CN110867943B - 一种基于扰动法的光伏自动化控制设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于扰动法的光伏自动化控制设备和方法，包括：光伏电池、蓄电池、超级电容、扰动控制器，所述光伏电池包括第一直流变换器，所述第一直流变换器接收所述扰动控制器的扰动量，调整光伏电池的输出功率，所述蓄电池和超级电容之间设置有双向充放电电路，所述扰动控制根据所述扰动量控制所述双向充放电电路进行导通；所述扰动控制器根据负载需求和光伏电池输出功率控制设置扰动量，控制蓄电池和超级电容的充放电次数。本发明根据设置扰动量，优先使用超级电容充放电，根据超级电容的充放电次数设置扰动量的值，减少蓄电池的充放电次数，提高光伏设备的自动化控制的准确性。

Description

一种基于扰动法的光伏自动化控制设备和方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，特别涉及基于扰动法的光伏自动化控制设备和方法。

背景技术

现有技术中，光伏设备为了最大限度的利用光能，一般采用自动控制的方式进行功率的跟踪，然后，目前的自动控制方式一般没有考虑负载的接受量和储能设备的工作状态，导致这种自动控制只是满足了光伏设备的自身的控制，而蓄电池和超级电容作为现阶段在光伏自动控制设备中常用的储能设备，一般都存在各自储能设备的缺陷，如蓄电池存在充放电使用次数的限制，超级电容存在容量不够等缺陷，并且光伏自动控制设备在控制光伏功率输出时，也普遍存在负载的变化，造成储能设备频繁的充放电，如何在进行光伏设备自动控制功率跟踪控制时，兼顾负载、储能设备的使用缺陷和优势，做到真正的全方位的自动控制，这是当前的难点。

发明 内容

本发明涉及一种基于扰动法的光伏自动化控制设备，包括：光伏电池、蓄电池、超级电容、扰动控制器，所述光伏电池包括第一直流变换器，所述第一直流变换器接收所述扰动控制器的扰动量，调整光伏电池的输出功率，所述蓄电池和超级电容之间设置有双向充放电电路，所述扰动控制根据所述扰动量控制所述双向充放电电路进行导通；所述扰动控制器根据负载需求和光伏电池输出功率控制设置扰动量，控制蓄电池和超级电容的充放电次数。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制设备，所述扰动控制器包括分级模块、开关驱动模块、检测模块、延时模块、计算模块；所述分级模块用于根据蓄电池与超级电容的充放电次数对扰动占空比进行分级调节，所述计算模块用于根据目标跟踪模块的跟踪需求，进行处理计算，输出合适的控制参数，所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流，所述开关驱动模块用于根据计算模块的控制参数输出的控制命令，控制蓄电池和超级电容的之间的开关状态；所述延时模块根据超级电容的剩余电量与扰动量之间的差值进行延时扰动调整。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制设备，所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流后，所述计算模块根据超级电容的剩余容量以及光伏电池与负载之间的供电关系，计算得到一个增量C,并对光伏阵列的所述第一直流变换器施加所述增量C，并观测输出功率的变化方向，进而决定下一步的控制信号，如果输出功率增加，则继续朝着相同的方向改变工作电压，否则朝着相反的方向改变。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制设备，计算得到一个增量C的具体计算方式如下：

求取太阳能电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l，判断P₃是否大于0，大于0，则表示需要对超级电容充电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过所述剩余可充电量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需增加的功率量C1，然后通过所述功率量C1除以超级电容的充电次数γ_ch2得到扰动增量C；

如果P₃小于0，表示需要对超级电容放电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过所述剩余容量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需要释放的功率量 C2，然后通过所述功率量C2除以超级电容的充电次数γ_dis2得到扰动增量C；

如果扰动增量大于超级电容的剩余可充电量或者扰动增量大于超级电容的剩余容量，则启动延时模块，进行延时施加所述增量C。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制设备，所述计算模块控制蓄电池和超级电容的充放电次数具体方式如下：

P₁＝γ_ch1·P_ch1-γ_dis1·P_dis1

其中，P₁为蓄电池的剩余功率，P_ch1为蓄电池充电功率，P_dis1为蓄电池的放电功率，δ_ch1为蓄电池的充电开关状态，

为蓄电池最小功率，

为蓄电池最大功率；δ_dis1为蓄电池放电开关状态；γ_ch1为蓄电池充电次数，γ_dis1为蓄电池放电次数；γ_ch1＜γ_dis1；

0≤δ_ch1+δ_dis1≤1

P₂＝γ_ch2·P_ch2-γ_dis2·P_dis2

0≤δ_ch2+δ_dis2≤1

其中，P₂为超级电容的剩余功率，P_ch2为超级电容充电功率，P_dis2为超级电容的放电功率，δ_ch2为超级电容的充电开关状态，

为超级电容最小功率，

为超级电容最大功率；δ_dis2为超级电容放电开关状态；γ_ch2为超级电容充电次数，γ_dis2为超级电容放电次数；γ_ch2＜γ_dis2，γ_ch1＜γ_ch2，γ_dis1＜γ_dis2；

