CN105068590B - 光伏发电功率控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏发电功率控制方法和系统，其中，方法包括：获取光伏电池功率‑电压拟合曲线；对光伏电池输出电流和输出电压进行采样，得到样本点的电流i_pv和电压v_pv，计算功率P_pv；对光伏电池功率‑电压拟合曲线进行采样，得到样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；若(v_pv,P_pv)满足误差条件，则以(v_pv,P_pv)代替(v₁,P₁)，重新拟合光伏电池功率‑电压曲线，并按照电压值大小从小到大重新排列样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；否则，对光伏电池输出电流i_pv和输出电压v_pv进行重新采样；根据重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)获取实时光伏电池功率‑电压曲线；接收功率指令，在光伏电池功率‑电压曲线上查询所述功率指令指示的功率值对应的电压，设为电压参考值；根据所述电压参考值和升压电路电感电流对升压电路进行电压电流双闭环控制。

Description

光伏发电功率控制方法和系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏发电功率控制方法和系统。

背景技术

随着世界经济的快速发展，能源需求正日益增长。传统石油等能源不仅日益匮乏，更带来温室效应等环境问题。以光伏发电为代表的新能源是一种清洁的、可再生能源，在全世界范围内获取快速发展。为了更好地利用光伏发电资源，其控制非常关键。现有技术对光伏电池给出了详细的数学建模，给出了任意光照、温度下的光伏电池功率电压关系式。在光伏发电功率控制方面，主要有最大功率跟踪控制和恒功率控制。最大功率跟踪控制采用的方法主要是短路电流法、扰动观测法、电导增量法等；而恒功率控制采用的方法主要是基于牛顿二次插值的光伏定功率控制技术和扰动观测法等。

现有方法虽然能够较准确地反映光伏电池功率电压关系的部分信息，但难以反映光伏电池所处环境的光照、温度，以及当前环境下各电压对应的光伏输出功率，导致光伏发电效率低，不利于光伏发电的高效利用与进一步发展。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术光伏发电效率低的问题，光伏发电功率控制方法和系统。

一种光伏发电功率控制方法，包括以下步骤：

根据光伏电池输出电流和输出电压计算光伏电池输出功率，根据输出电压和输出功率获取光伏电池功率-电压拟合曲线；其中，所述光伏电池功率-电压拟合曲线描述光伏电池功率与电压之间的对应关系；

对光伏电池输出电流和输出电压进行采样，得到样本点的电流i_pv和电压v_pv，根据所述电流i_pv和电压v_pv计算样本点功率P_pv；对光伏电池功率-电压拟合曲线进行采样，得到样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；

判断(v_pv,P_pv)是否满足设定的误差条件；若满足，则以(v_pv,P_pv)代替(v₁,P₁)，重新拟合光伏电池功率-电压曲线，并按照电压值大小从小到大重新排列样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；否则，对光伏电池输出电流和输出电压进行重新采样，并重复本步骤；

根据重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)获取实时光伏电池功率-电压曲线；

接收功率指令，在光伏电池功率-电压曲线上查询所述功率指令指示的功率值对应的电压，设为电压参考值；

根据所述电压参考值和升压电路电感电流对升压电路进行电压电流双闭环控制；其中，所述升压电路是连接到所述光伏电池，用于放大光伏电池的输出电压的电路。

一种光伏发电功率控制系统，包括：

拟合模块，用于根据光伏电池输出电流和输出电压计算光伏电池输出功率，根据输出电压和输出功率获取光伏电池功率-电压拟合曲线；其中，所述光伏电池功率-电压拟合曲线描述光伏电池功率与电压之间的对应关系；

采样模块，用于对光伏电池输出电流和输出电压进行采样，得到样本点的电流i_pv和电压v_pv，根据所述电流i_pv和电压v_pv计算样本点功率P_pv；对光伏电池功率-电压拟合曲线进行采样，得到样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；

判断模块，用于判断(v_pv,P_pv)是否满足误差条件；若满足，则以(v_pv,P_pv)代替(v₁,P₁)，重新拟合光伏电池功率-电压曲线，并按照电压值大小从小到大重新排列样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；否则，对光伏电池输出电流和输出电压进行重新采样，并继续执行判断模块的功能；

