專利名稱：具有集群調節器的三相群微逆變器系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及具有集群調節器的三相群微逆變器系統及控制方法。
背景技術：
太陽能是干凈無污染且取之不盡、用之不竭、隨處可得的能源，在化石能源逐漸短缺的今天，選擇太陽能作為替代能源是解決能源危機的有效途徑之一。光伏發電系統一般采用微逆變器作為直流-交流的轉換工具。工程實踐中，光伏電池不宜過多的串聯或并聯，所以大部分光伏系統采用多臺微逆變器并聯，取代一臺大型逆變器，且每臺微逆變器連接一個光伏電池陣列可以改善光伏電池陣列光照不均、個別故障等對整體電網的不利影響。三相并網時，傳統的方法是每相均采用相同數目、結構相同的微逆變器，較容易地實現功率平衡，但當各相外部條件不同時，容易導致某相中的微逆變器閑置過多。多微逆變器并網系統中，若微逆變器固定平均分配于電網三相中，雖然容易控制，但是微逆變器的利用率受到限制，拓撲不夠靈活；若微逆變器均可自由工作于電網任意相中，會使得控制成本過高；因此急需提出一種新的太陽能三相微逆變器系統及其控制方法，降低功率損耗，提高微逆變器的工作效率。
發明內容
本發明提出具有集群調節器的三相群微逆變器系統及控制方法，其目的在于，克服上述現有技術的不足，通過設置固定群和自由群微逆變器，利用集群調節器進行控制，保證三相功率平衡，降低功率損耗，提高微逆變器工作效率。具有集群調節器的太陽能光伏三相群微逆變器系統，包括集群調節器、微逆變器群、通信電路模塊及檢測電路模塊，微逆變器群的直流輸入端和交流輸出端均與檢測電路模塊相連，檢測電路模塊的輸出端與集群調節器相連，集群調節器通過通信模塊與自由群微逆變器群相連；所述微逆變器群包括4組單相微逆變器，分為固定群微逆變器和自由群微逆變器；其中三組單相微逆變器即A相微逆變器組、B相微逆變器組和C相微逆變器組構成固定群微逆變器，另一組為自由群微逆變器；微逆變器群中每個單相微逆變器的直流端與一個光伏電池陣列輸出端相連；每個固定群微逆變器中單相微逆變器的數量相同，A相固定群中每個單相微逆變器的交流端與電網A相相連，B相固定群中每個單相微逆變器的交流端與電網B相相連，C相固定群中每個單相微逆變器的交流端與電網C相相連；自由群微逆變器中每個單相微逆變器的交流端通過選擇控制開關與電網任一項相連，自由群微逆變器中每個單相微逆變器之間通過通信電路單元相連；自由群微逆變器自行組成I 3個子群，子群群組拓撲具有動態性；自由群微逆變器根據每相需要補充的功率數自行在A、B及C三相排隊，每相子群中向集群調節器發送功率信息并被讀取的微逆變器作為節點，當隊列中微逆變器的功率總數達到該相需求時，節點微逆變器停止排隊并向集群調節器發出組群完成信息，集群調節器確認組群。所述微逆變器群中的每個單相微逆變器均采用交錯反激式結構。所述微逆變器群中的每個單相微逆變器還包括控制單元、檢測電路單元及通信電路單元；自由群微逆變器中的單相微逆變器通過各自的通信電路單元進行基于令牌機制的電力載波通信。具有集群調節器的太陽能光伏三相群微逆變器系統的控制方法，采用所述的具有集群調節器的太陽能光伏三相群微逆變器系統，采用兩級分布式控制，通過集群調節器采用粒子群算法作為功率優化算法計算得到的計算各相平衡時的輸出功率及損耗功率，控制自由群微逆變器群中各相子群微逆變器的輸出功率，調節三相功率平衡，降低功率損耗；所述兩級分布式控制包括高層控制和底層控制，其中高層控制是指通過集群調節器依據固定群微逆變器中各相固定群的輸出功率選擇自由群微逆變器中子群分別并入電網二相；底層控制指各單相微逆變器內部的控制算法和單相微逆變器間組成的通信網絡；單相微逆變器內部的控制算法包括工作效率控制，還包括現有技術中的MPPT控制、均流控制、電流環控制及鎖相環(PLL)控制；單相微逆變器間組成的通信網絡指自由群微逆變器中各單相微逆變器通過各自的通信單元進行相互通信，獲取各自的輸出功率和工作狀態，依據集群調節器發出的各相固定群微逆變器的輸出功率進行自由組合，構建自由群微逆變器子群。 各單相微逆變器的工作效率控制過程如下:步驟1:各單相微逆變器采集與本身相連的光伏電池陣列的輸出電壓作為輸入電壓；步驟2:通過計算各單相微逆變器輸入電壓與設定電壓Umin的比值，判斷各單相微逆變器的工作效率；步驟3:重新確定微逆變器投切情況。當單相微逆變器輸入電壓低于Umin時，若微逆變器處于投入狀態即已并入電網工作，則自行停止工作并切斷與電網的連接，若微逆變器已處于切斷狀態，則保持現狀；當單相微逆變器輸入電壓高于Umin時，若微逆變器處于切斷狀態，則自行開始工作并接入電網，若微逆變器已處于投入狀態，則保持現狀。所述集群調節器采用粒子群算法作為功率優化算法，計算各相平衡時的輸出功率及損耗功率，其中，粒子群算法的目標函數，即適應值函數為T，以T達到最小值作為控制目標:T=Ic1Uk2APs其中，Pcost 為功率損耗:Prast= (PinA+PinB+Pinc) _ (PoutA+PoutB+Poutc)，Δ Ps 為三相平衡表
