CN109633283A - 母线电容容值监测方法、装置及终端设备 - Google Patents

母线电容容值监测方法、装置及终端设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光伏并网发电技术领域，提供了母线电容容值监测方法、装置及终端设备，所述方法包括：获取放电电路将母线电容两端电压从第一电压放电至第二电压的放电时间、第一电压与第二电压；获取放电电路的功耗；根据所述第一电压、所述第二电压、所述放电时间与所述功耗，计算得到母线电容容值。上述母线电容容值监测方法，实现简单，准确率高，能够对母线电容容值进行有效监测。

Description

母线电容容值监测方法、装置及终端设备
技术领域
本发明属于光伏并网发电技术领域，更具体地说，是涉及母线电容容值监测方法、装置及终端设备。
背景技术
太阳能作为可再生能源之一，具有储量丰富、分布广泛、清洁无污染、绿色环保的优点，是公认的替代能源。太阳能电池板发出的直流电经逆变器转化为与电网电压等幅、同频、同相的交流电，输送到电网。
光伏并网逆变器由开关器件、直流母线电容等关键部分组成，其中，母线电容起到稳定母线电压，吸收释放瞬间功率，吸收开关器件的反峰等作用。光伏并网逆变器要求具备25年的使用寿命，但由于多种原因，直流母线电容的性能将会降低，主要表现为电容容值衰退，容值衰退会造成逆变器的母线电压纹波变大，最终损坏逆变器。但是，目前光伏并网发电系统中，缺少对母线电容容值进行有效监测的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供母线电容容值监测方法，旨在解决现有技术中，缺少对母线电容容值进行有效监测方法的问题。
本发明实施例的第一方面，提供了母线电容容值监测方法，包括：
获取母线通过放电电路从第一电压放电至第二电压的放电时间，并且对放电过程中的母线电压进行实时采样；
获取放电电路的功耗；
根据所述第一电压、所述第二电压、所述放电时间、所述母线电压与所述功耗，确定母线电容容值。
本发明实施例的第二方面，提供了母线电容容值监测装置，包括：
第一获取模块，用于获取母线通过放电电路从第一电压放电至第二电压的放电时间，并且对放电过程中的母线电压进行实时采样；
第二获取模块，用于获取放电电路的功耗；
处理模块，用于根据所述第一电压、所述第二电压、所述放电时间、所述母线电压与所述功耗，确定母线电容容值。
本发明实施例的第三方面，提供了终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面任一项所述方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果在于：通过获取放电电路对母线电容的放电时间、放电前后的电压、放电过程中采样的母线电压以及放电电路的功耗，并根据获取的上述参数，计算得到母线电容容值，该监测方法实现简单，能够对母线电容容值进行有效监测。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的母线电容容值监测方法的流程示意图；
图2为两级光伏并网发电系统结构框图；
图3为图1中步骤101的实现流程图；
图4为本发明再一实施例提供的母线电容容值监测方法的流程示意图；
图5为本发明一实施例提供的母线电容容值监测装置的示意图；
图6为本发明又一实施例提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参考图1，图1为本发明一实施例提供的母线电容容值监测方法的流程示意图。本实施例中的方法可以包括：
步骤101、获取母线通过放电电路从第一电压放电至第二电压的放电时间，并且对放电过程中的母线电压进行实时采样。
可选地，所述放电电路可以为外接的线性负载，还可以为如图2所示的光伏并网发电系统中的辅助电源电路。
如图2所示，在光伏并网发电系统中，母线电容与逆变器输入端的直流母线的正负极连接，因此母线电压即母线电容两端的电压，将母线电压从第一电压放电至第二电压，即对母线电容两端的电压从第一电压放电到第二电压。
由于电容容值与电容两端的电压变化值成反比，与电荷变化量成正比，因此通过第一电压与第二电压，可以得到电压变化值，通过获取所述放电时间以及所述母线电压的实时采样值，可以在后续步骤中参与计算电荷变化量。
其中，所述第一电压可以为放电开始时母线电压的初始电压，也可以为开始放电后某一时刻的电压；所述第二电压可以为预设电压，在母线电压放电至该预设电压时，即停止放电，并且记录从第一电压放电至该预设电压的放电时间；所述放电时间可以为预设时间，在母线电压放电时间达到该预设时间时，即停止放电，并且记录该时刻的第二电压。
参考图3，一个实施例中，步骤101可以包括：
步骤201、向与母线连接的升压电路发送升压控制信号，所述升压控制信号用于指示升压电路对母线电容充电，以使得母线电压升至第一电压。
所述升压电路可以为专用于母线电容容值监测的新增的升压单元；可选地，如图2所示，在对两级光伏并网发电系统中的母线电容容值进行监测时，所述升压电路还可以为两级光伏并网发电系统中的前级升压电路，由此可以无需外接其它升压模块，不额外增加成本。
步骤202、向放电电路发送降压控制信号，所述降压控制信号用于指示放电电路对母线电容放电，以使得母线电压从第一电压降至第二电压。
