具有改进最大功率跟踪算法的光伏并网控制系统及其实现

光伏并网控制系统输送到电网的功率随着光照强度、环境温度以及光伏阵列输出电压的不同而变化,控制光伏阵列的工作点使其连续稳定地向电网输出最大功率非常必要。该文提出了基于同步旋转坐标变换实现光伏阵列最大功率跟踪与电流控制的电压源型逆变器相结合的三相光伏并网控制系统,该系统主要包括光伏阵列、直流母排电容、电压源型逆变器、滤波电感、数字信号控制器与电网。提出的改进最大功率跟踪方法,根据光伏阵列dP/dU-U的特性曲线,利用Newton-Raphson方法快速计算光伏阵列输出功率对电压的微分值,由此进一步形成光伏阵列工作在最大功率点的参考电压值。整个控制系统为双环控制,外环为电压控制环,利用一个PI调节器使光伏阵列输出电压工作在最大功率工作点;内环为电流控制环,利用2个PI调节器分别对d-q轴电流进行解耦控制,使逆变器输出电流与参考电流一致。根据所提出的控制算法,研制了一台三相光伏并网系统原理性样机,仿真与实验结果一致,系统具有良好的动稳态性能,说明了所提出的控制方案是非常有效的。     

基于DSP的光伏水泵变频调速系统

介绍一种基于DSP的光伏水泵变频控制系统.利用空间矢量PWM算法实现对光伏阵列母线电压动态补偿的功能,保证在光伏阵列工作电压大范围变化条件下,变频驱动电机满足恒磁通调速控制.同时结合光伏水泵系统的工作特点,提出了一种简单实用的光伏阵列最大功率点跟踪控制方式,稳定可靠地实现了系统的最大功率点跟踪控制.     

基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略

在指令功率发生扰动时,虚拟同步发电机控制环路易产生功率交互振荡,威胁系统的安全稳定运行。为此,提出一种基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略。基于相对增益矩阵原理研究不同系统参数变化时虚拟同步发电机输出功率间交互作用的变化规律;采用转速阻尼功率高通反馈改进虚拟同步发电机有功功率-频率控制环路,并通过绘制Bode图对比传统虚拟同步发电机控制策略与改进虚拟同步发电机控制策略的暂态和稳态性能;利用相对增益矩阵原理分析改进虚拟同步发电机控制策略的有功功率环路交互作用情况。仿真及实验结果表明,所提策略可有效实现虚拟同步发电机交互振荡的抑制。     

双模糊控制法在光伏并网发电系统MPPT中的应用

提出一种在光伏并网发电系统中进行最大功率点跟踪(MPPT)的双模糊控制法,将非对称模糊MPPT与模糊PID相结合,在设定参考电压环节使用模糊控制代替诸如扰动观察法等传统方法,在消除实际电压与参考电压偏差这一环节用模糊PID替换普通的PID控制。此外,还提出了4个反映MPPT性能的指标:环境缓慢变化时的MPPT时间、光伏阵列发出的能量大小、稳态时的功率波动大小和环境剧烈变化时光伏阵列发出的能量大小。设计了4个算例,在MATLAB/Simulink环境下对5种控制方法分别进行了仿真分析。通过对比各方法的性能指标和相应的输出功率波形图,验证了所提出的双模糊控制法是一种比传统方法更优的MPPT控制方法。     

变结构模糊控制在光伏发电MPPT中的应用

讨论了光伏发电系统最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称MPPT)常用控制方法的优缺点,对光伏电池功率电压曲线进行了分析。根据分析结果将变结构模糊控制应用到光伏发电系统MPPT的控制,能快速响应外界环境的变化,使光伏发电系统始终工作在最大功率点(Maximum Power Point,简称MPP)。在两种天气条件下的实验结果证明,该方法能使系统在MPP稳定工作,并能快速跟踪外部环境的变化,具有良好的动、稳态性能。     

局部阴影遮挡下太阳能电池-超级电容器件阵列建模及其缺失电流协同补偿方法

在局部阴影条件下,太阳能电池-超级电容器件(SCSD)阵列中被遮挡器件与未被遮挡器件的功率输出特性不一致,导致SCSD阵列输出功率曲线存在多峰值,需要建立局部阴影遮挡下SCSD阵列的数学模型,并解决局部阴影导致的功率多峰值问题.为此,建立了正常均匀光照、局部轻度阴影遮挡、局部重度阴影遮挡下SCSD阵列的数学模型,详细刻画了不同阴影遮挡条件下SCSD阵列的输出特性;在此基础上,提出了控制SCSD阵列中超级电容充放电以补偿阴影遮挡器件缺失电流的方法.MATLAB仿真和实验室实验结果表明:通过分段函数形式能准确描述局部阴影遮挡下SCSD阵列的数学模型;所提超级电容电流补偿方法不但能使局部阴影遮挡下SCSD阵列的输出功率恢复单峰值,而且有效提高了局部阴影遮挡下SCSD阵列的总输出功率.     

