，產(chǎn)生一條包含各部件狀態(tài)的狀態(tài)鏈，狀態(tài)鏈由狀態(tài)編碼表示；(5)光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的形成重復(fù)執(zhí)行步驟(4)，產(chǎn)生新的工作狀態(tài)，直到遍歷各部件的所有可行狀態(tài)，得到多條狀態(tài)鏈；對(duì)于每一條狀態(tài)鏈，建立相應(yīng)的控制方案；多條狀態(tài)鏈形成光伏發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)庫，相應(yīng)的多個(gè)控制方案形成光伏發(fā)電的控制系統(tǒng)。
全文摘要
一種光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的構(gòu)建方法，適用于光伏發(fā)電，特別適用于包含儲(chǔ)能裝置、電能變換裝置時(shí)分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)和能量流動(dòng)的領(lǐng)域。本發(fā)明所述的方法，主要包括定義系統(tǒng)部件的狀態(tài)，利用階梯形狀態(tài)關(guān)聯(lián)表縮減狀態(tài)規(guī)模，產(chǎn)生有效的狀態(tài)鏈，然后將狀態(tài)鏈表示于碼輪坐標(biāo)系圖形或簡易實(shí)物模型中，同時(shí)建立相應(yīng)狀態(tài)的控制方案。該控制系統(tǒng)的構(gòu)建方法優(yōu)點(diǎn)是能直觀、準(zhǔn)確和全面掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了完備可靠的控制。
文檔編號(hào)H02N6/00GK101860267SQ20101014539
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者付志紅, 張淮清, 朱學(xué)貴, 李新, 李春燕, 蘇向豐 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)