所述放电电路可以为专用于母线电容容值监测的新增的放电电阻；可选地，如图2所示，所述放电电路还可以为光伏并网发电系统中与直流母线连接的辅助电源，由此可以无需外接其它放电单元，不额外增加成本。
步骤203、获取放电电路将母线电压从第一电压放电至第二电压的放电时间，并且对放电过程中的母线电压进行实时采样。
本实施例提供的母线电容容值监测方法，通过采用升压电路对母线电压进行升压后再通过放电电路对母线电压进行放电，能够获得更高的第一电压，使得第一电压与第二电压的差值加大，进而在计算电容容值时提高计算精确度。
参考图2，图2为两级光伏并网发电系统的结构框图，该系统包括光伏阵列、直流开关、直流防雷、输入电磁干扰滤波、前级升压电路、母线电容100、逆变器、LCL滤波、输出继电器、输出电磁干扰滤波、交流防雷与辅助电源。以该系统为例，本实施例提供的母线电容容值监测方法的实现过程可以为：关闭系统中前级升压电路与逆变器构成的主电路；启动前级升压电路将母线电压抬升至第一电压；关闭前级升压电路，开始计时，对母线电压进行实时采样，通过辅助电源对母线电压进行放电；在母线电压降低至第二电压时，停止计时，得到放电时间；获取存储器中预先测算的辅助电源的功耗；根据第一电压、第二电压、放电时间、母线电压与功耗，确定母线电容的容值。
步骤102、获取放电电路的功耗。
放电电路的功耗可以通过线下测算得到，并且可以将测算得到的功耗预先存储在存储器内，便于及时访问获取。
可选地，所述放电电路的功耗可以为预定时间内测得的平均功耗值，也可以为以预定采样周期采样得到的多个采样值的集合。
步骤103、根据所述第一电压、所述第二电压、所述放电时间、所述母线电压与所述功耗，计算得到母线电容容值。
可选地，所述母线电压可以为对母线电压进行实时采样得到的采样值的集合。
本实施例提供的母线电容容值监测方法，通过获取放电电路对母线电容的放电时间、放电前后的电压、放电过程中采样的母线电压以及放电电路的功耗，并根据获取的上述参数，计算得到母线电容容值，该监测方法实现简单，能够对母线电容容值进行有效监测。
在另一实施例中，所述母线电容容值监测方法，还可以包括：
步骤104、判断计算得到的母线电容容值是否满足预设条件，若所述母线电容容值不满足预设条件，则发出报警信息。
判断所述母线电容容值是否小于预设容值，若小于预设容值，则发出报警信息，通知工作人员及时采取更换母线电容等应对措施，保证系统的正常运行。
参考图4，图4为本发明再一实施例提供的母线电容容值监测方法的流程图。本实施例中的方法，可以包括：
步骤301、获取母线通过放电电路从第一电压放电至第二电压的放电时间，并且对放电过程中的母线电压进行实时采样。
本实施例中，步骤301的具体过程可以参考步骤101，此处不再赘述。
步骤302、获取放电电路功耗与母线电压的关系曲线。
在线下对放电电路功耗做测算时，记录不同母线电压对应的功耗，得到放电电路功耗与母线电压的关系曲线。
通过详细测算功耗与母线电压的关系曲线，可以增加母线电容容值的计算精度。
步骤303、根据所述关系曲线，确定母线电压从第一电压放电至第二电压过程中所述功耗与母线电压的比值对放电时间的积分。
所述功耗与母线电压的比值，即放电电流对放电时间的积分，也即母线电容从第一电压放电至第二电压的过程中，母线电容的放电电荷，将所述放电电荷与第一电压与第二电压的差值代入式(1)可以得到母线电容容值。
ΔQ＝C×ΔU (1)
其中，C为母线电容容值，ΔQ为放电电荷，ΔU为第一电压与第二电压的差值。
步骤304、根据所述第一电压、第二电压、所述放电时间与所述积分，计算得到母线电容容值。
放电电路的功耗为：
P(t)＝U(t)×I(t) (2)
其中，U(t)为母线电压，I(t)为放电电流。
放电电荷为：
ΔQ＝∫I(t)dt (3)
根据式(1)、式(2)与式(3)，可以得到式(4)，所述母线电容容值为：
其中，C为母线电容容值，U1为第一电压，U2为第二电压，P(t)为放电电路的功耗，U(t)为母线电压。
可选地，所述第二电压为：
其中，Ulow为当前光伏阵列侧电压，P为放电电路功耗，T为放电时间，Ccap为母线电容允许衰减的最小容值。
可选地，所述第一电压的取值上限主要由根据母线电容及其他相关器件的耐受电压限定，在确保器件安全的情况下，通过提高第一电压，能够提高母线电容容值的计算精度。
本实施例提供的母线电容容值监测方法，通过详细测算放电电路的功耗与母线电压的关系曲线，能够提高母线电容容值的计算精度。
参考图5，图5为本发明一实施例提供的母线电容容值监测装置的示意图。本实施例中的母线电容容值监测装置，可以包括：
第一获取模块401，用于获取放电电路将母线电压从第一电压放电至第二电压的放电时间，并且对放电过程中的母线电压进行实时采样；
第二获取模块402，用于获取放电电路的功耗；
处理模块403，用于根据所述第一电压、所述第二电压、所述放电时间、所述母线电压与所述功耗，计算得到母线电容容值。
本实施例提供的母线电容容值监测装置，可以用于执行上述实施例任一项所述的母线电容容值监测方法，具体实现原理可以参见上述实施例，此处不再赘述。