求取太阳能电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l,判断P₃是否大于0，如果大于0，则控制超级电容的充电开关处于导通状态，进行充电，同时，控制γ_ch2加1，判断超级电容的剩余电量，如果超级电容的剩余电量超过上限阈值，则控制蓄电池的充电开关处于导通状态，控制γ_ch1加1；如果P₃小于0，则控制超级电容的放电开关处于导通状态，同时，控制γ_dis2加1,如果超级电容的剩余电量低于下限阈值，则控制蓄电池的放电开关处于导通状态，控制γ_dis1加1；

比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系；

所述比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系具体包括：比较P₃与超级电容的可充电和可放电的大小，如果P₃小于超级电容的可充电和可放电的大小，则只启动超级电容的充电或者放电开关，并在每次启动时γ_ch2、γ_dis2均增加1，并判断蓄电池的剩余电量是否低于30％，如果是，则启动超级电容给蓄电池放电，直到蓄电池充满电，如果无法充满电，则将超级电容的电量全部释放；

在超级电容电量不足时，且需要启动超级电容放电时，启动蓄电池的放电开关对超级电容充满后，再控制超级电容放电，以控制超级通过多次少量进行充放电。

一种基于扰动法的光伏自动化控制方法，包括：光伏电池、蓄电池、超级电容、扰动控制器，所述光伏电池包括第一直流变换器，所述第一直流变换器接收所述扰动控制器的扰动量，调整光伏电池的输出功率，所述蓄电池和超级电容之间设置有双向充放电电路，所述扰动控制根据所述扰动量控制所述双向充放电电路进行导通；所述扰动控制器根据负载需求和光伏电池输出功率控制设置扰动量，控制蓄电池和超级电容的充放电次数。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制方法，所述扰动控制器包括分级模块、开关驱动模块、检测模块、延时模块、计算模块；所述分级模块用于根据蓄电池与超级电容的充放电次数对扰动占空比进行分级调节，所述计算模块用于根据目标跟踪模块的跟踪需求，进行处理计算，输出合适的控制参数，所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流，所述开关驱动模块用于根据计算模块的控制参数输出的控制命令，控制蓄电池和超级电容的之间的开关状态；所述延时模块根据超级电容的剩余电量与扰动量之间的差值进行延时扰动调整。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制方法，所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流后，所述计算模块根据超级电容的剩余容量以及光伏电池与负载之间的供电关系，计算得到一个增量C,并对光伏阵列的所述第一直流变换器施加所述增量C，并观测输出功率的变化方向，进而决定下一步的控制信号，如果输出功率增加，则继续朝着相同的方向改变工作电压，否则朝着相反的方向改变。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制方法，计算得到一个增量C的具体计算方式如下：

求取太阳能电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l,判断P₃是否大于0，大于0，则表示需要对超级电容充电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过所述剩余可充电量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需增加的功率量C1,然后通过所述功率量C1除以超级电容的充电次数γ_ch2得到扰动增量C；

如果P₃小于0，表示需要对超级电容放电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过所述剩余容量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需要释放的功率量 C2,然后通过所述功率量C2除以超级电容的充电次数γ_dis2得到扰动增量C；

如果扰动增量大于超级电容的剩余可充电量或者扰动增量大于超级电容的剩余容量，则启动延时模块，进行延时施加所述增量C。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制方法，所述计算模块控制蓄电池和超级电容的充放电次数具体方式如下：

P₁＝γ_ch1·P_ch1-γ_dis1·P_dis1

其中，P₁为蓄电池的剩余功率，P_ch1为蓄电池充电功率，P_dis1为蓄电池的放电功率，δ_ch1为蓄电池的充电开关状态，

为蓄电池最小功率，

为蓄电池最大功率；δ_dis1为蓄电池放电开关状态；γ_ch1为蓄电池充电次数，γ_dis1为蓄电池放电次数；γ_ch1＜γ_dis1；

0≤δ_ch1+δ_dis1≤1

P₂＝γ_ch2·P_ch2-γ_dis2·P_dis2

0≤δ_ch2+δ_dis2≤1

其中，P₂为超级电容的剩余功率，P_ch2为超级电容充电功率，P_dis2为超级电容的放电功率，δ_ch2为超级电容的充电开关状态，

为超级电容最小功率，

为超级电容最大功率；δ_dis2为超级电容放电开关状态；γ_ch2为超级电容充电次数，γ_dis2为超级电容放电次数；γ_ch2＜γ_dis2，γ_ch1＜γ_ch2，γ_dis1＜γ_dis2；

