建筑集成光伏能量变换系统的耦合机理及其优化方法研究

建筑集成光伏的能量变换系统由光伏组件、电能变换器和电网通过电气网络互联构成。随着建筑规模和负荷需求的扩大，系统中光伏组件和变换器数量不断增加，耦合方式变得非常复杂，同时局部阴影和电气参数失配使光伏组件P－V特性具有多个极值点，进一步增强了耦合作用的复杂性。本项目将以提高系统能效和安全稳定性为目标，首先量化评估光伏组件与电能变换系统多种耦合方式的综合性能，研究电气网络的多目标优化理论和适用于不同建筑环境和电气网络的全局最大功率点跟踪控制方法；然后针对电能变换系统中多个变换器之间控制和保护相互影响导致控制特性恶化和保护失效的问题，建立多变换器耦合特性分析模型，揭示其耦合机理，研究多变换器之间耦合度最小的协调控制方法；最后定量分析电能变换系统的非稳态特性及其对电网影响，提出可平抑系统非稳态特性，对电网负面影响最小的优化耦合方法。本项目研究将为高性能建筑集成光伏的分析和设计奠定理论和技术基础。

本项目以提高建筑集成光伏系统能效和安全稳定性，减小系统对电网的负面影响为目标，针对建筑集成光伏的能量变换系统中光伏组件、电能变换系统与电网之间的耦合方式和作用机理展开研究，探索系统耦合的优化方法。已完成的主要研究工作如下：.（1）提出了一种基于天气类型模糊识别的光伏发电在线预测方法，改善了预测精度，减小了光伏阵列输出的随机性对电能变换系统的影响；提出了直流模块式建筑集成光伏系统的概念，给出了设计方法，定量评估了几种具有不同电气网络结构的建筑集成光伏系统的能效，为高性能建筑集成光伏系统的设计提供了理论依据；提出了一种适用于光伏组件集成变换器的全局最大功率点跟踪方法，可高效跟踪局部阴影和失配条件下光伏组件的最大功率点，改善系统能效。.（2）针对多端口变换器内部的耦合特性，研究了三端口变换器和多端口输入型级联多电平逆变器协调控制方法，提出了一种光伏-储能复合型三端口变换器的解耦控制方法以及多源输入型级联多电平逆变器的直流侧电压平衡控制与输出直流分量抑制方法；建立了直流模块式建筑集成光伏系统的精确动态模型，提出了一种可实现多变换器解耦的协调控制方法，并利用直流有源滤波器改善系统中多变换器的耦合特性，提出了一种基于虚拟电容的直流有源滤波器的控制方法。.（3）为了减小系统中并网逆变器对电网的负面影响，提出了一种适用于电网不平衡条件的双频非特征谐波注入的电网阻抗实时检测与孤岛保护方法；提出了一种利用系统内在的数字控制延迟的单环并网控制方法，分析了系统稳定性，研究了数字采样的频率混叠对并网性能的影响，提出了一种基于互补采样的抗混叠方法；提出了一种基于网络净现值评估的可平抑建筑集成光伏非稳态特性的储能系统优化配置方法；建立了多能源复合型直流模块式建筑集成光伏系统的能量管理模型，提出了一种基于改进遗传算法的智能能量管理方法。 .基于上述研究工作发表和录用学术论文26篇，包括SCI源刊论文11篇、EI源刊论文8篇、其它期刊论文2篇、国际会议论文3篇以及国内会议论文2篇，其中SCI已检索6篇，EI已检索12篇。撰写本项目相关专著1本（待出版）；获得本项目相关的中国发明专利授权3项；培养博士后1名，博士研究生3名，硕士研究生2名。