用于平抑风电波动的飞轮储能阵列容量配置方法

随着我国风力发电的快速发展,风电输出功率的随机性和波动性使得电网调频难度加大,为解决此问题,可采用大容量高功率飞轮储能系统进行平抑,因此亟需研究飞轮储能阵列的容量配置方法,增大系统的利用率并降低初始投资成本。通过建立250 kW/50(kW·h)大容量高功率飞轮储能单元模型,引入相应单元以及阵列控制策略。基于低通滤波方法,在考虑储能阵列的充放电效率以及荷电状态的条件下对储能阵列容量配置计算进行了研究。针对容量配置过程中由于充放电效率而引发的容量配置过大的问题,提出了一种电量调节控制策略,以及一种飞轮储能阵列容量配置方法,通过调整充放电功率指令,减少储能单元数量,实现储能阵列利用率的增大并降低初始投资成本。以储能配置不超过风电场装机容量的20%为约束条件,针对山东某风电场实际输出功率数据,仿真验证了本文提出的飞轮储能阵列容量配置方法。     

蓄电池SOC限值下的微电网协调控制策略研究

微电网在孤岛模式中,由光伏阵列和储能电池并联构成的光伏逆变器作为V-f模式主控单元调节系统电压频率稳定,当光伏阵列输出功率不能满足系统需求且储能电池达到SOC限值时,逆变器不能保证系统稳定。针对此问题,本文在含光伏系统最大功率跟踪和储能电池充放电特性的系统中,提出了一种改进的V-f模式和P-Q模式控制算法,采用P-Q模式下的微燃机作为后备V-f模式调节单元,通过与光伏逆变器控制模式的切换解决了系统稳定性问题,同时在光伏阵列输出功率过剩的情况下提高了可再生能源的利用率。通过PSCAD/EMTDC软件仿真验证了其控制策略的有效性。     

不规则阴影影响下光伏阵列最大功率点跟踪方法

在不规则阴影影响下,光伏阵列输出特性曲线存在多个局部最大功率点,传统最大功率点跟踪算法在此情况下难以找到全局的最大功率点,从而陷入局部最优值。为解决该问题,根据滑模变结构控制在非线性系统控制中具有响应速度快、鲁棒性强等优点和扰动观察法具有算法简洁、跟踪效率高的特点,提出了将滑模变结构控制和扰动观察法相结合的算法,将其应用到不规则阴影影响下光伏阵列的最大功率跟踪控制中,用于解决局部遮阴下多峰寻优的问题。为了验证该算法的有效性,建立了不规则阴影影响下光伏阵列的实验电路。通过与传统扰动观察法的比较,实验结果表明:在光伏阵列被部分遮蔽的情况下,该算法可以快速跟踪到全局最大功率点,使系统稳定地工作在最大功率点附近,减小输出功率的波动,从而有效地利用太阳能。     

微机控制太阳能逆变电源

介绍了一种微机控制太阳能逆变电源,在这里微计算机按照给定的功率来控制逆变电源的输出电流,由于采用了锁相环技术,保证了逆变电源的输出与电网电压严格同步。控制器选用 Ｉｎｔｅｌ ８９Ｃ５１单片机,并在实验室中进行了实验,实验结果证明理论分析是正确的。     

100 V母线10 kW级电源控制装置发展初探

为了满足通信卫星的负载功率不断加大的需求,在电源系统设计上采用了高效太阳电池、高比能量蓄电池和高性能电源控制装置(PCU),同时为了降低电流传输损耗,引入了100 V高压母线体制.其中高压大功率电源控制装置是一次电源系统的核心设备,主要功能是完成太阳电池的功率调节和蓄电池的充放电控制.简述了"十五"期间国内100 V母线10 kW级电源控制装置发展概况,论述研制高压大功率电源控制装置的重点和难点.     

光伏电站分层分布式自动功率控制技术

当前含有组串式逆变器的光伏电站,因单台组串式逆变器容量相对集中式小得多,同等容量情况下总逆变器数目大增,这给近年普遍含有组串式逆变器的大型光伏电站厂站自动功率控制系统带来了控制计算、存储容量不足和指令通信下发阻塞严重等问题。为此,文中提出了在中间层增设方阵自动发电控制(AGC)的分层分布式AGC系统结构。文中研究了光伏方阵AGC一体化产品技术实现方案、方阵AGC的功率分配算法与策略,并分析给出了方阵AGC与厂站AGC系统的协作配合策略。工程现场应用测试及仿真分析结果表明所提技术能有效解决当前大型组串式光伏电站AGC系统存在的问题。     

基于多模型状态估计的光伏阵列MPPT技术

针对光伏阵列最大功率点在局部阴影情况下具有非线性、时变不确定和多个局部功率峰值的特点,采用现代状态估计理论建立光伏阵列输出功率动态模型,利用交互多模型估计算法精确跟踪多状态多峰功率曲线,抑制噪声定位出最大功率点,提出基于多模型状态估计的光伏阵列MPPT技术。仿真和实验验证了所提新MPPT控制策略的正确性和有效性,在有、无阴影情况下都能够快速且准确地跟踪最大功率点,提高光伏发电效率。     

基于输出参数的光伏电池最大功率点控制

最大功率点跟踪(MPPT)控制技术是光伏系统领域中在一定环境温度以及日照强度情况下太阳能电池阵列能够输出的最大功率.传统的控制方法是检测系统的输入电压和输入电流,计算其输入功率并使其达到最大.本文通过Buck变换器实现系统的最大功率点跟踪,其实现方法是检测系统的输出电压或者输出电流,通过软件的精确算法控制变换器的占空比,从而使得太阳能电池阵列的输出功率最大化.实验结果验证了该方案的可行性和正确性.     

