基于双并联Boost_Buck电路的光伏发电系统电压稳定控制.pdf

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1、第30卷第7期电力自动化设备Vol．30No.72010年7月ElectricPowerAutomationEquipmentJul.2010基于双并联Boost-Buck电路的光伏发电系统电压稳定控制和贝，张建成，钟云（华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003）摘要：针对目前光伏发电系统电压稳定性较差的问题，以超级电容器作为储能元件，设计了双并联双向Boost-Buck电路以提高光伏发电系统的电压稳定性。当光伏电池阵列输出电压低于额定值时，超级电容器储能单元释放能量传输给直流母线以提

2、高直流母线电压；当光伏电池阵列输出电压高于额定值时，将直流母线多余的电能向超级电容器端传输。建立了Boost-Buck电路的状态空间方程，对光伏电池阵列输出电压的不同运行状态，设计了双并联双向Boost-Buck电路的PI闭环控制策略。仿真结果表明，当光伏电池阵列输出电压不稳定时，通过控制能量在超级电容器储能系统与光伏发电系统直流母线之间的相互传递，光伏电池阵列输出电压的稳定性可以得到有效控制。关键词：超级电容器储能；光伏发电；电压稳定性；双并联Boost-Buck电路中图分类号：TM615文献标

3、识码：A文章编号：1006－6047（2010）07－0100－04201000W／m20引言900W／m2800W／m2700W／m2目前，世界各国开始高度重视新能源的开发及A600W／m2／10其相关技术研究［1］。太阳能光伏发电以其资源可再I500W／m2400W／m2［2］生、清洁无污染等优点受到了人们的高度重视。但300W／m2是，在光伏发电系统中，由于日照强度、环境温度等0自然条件的变化而不能持续地、稳定地输出电能，导1020304050致系统稳定性问题增加，而且难以很好地跟踪负荷U／

4、V的变化［3］。文献［4-5］设计的蓄电池储能电路和系统图1光伏电池随太阳辐射强度变化I－U特性曲线能量管理控制方案，一定程度上提高了光伏发电系统Fig.1I-Ucurvesofphotovoltaicarrayfordifferentsolarradiantintensities的稳定性。在储能系统端电压变化不大时，文献［5］5.8100℃设计的双向DC／DC变换器可以实现储能系统与直0℃流母线的能量双向流动。超级电容器作为新兴电力50℃储能器件，近年来国内外的研究和产品日趋增多，利5.2A用其

5、功率密度大的特点，在短时间、大功率放电场合／I可以部分或全部取代蓄电池［6］4.6。本文从超级电容器的储能机理出发，以超级电容器作为储能本体，提出了双并联双向Boost-Buck4.0010203040电路，通过该电路控制能量在超级电容器与光伏发U／V电系统母线之间相互传递，使得光伏发电系统母线图2光伏电池随温度变化I-U特性曲线电压稳定性控制更加有效、快速，提高了光伏发电系Fig.2I-Ucurvesofphotovoltaicarray统的供电电能质量。fordifferenttemperat

6、ures特性受自然环境和负载的影响较大，而且与太阳辐1光伏电池工作特性与储能装置射强度、环境温度和负载之间的关系是高度非线性1.1光伏电池特性的。因此，在系统中配置一定容量的储能装置，对光伏发电系统电压稳定具有非常重要的作用［8］光伏电池（电流I-电压U）特性随太阳辐射强。度、温度而变化的规律如图1、图2［7］所示。1.2超级电容器储能系统由图1、2可以看出光伏电池的电流、电压输出在光伏等可再生能源发电系统中，储能装置不但要面临负载功率脉动的问题，还会经常处于发电收稿日期：2009－09－10；修

7、回日期：2009－12－12功率不稳定或脉动的状态［9］基金项目：国家自然科学基金资助项目（50677018）。第7期和贝，等：基于双并联Boost-Buck电路的光伏发电系统电压稳定控制超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间用电需求的前提下，将直流母线多余的电能通过并的一种新型储能器件。与传统电容器相比，它具有较联Boost-Buck电路Ⅱ向超级电容器端传输，此时对大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长超级电容器进行充电，控制直流母线电压下降到额的使用寿命；而与蓄电池相比，它又具有较高

8、的比功定值附近。率，且对环境无污染。因此，超级电容器是一种高效、2.2Boost-Buck电路工作原理与状态空间方程环保的能量存储器件［10-12］，非常适合应用在独立的太图4中并联Boost-Buck电路Ⅰ和并联Boost阳能光伏发电系统中，取代光伏发电系统中寿命最-Buck电路Ⅱ的结构完全一样，故本文只对其中一短的蓄电池［13］。将超级电容器应用于光伏发电系统个Boost-Buck电路进行分析。当全控器件IGBT处中能够很好地发挥本身的优点，解决其他储能器件于通态时，电源经IG