求取太阳能电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l,判断P₃是否大于0，如果大于0，则控制超级电容的充电开关处于导通状态，进行充电，同时，控制γ_ch2加1，判断超级电容的剩余电量，如果超级电容的剩余电量超过上限阈值，则控制蓄电池的充电开关处于导通状态，控制γ_ch1加1；如果P₃小于0，则控制超级电容的放电开关处于导通状态，同时，控制γ_dis2加1,如果超级电容的剩余电量低于下限阈值，则控制蓄电池的放电开关处于导通状态，控制γ_dis1加1；

比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系；

所述比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系具体包括：比较P₃与超级电容的可充电和可放电的大小，如果P₃小于超级电容的可充电和可放电的大小，则只启动超级电容的充电或者放电开关，并在每次启动时γ_ch2、γ_dis2均增加1，并判断蓄电池的剩余电量是否低于30％，如果是，则启动超级电容给蓄电池放电，直到蓄电池充满电，如果无法充满电，则将超级电容的电量全部释放；

在超级电容电量不足时，且需要启动超级电容放电时，启动蓄电池的放电开关对超级电容充满后，再控制超级电容放电，以控制超级通过多次少量进行充放电。

本发明提出一种基于扰动法的光伏自动化控制设备和方法，通过针对光伏进行扰动控制，配合超级电容充放电次数的控制，光伏电池扰动的增量。作为本发明的主要改进点在于，设置扰动控制器，能够减少蓄电池的充放电次数，并根据超级电容的充放电次数调整光伏电池的扰动次数，克服现有技术中完全扰动量是不变的预设的方式，没有考虑负载和能量存储设备的功率需求，本发明能够根据储能设备和负载的功率实现光伏扰动量的自动控制。作为本发明的改进点是控制超级电容的充放电次数高于蓄电池，保护蓄电池，同时控制超级电容、蓄电池的放电次数高于充电次数，通过将蓄电池单次释放更多的能量给超级电容，减少单次少量的释放能量，以此控制放电次数，通过充放电均优选使用超级电容，使用光伏设备的扰动改变的特性，提高光伏设备的自动跟踪能量的自动控制效果。

附图说明

图1是本发明基于扰动法的光伏自动化控制设备的示意图。

图2是本发明扰动控制器示意图。

图3是本发明基于扰动法的光伏自动化控制方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

如图1所示，是本发明涉及一种基于扰动法的光伏自动化控制设备的示意图，包括：光伏电池、蓄电池、超级电容、扰动控制器，所述光伏电池包括第一直流变换器，所述第一直流变换器接收所述扰动控制器的扰动量，调整光伏电池的输出功率，所述蓄电池和超级电容之间设置有双向充放电电路，所述扰动控制根据所述扰动量控制所述双向充放电电路进行导通；所述扰动控制器根据负载需求和光伏电池输出功率控制设置扰动量，控制蓄电池和超级电容的充放电次数。

如图2所示，是本发明扰动控制器示意图。所述的基于扰动法的光伏自动化控制设备，所述扰动控制器包括分级模块、开关驱动模块、检测模块、延时模块、计算模块；所述分级模块用于根据蓄电池与超级电容的充放电次数对扰动占空比进行分级调节，所述计算模块用于根据目标跟踪模块的跟踪需求，进行处理计算，输出合适的控制参数，所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流，所述开关驱动模块用于根据计算模块的控制参数输出的控制命令，控制蓄电池和超级电容的之间的开关状态；所述延时模块根据超级电容的剩余电量与扰动量之间的差值进行延时扰动调整。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制设备，所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流后，所述计算模块根据超级电容的剩余容量以及光伏电池与负载之间的供电关系，计算得到一个增量C,并对光伏阵列的所述第一直流变换器施加所述增量C，并观测输出功率的变化方向，进而决定下一步的控制信号，如果输出功率增加，则继续朝着相同的方向改变工作电压，否则朝着相反的方向改变。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制设备，计算得到一个增量C的具体计算方式如下：

求取太阳能电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l,判断P₃是否大于0，大于0，则表示需要对超级电容充电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过所述剩余可充电量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需增加的功率量C1,然后通过所述功率量C1除以超级电容的充电次数γ_ch2得到扰动增量C；