参考图6，图6为本发明一个实施例提供的终端设备的示意图。如图6所示，该实施例的终端设备5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述以终端设备为执行主体的实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至103。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块401至403的功能。
示例性的，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在终端设备5中的执行过程。例如，所述计算机程序52可以被分割成第一获取模块、第二获取模块和处理模块，各模块具体功能如下：
第一获取模块，用于获取放电电路将母线电压从第一电压放电至第二电压的放电时间，并且对放电过程中的母线电压进行实时采样；第二获取模块，用于获取放电电路的功耗；处理模块，用于根据所述第一电压、所述第二电压、所述放电时间、所述母线电压与所述功耗，计算得到母线电容容值。
所述终端设备5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述服务器可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是终端设备5的示例，并不构成对终端设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述服务器还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器51可以是所述终端设备5的内部存储单元，例如终端设备5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述终端设备5的外部存储设备，例如所述终端设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述终端设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述终端设备5所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本发明实施例还提供计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.母线电容容值监测方法，其特征在于，包括：
获取母线通过放电电路从第一电压放电至第二电压的放电时间，并且对放电过程中的母线电压进行实时采样；
获取放电电路的功耗；
根据所述第一电压、所述第二电压、所述放电时间、所述母线电压与所述功耗，确定母线电容容值。
2.根据权利要求1所述的母线电容容值监测方法，其特征在于，所述放电电路为与直流母线连接的辅助电源。
3.根据权利要求1所述的母线电容容值监测方法，其特征在于，所述获取母线通过放电电路从第一电压放电至第二电压的放电时间，包括：
向与母线连接的升压电路发送升压控制信号，所述升压控制信号用于指示升压电路对母线电容充电，以使得母线电压升至第一电压；
向放电电路发送降压控制信号，所述降压控制信号用于指示放电电路对母线电容放电，以使得母线电压从第一电压降至第二电压；
获取放电电路将母线电压从第一电压降至第二电压的放电时间。
4.根据权利要求3所述的母线电容容值监测方法，其特征在于，所述升压电路为两级光伏并网系统中的前级升压电路。
5.根据权利要求1至4任一项所述的母线电容容值监测方法，其特征在于，所述获取放电电路的功耗，包括：
获取放电电路功耗与母线电压的关系曲线；
所述根据所述第一电压、所述第二电压、所述放电时间、与所述功耗，确定母线电容容值，包括：
根据所述关系曲线，确定母线电压从第一电压放电至第二电压过程中所述功耗与母线电压的比值对放电时间的积分；
根据所述第一电压、第二电压、所述放电时间与所述积分，计算母线电容容值。
6.根据权利要求5所述的母线电容容值监测方法，其特征在于，所述根据所述第一电压、第二电压、所述放电时间与所述积分，计算母线电容容值，包括：
根据
计算母线电容容值；其中，C为母线电容容值，U1为第一电压，U2为第二电压，P(t)为放电电路的功耗，U(t)为母线电压。
7.根据权利要求1至4任一项所述的母线电容容值监测方法，其特征在于，所述第二电压为：
其中，U2为第二电压，Ulow为当前光伏阵列侧电压，P为放电电路功耗，T为放电时间，Ccap为母线电容允许衰减的最小容值。
8.母线电容容值监测装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取母线通过放电电路从第一电压放电至第二电压的放电时间，并且对放电过程中的母线电压进行实时采样；
第二获取模块，用于获取放电电路的功耗；
处理模块，用于根据所述第一电压、所述第二电压、所述放电时间、所述母线电压与所述功耗，确定母线电容容值。
9.终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的母线电容容值监测方法的步骤。
10.计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的母线电容容值监测方法的步骤。
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