获取模块，用于根据重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)获取实时光伏电池功率-电压曲线；

查询模块，用于接收功率指令，在光伏电池功率-电压曲线上查询所述功率指令指示的功率值对应的电压，设为电压参考值；

控制模块，用于根据所述电压参考值和升压电路电感电流对升压电路进行电压电流双闭环控制；其中，所述升压电路是连接到所述光伏电池，用于放大光伏电池的输出电压的电路。

上述光伏发电功率控制方法和系统，通过采用符合约束条件的样本点的电压、功率值对光伏电池功率-电压拟合曲线进行重新拟合，根据拟合曲线上的最新样本点获取实时光伏电池功率-电压曲线；在光伏电池功率-电压曲线上查询所述功率指令对应的电压，作为电压参考值；根据所述电压参考值和升压电路电感电流对升压电路进行电压电流双闭环控制，能够实时给出光伏电池所处环境的光照和温度值，以及当前环境下光伏电池功率-电压曲线，有利于光伏发电最大功率或恒功率控制的实施。

附图说明

图1为一个实施例的光伏发电功率控制方法流程图；

图2为一个实施例的光伏发电功率控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的光伏发电功率控制方法和系统的实施例进行阐述。

图1为一个实施例的光伏发电功率控制方法流程图。如图1所示，本发明的光伏发电功率控制方法可包括以下步骤：

S1，根据光伏电池输出电流和输出电压计算光伏电池输出功率，根据输出电压和输出功率获取光伏电池功率-电压拟合曲线；其中，所述光伏电池功率-电压拟合曲线描述光伏电池功率与电压之间的对应关系；

S2，对光伏电池输出电流和输出电压进行采样，得到样本点的电流i_pv和电压v_pv，根据所述电流i_pv和电压v_pv计算样本点功率P_pv；对光伏电池功率-电压拟合曲线进行采样，得到样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；

S3，判断(v_pv,P_pv)是否满足设定的误差条件；若满足，则以(v_pv,P_pv)代替(v₁,P₁)，重新拟合光伏电池功率-电压曲线，并按照电压值大小从小到大重新排列样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；否则，对光伏电池输出电流和输出电压进行重新采样，并重复本步骤；

S4，根据重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)获取实时光伏电池功率-电压曲线；

S5，接收功率指令，在光伏电池功率-电压曲线上查询所述功率指令指示的功率值对应的电压，设为电压参考值；

S6，根据所述电压参考值和升压电路电感电流对升压电路进行电压电流双闭环控制；其中，所述升压电路是连接到所述光伏电池，用于放大光伏电池的输出电压的电路。

在步骤S1中，可通过对光伏电池输出电流和输出电压进行若干次采样，得到多个样本点，再根据功率、电压、电流之间的关系获取样本点的功率值，然后，根据样本点的电压、功率对光伏电池功率-电压曲线进行粗拟合。例如，可对光伏电池输出电流和输出电压进行两次采样。样本点的数目越多，拟合得到的曲线的准确度越高。

在步骤S2中，对光伏电池输出电流和输出电压进行再次采样，得到一个样本点，再根据功率、电压、电流之间的关系获取该样本点的功率值。本步骤的采样方法与步骤S1类似。

在一个实施例中，步骤S3可包括：

判断样本点的功率P_pv是否满足如下功率约束条件：

|P_pv-P(v_pv)|＞ε₁， (1)

式中，P(v_pv)是光伏电池功率-电压拟合曲线上电压v_pv对应的光伏电池输出功率；ε₁为功率误差阈值。

若式(1)不满足，则说明该样本点在原拟合曲线上，无需重新拟合。

在一个实施例中，若式(1)满足，还可判断所述样本点的电压v_pv是否满足如下电压约束条件：

$\left\{\begin{array}{c}|v_{pv}-v_1|>{\mathrm{\ϵ}}_2\\ |v_{pv}-v_2|>{\mathrm{\ϵ}}_2\end{array}\right.,---\left(2\right)$

