用于直流负荷供电的光伏系统

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1、用于直流负荷供电的光伏系统能量管理控制策略研究摘要随着人们节能意识的增强，LED灯、电子扼流圈、紧凑型荧光灯和逆变器等设备使用日益增加。上述使用的设备由直流电源供电，导致现有电网负荷正经历显著的变化。光伏是一种主要能源，前面所提负荷可以直接连接到直流母线。光伏并网系统包含光伏阵列、负荷、大电网、储能装置和用来平衡各类单元功率的能量管理系统。该系统可以通过测量电池电压来确定双向变换器的工作模式。通过实验原型验证该能量管理和控制策略的可行性。该控制策略编入FPGA板并在不同负荷下的运行模式中得到检验。实验结果证明文中所提策略的实用性。关键词双向转换器；直流总线；光伏；电力潮流管理系统

2、（PMS）1、引言随着对低成本的能源不断增长的需求与日益关注的环境问题，以光伏为基础的系统被越来越多的广泛应用于家庭和商业[1]。光伏系统大致可分为独立系统和并网系统[2]，[3]。独立系统不能被广泛应用在偏远地方的电力供应。独立结构可以提供一个调节好的负载电压，但其供电可靠性不能保证[3]。蓄电池被广泛应用是为了提高单机系统的可靠性[4]。由于电力电子技术的进步导致了一个光伏系统并网迅速增加[5]，[6]。各种拓扑结构和控制策略[1]–[4]，[7]–[28]并网逆变器已在文献中报道。在光伏并网发电系统(GCPVs)[13]–[24]，生成光伏功率反馈到电网或所提供的线性和非线

3、性的交流侧负荷。相当数量的文献[3]，[4]，[25]–[29]都有处理操作的混合系统。在一些混合系统[4]，[23]电池用于补偿产生和需求之间的不匹配。在发展中国家，对电力的需求日益超越计划者的估计，并且电网不牢固，一年四季计划停电是常见的。此外，还有随机的频繁的不定期和短期的中断。因此，一个光伏并网发电系统与备用电池有很多优势，比如在整个尖峰负荷时间调节峰值负载抑制发电，所以，电网逆变器应工作在并网模式和离网模式下，以提供在停电期间不间断的临界负荷的电力[9]。在一些应用[15]，[26]，[29]，电池被直接连接于并联直流母线。电池的充电/放电电路嵌入直流总线和电池之间时电

4、池的大小可以被抑制[25]，[30]。利用电池的充电/放电电路来调节直流母线电压将交流电流控制中的直流环节控制并且实现了直流环节电压快速调节。在文章中，光伏系统提供直流负载并没有备受重视。对储蓄能源的日益重视增加了LED路灯，电子电抗器，紧凑型荧光灯，逆变器的使用。光伏成为一个主要的能源来源使直流负载直接连接到直流总线。在本文中，控制光伏发电系统的直流负载被认为是研究对象。在光伏并网发电系统，光伏发电的变化会引起直流母线电压的波动，光伏发电通过调整交流线电流调节振幅[3]，[12]–[18]，并且amplitude[3],[12]–[18],andundergridfailure

5、,aseparate在电网故障下，一个单独的控制器需要调节直流母线电压[3]，[25]。对于直流负载系统，除了光伏功率的变化，负荷的波动也影响直流母线电压。直流环节电压的变化导致交流线电流的成比例的变化。这使线电流的振幅经常变化，导致产生不良的电能质量[22]。此外，当太阳辐射较少，电源质量被降解的线的总谐波失真（THD）电流是成反比的注入功率电网[25]，[31]。而且，直流环节电压扰动反映在光伏阵列的功率，并且光伏操作点从最大功率点（MPP）转变。因此，快速调节直流母线电压是必要的，以确保固定的直流电压，同时保持总谐波失真电流在标准范围内注入电网。进行了这样一个尝试，给连接在

6、直流侧的负载提供可靠的电力，但在这种情况下，光伏发电不能有效利用[16]。当所生成的光伏功率大于负载的需求，只有光伏发电满足负载功率的需求，多余的光伏发电才能不馈入电网。此外直流负载对系统性能的影响不讨论了。所提出的光伏系统由三个电源（电网，光伏阵列，和电池），三个功率耗散器（电网，电池，和负载），和一个功率流管理系统（PMS）以平衡功率潮流。本文阐述了提供不间断的有效的电力潮流管理方案，功率从电网连接电源到直流负载，同时促进光伏发电系统将多余的光伏发电疏散在高质量的电网中。2、系统描述带有直流负载的光伏发电并网如图1，瞬时功率的关系由下式给出（1）其中，pbo是升压转换器的输出

7、功率，pb通过充电/放电电路的输出功率，pdc是功率的直流母线电容器，pL是消耗的功率直流负载，pinv是由逆变器中提取的功率。瞬时交流功率可表示为（2）（3）其中，Vm为相电压的幅值Im是电网电流的幅值。交流电源包括一个直流项和在直流电压中的二次脉动。直流侧平均功率可以写为（4）其中，Iinv是逆变器直流侧电流的平均值。等同于交流一端直流侧直流项的平均功率。（5）其中，是逆变器的效率。如果Vdc和Vdc(ref)为直流母线电压的实际值和参考值，分别地在能量中的变化(ΔEdc)存