A Sustainable Solar Photovoltaic Energy System Interfaced with Grid-Tied Voltage Source Converter for Power Quality Improvement

This paper deals with the design, modeling, and implementation of a photovoltaic (PV) array interfaced with a DC–DC boost converter feeding three-phase grid-tied voltage source converter. The system uses an Instantaneous Reactive Power Theory-based control algorithm and is operated in unity power factor mode. This three-phase shunt-connected solar PV energy conversion system is also used for load currents harmonics elimination, power factor correction, reactive power compensation, and grid currents balancing in a three-phase distribution system. A Perturb and Observe-based maximum power point tracking algorithm is used to generate maximum power from the PV array. This system is designed and modeled, and its performance is verified through simulation in MATLAB/Simulink. A prototype of the proposed renewable energy system is developed in the laboratory using a digital signal processor to validate its design and control.     

Maximum‐power operation of a stand‐alone PV system using fuzzy logic control

The PV array has a unique operating point that can supply maximum power to the load. This point is called the maximum‐power point (MPP), and is located on the output characteristics of the array. The locus of this point varies, non‐linearly, with the unpredictable variations in the solar insolation and/or the cell temperature. Thus, to operate the PV array at its MPPs for every instant, the PV system must contain a maximum‐power point tracking (MPPT) controller. This article proposes the application of the fuzzy logic controller (FLC) to operate a suggested PV control system at the MPP of the array for every instant. The simulation of the system indicates that the use of the FLC gives good results for the MPPT. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

短路电流结合扰动观察法在光伏发电最大功率点跟踪控制中的应用

光伏电池输出功率随外部环境和负载的变化而变化,为充分发挥光伏器件的效能,需采用最大功率点跟踪电路。对于最大功率点跟踪电路的控制已经提出了许多方法,其中短路电流法和扰动观察法因其具有简单有效的优点而得到广泛应用。针对短路电流法的缺点,该文提出一种新的在线短路电流控制方法。该方法在不干扰系统正常工作的情况下,能迅速感知外部环境变化,但该方法效率不高。为充分发挥光伏电池的效能,在线短路电流控制方法的基础上再引入扰动观察法。该文扰动观察法的扰动步长针对最大功率点处稳态特性进行优化,优化后,扰动观察法可有效消除光伏器件输出功率在最大功率点的振荡现象,从而提高系统效率。仿真和实验研究证明,该方法可以快速跟踪外部环境变化,并消除系统在最大功率点的振荡现象。     

基于自适应可控开关矩阵的光伏阵列优化配置策略

针对光伏阵列在阴影或者组件故障情况下引起效率降低的问题,基于自适应粒子群优化算法(SA-PSO)提出将最大功率点跟踪与开关矩阵相结合的控制策略。同时给出了该算法的重启与终止条件,避免了开关的频繁使用与系统趋于稳定时的功率振荡。首先对算法的重启条件进行判断,如果是非自然重启,需要通过优化算法对异常情况下的最优模块阵列连接方案进行识别。然后利用可控开关矩阵实时优化光伏阵列配置方式。最后通过仿真验证了该方法在遮阴或故障情况下均可以快速准确地跟踪到全局最优MPP,有效提高光伏阵列的输出功率。     

光伏电池输出电流控制最大功率点跟踪策略

最大功率点跟踪控制器在光伏系统中起着重要的作用,该控制器可以使太阳电池阵列在一定的外部环境中输出最大的功率,使光伏系统拥有较高的效率。通过Boost变换器实现系统的最大功率点跟踪,应用基于光伏电池输出电流的控制,调整占空比,从而使太阳电池阵列输出功率最大,其优点是结构简单,控制方便,成本低,效率高,传感器精度要求不高。     

大规模并网光伏电站的逆变器控制方法研究

针对大规模并网光伏电站关键部分—并网逆变器,提出适用于并网动态分析的逆变器控制方法。以光伏电站电池的最大输出功率和电网调度指定的功率因数作为受控量的参考值,采用反馈线性化控制策略,实现有功、无功功率的解耦控制,并应用级联PI调节器消除由系统参数估计不准确而产生的静态控制误差。对大规模光伏电站的简单并网系统进行建模及动态仿真,考虑不同功率因数、光照强度及母线故障等因素对逆变器控制有效性进行验证。研究表明,级联PI调节器的参数调节易于实现,且消除了传统方法的静态误差,并验证了该控制方法动态响应速度快且具有良好的稳定性。