式中，v₁为光伏电池功率-电压拟合曲线上的第1个样本点电压值；v₂为光伏电池功率-电压拟合曲线上的第2个样本点电压值；ε₂为电压误差阈值。

若式(2)不满足，则说明新样本点与原样本点过于接近，容易引起数值求解误差。若式(2)满足，需以新样本点替代样本点(v₁,P₁)，重新拟合曲线；按照电压值大小从小到大重新排列样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)。

在步骤S4中，将最新的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)代入如下光伏电池的功率-电压关系式组成的非线性方程组，并求解所述非线性方程组，得出光照、温度值：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_1(R,T,v_1)-P_1=0\\ f_2(R,T,v_2)-P_2=0\end{array}\right.$

式中，f₁(R,T,v₁)为电压v₁在功率-电压关系式中对应的功率函数值；f₂(R,T,v₂)为电压v₂在功率-电压关系式中对应的功率函数值；

将所述光照、温度值代入光伏电池功率-电压关系式获取实时光伏电池功率-电压曲线。

在步骤S5中，对功率指令与功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率值的大小进行比较；当功率指令大于功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率值时，将功率-电压曲线上的最大功率点对应的电压值作为电压参考值；当功率指令小于功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率时，取功率-电压曲线上的右侧电压作为电压参考值。

本发明仅需二个样本点即可获取光伏电池功率-电压拟合曲线，并能够实时给出光伏电池所处环境的光照和温度值，以及当前环境下光伏电池功率-电压曲线，有利于光伏发电最大功率或恒功率控制的实施。

下面结合附图对本发明的光伏发电功率控制系统的实施例做进一步阐述。

图2为一个实施例的光伏发电功率控制系统结构示意图。

如图2所示，本发明的光伏发电功率控制系统可包括：

拟合模块10，用于根据光伏电池输出电流和输出电压计算光伏电池输出功率，根据输出电压和输出功率获取光伏电池功率-电压拟合曲线；其中，所述光伏电池功率-电压拟合曲线描述光伏电池功率与电压之间的对应关系；

采样模块20，用于用于对光伏电池输出电流和输出电压进行采样，得到样本点的电流i_pv和电压v_pv，根据所述电流i_pv和电压v_pv计算样本点功率P_pv；对光伏电池功率-电压拟合曲线进行采样，得到样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；

判断模块30，用于判断(v_pv,P_pv)是否满足误差条件；若满足，则以(v_pv,P_pv)代替(v₁,P₁)，重新拟合光伏电池功率-电压曲线，并按照电压值大小从小到大重新排列样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；否则，对光伏电池输出电流和输出电压进行重新采样，并继续执行判断模块的功能；

获取模块40，用于根据重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)获取实时光伏电池功率-电压曲线；

查询模块50，用于接收功率指令，在光伏电池功率-电压曲线上查询所述功率指令指示的功率值对应的电压，设为电压参考值；

控制模块60，用于根据所述电压参考值和升压电路电感电流对升压电路进行电压电流双闭环控制；其中，所述升压电路是连接到所述光伏电池，用于放大光伏电池的输出电压的电路。

在一个实施例中，所述判断模块30可包括：

第一判断单元301，用于判断样本点的功率P_pv是否满足如下功率约束条件：

|P_pv-P(v_pv)|＞ε₁，

式中，P(v_pv)是光伏电池功率-电压拟合曲线上电压v_pv对应的光伏电池输出功率；ε₁为功率误差阈值。

在一个实施例中，所述判断模块30还可包括：

第二判断单元302，用于当满足功率约束时，判断所述样本点的电压v_pv是否满足如下电压约束条件：

$\left\{\begin{array}{c}|v_{pv}-v_1|>{\mathrm{\ϵ}}_2\\ |v_{pv}-v_2|>{\mathrm{\ϵ}}_2\end{array}\right.,$

式中，v₁为光伏电池功率-电压拟合曲线上的第1个样本点电压值；v₂为光伏电池功率-电压拟合曲线上的第2个样本点电压值；ε₂为电压误差阈值。

所述获取模块40可包括：

求解单元401，用于将重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)代入如下光伏电池的功率-电压关系式组成的非线性方程组，并求解所述非线性方程组，得出光照、温度值：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_1(R,T,v_1)-P_1=0\\ f_2(R,T,v_2)-P_2=0\end{array}\right.$

