一种负荷循环波动条件下的光伏电池输出功率控制方法

文档序号:26138728发布日期:2021-08-03 14:22阅读:179来源:国知局
一种负荷循环波动条件下的光伏电池输出功率控制方法

本发明属于光伏发电技术,具体涉及一种负荷循环波动条件下的光伏电池输出功率控制方法。



背景技术:

由于石油等常规资源的日益缺乏,光伏电池作为一种无污染、无枯竭危险的新型绿色可再生能源,引起了世界各国的广泛关注。如何提高光伏电池输出的功率成为近来国内外的研究热点。通过对光伏电池进行最大功率跟踪可以有效提高光伏电池输出的功率。

常用的最大功率跟踪算法包括扰动观察法、电导增益法、模糊控制法、神经网络控制法等。然而,这些最大功率控制方法没有考虑到负荷循环波动对输出功率的影响,专利201410178381.2公开了《一种负载需求变化自适应的光伏电池功率控制系统及方法》,通过光伏输出电流和负载电流获得光伏电池输出功率和负载需求间的关系,上述方法虽然考虑到负荷循环波动与输出功率之间的关系,但并未计及输出功率的改变对功率器件结温造成的影响。过大的结温波动会降低光伏电池热安全性,甚至造成功率器件的损坏。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种负荷循环波动条件下的光伏电池输出功率控制方法,在负荷循环波动时,通过控制占空比调整光伏电池输出功率,抑制因输出功率改变导致的结温的波动。

实现本发明目的的技术解决方案为:一种负荷循环波动条件下的光伏电池输出功率控制方法,特别适用于功率器件的结温随光伏电池输出功率变化而产生较大波动的光伏系统,包括以下步骤:

步骤1、设置采样频率f,实时采集光伏电池输出电压upv、输出电流ipv、负载电流iout与电压uout以及功率器件结温t(n);并计算得到光伏电池输出功率ppv、负载功率p。

步骤2、为光伏系统中负责控制功率器件开通与关断的光伏控制器提供一个初始占空比d0,令d0=0。

步骤3、监测功率器件结温t的波动情况,采用cauer结构热网络模型,计算规定采样区间内的结温变化量δt;将结温变化量δt作为pi控制器的输入量,通过温度pi调节后生成一个占空比增量δd。

步骤4、n时刻时,判断采样获得的负载功率p,若负载功率p处于高功率时段,为了满足高负荷需求,应按照传统扰动观察法对最大功率点进行精确跟踪,从而获得当前相应占空比d(n);若负载功率p处于低功率时段,为了满足低负荷需求,应将上一时刻占空比d(n-1)与温度pi控制得到的占空比增量δd叠加,从而获得当前相应占空比d(n)。

步骤5:将当前相应占空比d(n)提供给光伏控制器,实现对光伏电池输出功率的控制,并返回步骤1,进行实时控制。

本发明与现有技术相比,其显著优点在于:

本发明考虑到输出功率降低对结温的影响,采用增大占空比使光伏电池输出功率远离最大功率点的方式,在降低输出功率的同时,有效抑制结温波动,增加功率器件寿命,具有重要的理论意义与工程实用价值。

附图说明

图1为本发明所述的光伏系统原理图。

图2为本发明的负荷循环波动条件下的光伏电池输出功率控制方法流程图。

图3为功率器件cauer结构热网络模型图。

图4为负荷循环波动曲线图(phigh表示高负载,plow表示低负载)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1和图2,本发明所述的负荷循环波动条件下的光伏电池输出功率控制方法,在传统扰动观察法的基础上,结合功率器件的主动热控制,针对高功率负载输出时段与低功率负载输出时段分别采用不同的控制策略,能够最大程度地保障光伏电池的带载能力并同时抑制结温的波动,特别适用于功率器件的结温随光伏电池输出功率变化而产生较大波动的光伏系统,具有重要的理论意义与工程实用价值,具体步骤如下:

步骤1、设置采样频率,实时采集光伏电池输出电压upv、输出电流ipv、负载电流iout、电压uout以及功率器件结温t(n);并计算得到光伏电池输出功率ppv、负载功率p。

应注意采样点位置的设定,避免将负载电压uout与光伏电池输出电压upv混淆;采样结束后将采集的数据传输给光伏控制器,采样频率可设置为5khz。

步骤2、为光伏系统中负责控制功率器件开通与关断的光伏控制器提供一个初始占空比d0,并令d0=0。

步骤3、监测功率器件结温t的波动情况,采用cauer结构热网络模型,计算单位时间内的结温变化量δt;将结温变化量δt作为pi控制器的输入量,通过温度pi调节后生成一个占空比增量δd。

结合图3,所述cauer结构热网络模型中,tj和tc分别为功率器件的结温和壳温,th和ta分别为散热器温度和环境温度,rch为功率器件壳与散热器之间导热材料的传导热阻,rha为散热器与环境之间的对流热阻,ch为散热器的热容,c1~cm和r1~rm分别为热网络各节点热容和热阻,m为热网络的阶数,取决于功率器件内部的具体结构;根据图3可以将功率器件结-环境热网络模型表达为如下微分方程组形式:

式中,变量a、b和c分别为:

在获知功率器件损耗p、环境温度ta和热网络模型中各热阻热容的参数值后,就可以通过求解方程组来估计功率器件的结温。

步骤4、负荷循环波动情况如图4所示,对采样获得的进行判断,n时刻时,若要求负载功率p处于高功率时段,为了满足高负荷需求,应按照传统扰动观察法对最大功率点进行精确跟踪,从而获得当前相应占空比d(n);若要求负载功率p处于低功率时段,为了满足低负荷需求,应将上一时刻占空比d(n-1)与温度pi控制得到的占空比增量δd叠加,从而获得当前相应占空比d(n)。

与常规降低光伏电池输出功率的方式相比,本步骤通过增大占空比的方法使光伏电池输出功率ppv远离最大功率点,该方式不仅可以降低输出功率,同时抑制了光伏系统中功率器件结温的剧烈波动,提升了功率器件的使用寿命。

步骤5:将步骤4获得的当前相应占空比d(n)提供给光伏控制器,实现对光伏电池输出功率的控制,并返回步骤1,进行实时控制。

在光伏系统电路连接时,光伏电池与负载间采用升压型(boost)电路;升压型(boost)电路可提供相对较高的负载电压,且电压极性与光伏电池输出电压相同。如图1升压型(boost)电路拓扑模型所示,输入端电容c1的作用为稳压,容值越大稳压效果越好;l为储能电感;输出端的滤波电容c2可以用来限制负载电压纹波。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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