m
達式:八匕=^。-- —)2+^—- —)2+^—- 。-)2，P-=ILp ,為A相微逆變器的輸出功率總和，P0UtB=TjPoumj為B相微逆變器的輸出功率總和，P =Σ凡為C相微逆變器的
J=1k=i輸出功率總和
權利要求
1.具有集群調節器的太陽能光伏三相群微逆變器系統，其特征在于，包括集群調節器、微逆變器群、通信電路模塊及檢測電路模塊，微逆變器群的直流輸入端和交流輸出端均與檢測電路模塊相連，檢測電路模塊的輸出端與集群調節器相連，集群調節器通過通信模塊與自由群微逆變器群相連； 所述微逆變器群包括4組單相微逆變器，分為固定群微逆變器和自由群微逆變器；其中三組單相微逆變器即A相微逆變器組、B相微逆變器組和C相微逆變器組構成固定群微逆變器，另一組為自由群微逆變器；微逆變器群中每個單相微逆變器的直流端與一個光伏電池陣列輸出端相連； 每個固定群微逆變器中單相微逆變器的數量相同，A相固定群中每個單相微逆變器的交流端與電網A相相連，B相固定群中每個單相微逆變器的交流端與電網B相相連，C相固定群中每個單相微逆變器的交流端與電網C相相連； 自由群微逆變器中每個單相微逆變器的交流端通過選擇控制開關與電網任一項相連，自由群微逆變器中每個單相微逆變器之間通過通信電路單元相連； 自由群微逆變器自行組成I 3個子群，子群群組拓撲具有動態性；自由群微逆變器根據每相需要補充的功率數自行在A、B及C三相排隊，每相子群中向集群調節器發送功率信息并被讀取的微逆變器作為節點，當隊列中微逆變器的功率總數達到該相需求時，節點微逆變器停止排隊并向集群調節器發出組群完成信息，集群調節器確認組群。
2.根據權利要求1所述的具有集群調節器的太陽能光伏三相群微逆變器系統，其特征在于，所述微逆變器群中的每個單相微逆變器均采用交錯反激式結構。
3.根據權利要求1或2任一項所述的具有集群調節器的太陽能光伏三相群微逆變器系統，其特征在于，所述微逆變器群中的每個單相微逆變器還包括控制單元、檢測電路單元及通信電路單元； 自由群微逆變器中的單相微逆變器通過各自的通信電路單元進行基于令牌機制的電力載波通信。
4.具有集群調節器的太陽能光伏三相群微逆變器系統的控制方法，其特征在于，采用權利要求1-3所述的具有集群調節器的太陽能光伏三相群微逆變器系統，采用兩級分布式控制，通過集群調節器采用粒子群算法作為功率優化算法計算得到各相平衡時的輸出功率及損耗功率，控制自由群微逆變器群中各相子群微逆變器的輸出功率，調節三相功率平衡； 所述兩級分布式控制包括高層控制和底層控制，其中高層控制是指通過集群調節器依據固定群微逆變器中各相固定群的輸出功率選擇自由群微逆變器中子群分別并入電網三相； 底層控制指各單相微逆變器內部的控制算法和單相微逆變器間組成的通信網絡；單相微逆變器內部的控制算法包括工作效率控制；單相微逆變器間組成的通信網絡指自由群微逆變器中各單相微逆變器通過各自的通信單元進行相互通信，獲取各自的輸出功率和工作狀態，依據集群調節器發出的各相固定群微逆變器的輸出功率進行自由組合，構建自由群微逆變器子群。
5.根據權利要求4所述的具有集群調節器的太陽能光伏三相群微逆變器系統的控制方法，其特征在于，各單 相微逆變器的工作效率控制過程如下:步驟1:各單相微逆變器采集與本身相連的光伏電池陣列的輸出電壓作為輸入電壓；步驟2:通過計算各單相微逆變器輸入電壓與設定電壓Umin的比值，判斷各單相微逆變器的工作效率； 步驟3:重新確定微逆變器投切情況。當單相微逆變器輸入電壓低于Umin時，若微逆變器處于投入狀態即已并入電網工作，則自行停止工作并切斷與電網的連接，若微逆變器已處于切斷狀態，則保持現狀；當單相微逆變器輸入電壓高于Umin時，若微逆變器處于切斷狀態，則自行開始工作并接入電網，若微逆變器已處于投入狀態，則保持現狀。
6.根據權利要求4所述的具有集群調節器的太陽能光伏三相群微逆變器系統的控制方法，其特征在于，所述集群調節器采用粒子群算法作為功率優化算法，計算各相平衡時的輸出功率及損耗功率，其中，粒子群算法的目標函數，即適應值函數為T，以T達到最小值作為控制目標:
全文摘要
本發明公開了具有集群調節器的三相群微逆變器系統及控制方法，通過設置固定群和自由群微逆變器，實現對并網微逆變器的靈活控制，同時使成本降低；集群調節器采用粒子群算法作為功率算法，調節功率平衡，降低功率損耗；采用兩級分布式控制，各微逆變器間通過本地通信網絡交換信息，集群調節器不需要對每一個微逆變器投切進行控制，減小了長距離通信以及成本消耗，當各相輸入功率變化時，投切自由群微逆變器子群可以保證微逆變器整體工作效率，該方法易于實現，有效的解決光伏電池陣列光照不平衡及個別損壞等問題對整體電流輸出造成的不利影響。
文檔編號H02J3/38GK103178550SQ20131013814
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月19日 優先權日2013年4月19日
發明者楊建 , 阮璇, 粟梅, 范輝, 張鵬 申請人:江西中能電氣科技有限公司