式中，f₁(R,T,v₁)为电压v₁在功率-电压关系式中对应的功率函数值；f₂(R,T,v₂)为电压v₂在功率-电压关系式中对应的功率函数值；

获取单元402，用于将所述光照、温度值代入光伏电池功率-电压关系式获取实时光伏电池功率-电压曲线。

所述查询模块50包括：

比较单元501，用于对功率指令与功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率值的大小进行比较；当功率指令大于功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率值时，将功率-电压曲线上的最大功率点对应的电压值设为电压参考值；当功率指令小于功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率时，取功率-电压曲线上的右侧电压设为电压参考值。

所述控制模块60可包括控制器、处理器等元件。

本发明仅需二个样本点即可获取光伏电池功率-电压拟合曲线，并能够实时给出光伏电池所处环境的光照和温度值，以及当前环境下光伏电池功率-电压曲线，有利于光伏发电最大功率或恒功率控制的实施。

本发明的光伏发电功率控制系统与本发明的光伏发电功率控制方法一一对应，在上述光伏发电功率控制方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于光伏发电功率控制系统的实施例中，特此声明。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光伏发电功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据光伏电池输出电流和输出电压计算光伏电池输出功率，根据输出电压和输出功率获取光伏电池功率-电压拟合曲线；其中，所述光伏电池功率-电压拟合曲线描述光伏电池功率与电压之间的对应关系；

对光伏电池输出电流和输出电压进行采样，得到样本点的电流i_pv和电压v_pv，根据所述电流i_pv和电压v_pv计算样本点功率P_pv；对光伏电池功率-电压拟合曲线进行采样，得到样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；

判断(v_pv,P_pv)是否满足设定的误差条件；若满足，则以(v_pv,P_pv)代替(v₁,P₁)，重新拟合光伏电池功率-电压曲线，并按照电压值大小从小到大重新排列样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；否则，对光伏电池输出电流和输出电压进行重新采样，并重复本步骤；

根据重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)获取实时光伏电池功率-电压曲线；

接收功率指令，在光伏电池功率-电压曲线上查询所述功率指令指示的功率值对应的电压，设为电压参考值；

根据所述电压参考值和升压电路电感电流对升压电路进行电压电流双闭环控制；其中，所述升压电路是连接到所述光伏电池，用于放大光伏电池的输出电压的电路。

2.根据权利要求1所述的光伏发电功率控制方法，其特征在于，所述判断(v_pv,P_pv)是否满足设定的误差条件的步骤包括：

判断样本点的功率P_pv是否满足如下功率约束条件：

|P_pv-P(v_pv)|＞ε₁，

式中，P(v_pv)是光伏电池功率-电压拟合曲线上电压v_pv对应的光伏电池输出功率；ε₁为功率误差阈值。

3.根据权利要求2所述的光伏发电功率控制方法，其特征在于，所述判断(v_pv,P_pv)是否满足设定的误差条件的步骤还包括：

当满足功率约束条件时，判断所述样本点的电压v_pv是否满足如下电压约束条件：

$\left\{\begin{array}{c}|v_{pv}-v_1|>{\mathrm{\ϵ}}_2\\ |v_{pv}-v_2|>{\mathrm{\ϵ}}_2\end{array}\right.,$

式中，v₁为光伏电池功率-电压拟合曲线上的第1个样本点电压值；v₂为光伏电池功率-电压拟合曲线上的第2个样本点电压值；ε₂为电压误差阈值。

4.根据权利要求1所述的光伏发电功率控制方法，其特征在于，所述根据重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)获取实时光伏电池功率-电压曲线的步骤包括：

将重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)代入如下光伏电池的功率-电压关系式组成的非线性方程组，并求解所述非线性方程组，得出光照、温度值：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_1(R,T,v_1)-P_1=0\\ f_2(R,T,v_2)-P_2=0\end{array}\right.$

式中，f₁(R,T,v₁)为电压v₁在功率-电压关系式中对应的功率函数值；f₂(R,T,v₂)为电压v₂在功率-电压关系式中对应的功率函数值；

将所述光照、温度值代入光伏电池功率-电压关系式获取实时光伏电池功率-电压曲线。

5.根据权利要求1所述的光伏发电功率控制方法，其特征在于，在光伏电池功率-电压曲线上查询所述功率指令指示的功率值对应的电压，设为电压参考值的步骤包括：

对功率指令与功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率值的大小进行比较；

当功率指令大于功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率值时，将功率-电压曲线上的最大功率点对应的电压值设为电压参考值；

当功率指令小于功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率值时，取功率-电压曲线上的右侧电压设为电压参考值。

6.一种光伏发电功率控制系统，其特征在于，包括：

拟合模块，用于根据光伏电池输出电流和输出电压计算光伏电池输出功率，根据输出电压和输出功率获取光伏电池功率-电压拟合曲线；其中，所述光伏电池功率-电压拟合曲线描述光伏电池功率与电压之间的对应关系；

采样模块，用于对光伏电池输出电流和输出电压进行采样，得到样本点的电流i_pv和电压v_pv，根据所述电流i_pv和电压v_pv计算样本点功率P_pv；对光伏电池功率-电压拟合曲线进行采样，得到样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；

判断模块，用于判断(v_pv,P_pv)是否满足误差条件；若满足，则以(v_pv,P_pv)代替(v₁,P₁)，重新拟合光伏电池功率-电压曲线，并按照电压值大小从小到大重新排列样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)；否则，对光伏电池输出电流和输出电压进行重新采样，并继续执行判断模块的功能；

获取模块，用于根据重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)获取实时光伏电池功率-电压曲线；

查询模块，用于接收功率指令，在光伏电池功率-电压曲线上查询所述功率指令指示的功率值对应的电压，设为电压参考值；

控制模块，用于根据所述电压参考值和升压电路电感电流对升压电路进行电压电流双闭环控制；其中，所述升压电路是连接到所述光伏电池，用于放大光伏电池的输出电压的电路。

7.根据权利要求6所述的光伏发电功率控制系统，其特征在于，所述判断模块包括：

第一判断单元，用于判断样本点的功率P_pv是否满足如下功率约束条件：

|P_pv-P(v_pv)|＞ε₁，

式中，P(v_pv)是光伏电池功率-电压拟合曲线上电压v_pv对应的光伏电池输出功率；ε₁为功率误差阈值。

8.根据权利要求7所述的光伏发电功率控制系统，其特征在于，所述判断模块还包括：

第二判断单元，用于当满足功率约束条件时，判断所述样本点的电压v_pv是否满足如下电压约束条件：

$\left\{\begin{array}{c}|v_{pv}-v_1|>{\mathrm{\ϵ}}_2\\ |v_{pv}-v_2|>{\mathrm{\ϵ}}_2\end{array}\right.,$

式中，v₁为光伏电池功率-电压拟合曲线上的第1个样本点电压值；v₂为光伏电池功率-电压拟合曲线上的第2个样本点电压值；ε₂为电压误差阈值。

9.根据权利要求6所述的光伏发电功率控制系统，其特征在于，所述获取模块包括：

求解单元，用于将重新排列后的样本点(v₁,P₁)和(v₂,P₂)代入如下光伏电池的功率-电压关系式组成的非线性方程组，并求解所述非线性方程组，得出光照、温度值：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_1(R,T,v_1)-P_1=0\\ f_2(R,T,v_2)-P_2=0\end{array}\right.$

式中，f₁(R,T,v₁)为电压v₁在功率-电压关系式中对应的功率函数值；f₂(R,T,v₂)为电压v₂在功率-电压关系式中对应的功率函数值；

获取单元，用于将所述光照、温度值代入光伏电池功率-电压关系式获取实时光伏电池功率-电压曲线。

10.根据权利要求6所述的光伏发电功率控制系统，其特征在于，所述查询模块包括：

比较单元，用于对功率指令与功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率值的大小进行比较；当功率指令大于功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率值时，将功率-电压曲线上的最大功率点对应的电压值设为电压参考值；当功率指令小于功率-电压曲线上的最大功率点对应的功率值时，取功率-电压曲线上的右侧电压设为电压参考值。