如果P₃小于0，表示需要对超级电容放电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过所述剩余容量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需要释放的功率量 C2,然后通过所述功率量C2除以超级电容的充电次数γ_dis2得到扰动增量C；

如果扰动增量大于超级电容的剩余可充电量或者扰动增量大于超级电容的剩余容量，则启动延时模块，进行延时施加所述增量C。

优选的是，当延时施加所述增量C后，增量C仍然无法满足超级电容的的剩余容量或者剩余可充电量时，则可通过所述分级模块，将增量C进行分多个级，按照从小到大的级别，分成多个等级，然后按照等级的方式进行增加，这种方式虽然会改变扰动观测跟踪的步伐，但是仍然能够满足扰动跟踪的需求。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制设备，所述计算模块控制蓄电池和超级电容的充放电次数具体方式如下：

P₁＝γ_ch1·P_ch1-γ_dis1·P_dis1

其中，P₁为蓄电池的剩余功率，P_ch1为蓄电池充电功率，P_dis1为蓄电池的放电功率，δ_ch1为蓄电池的充电开关状态，

为蓄电池最小功率，

为蓄电池最大功率；δ_dis1为蓄电池放电开关状态；γ_ch1为蓄电池充电次数，γ_dis1为蓄电池放电次数；γ_ch1＜γ_dis1；

0≤δ_ch1+δ_dis1≤1

P₂＝γ_ch2·P_ch2-γ_dis2·P_dis2

0≤δ_ch2+δ_dis2≤1

其中，P₂为超级电容的剩余功率，P_ch2为超级电容充电功率，P_dis2为超级电容的放电功率，δ_ch2为超级电容的充电开关状态，

为超级电容最小功率，

为超级电容最大功率；δ_dis2为超级电容放电开关状态；γ_ch2为超级电容充电次数，γ_dis2为超级电容放电次数；γ_ch2＜γ_dis2，γ_ch1＜γ_ch2，γ_dis1＜γ_dis2；

求取太阳能电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l，判断P₃是否大于0，如果大于0，则控制超级电容的充电开关处于导通状态，进行充电，同时，控制γ_ch2加1，判断超级电容的剩余电量，如果超级电容的剩余电量超过上限阈值，则控制蓄电池的充电开关处于导通状态，控制γ_ch1加1；如果P₃小于0，则控制超级电容的放电开关处于导通状态，同时，控制γ_dis2加1,如果超级电容的剩余电量低于下限阈值，则控制蓄电池的放电开关处于导通状态，控制γ_dis1加1；

比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系；

所述比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系具体包括：比较P₃与超级电容的可充电和可放电的大小，如果P₃小于超级电容的可充电和可放电的大小，则只启动超级电容的充电或者放电开关，并在每次启动时γ_ch2、γ_dis2均增加1，并判断蓄电池的剩余电量是否低于30％，如果是，则启动超级电容给蓄电池放电，直到蓄电池充满电，如果无法充满电，则将超级电容的电量全部释放；

在超级电容电量不足时，且需要启动超级电容放电时，启动蓄电池的放电开关对超级电容充满后，再控制超级电容放电，以控制超级通过多次少量进行充放电。

如图3所示，是本发明一种基于扰动法的光伏自动化控制方法的示意图，包括：光伏电池、蓄电池、超级电容、扰动控制器，所述光伏电池包括第一直流变换器，所述第一直流变换器接收所述扰动控制器的扰动量，调整光伏电池的输出功率，所述蓄电池和超级电容之间设置有双向充放电电路，所述扰动控制根据所述扰动量控制所述双向充放电电路进行导通；所述扰动控制器根据负载需求和光伏电池输出功率控制设置扰动量，控制蓄电池和超级电容的充放电次数。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制方法，所述扰动控制器包括分级模块、开关驱动模块、检测模块、延时模块、计算模块；所述分级模块用于根据蓄电池与超级电容的充放电次数对扰动占空比进行分级调节，所述计算模块用于根据目标跟踪模块的跟踪需求，进行处理计算，输出合适的控制参数，所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流，所述开关驱动模块用于根据计算模块的控制参数输出的控制命令，控制蓄电池和超级电容的之间的开关状态；所述延时模块根据超级电容的剩余电量与扰动量之间的差值进行延时扰动调整。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制方法，所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流后，所述计算模块根据超级电容的剩余容量以及光伏电池与负载之间的供电关系，计算得到一个增量C,并对光伏阵列的所述第一直流变换器施加所述增量C，并观测输出功率的变化方向，进而决定下一步的控制信号，如果输出功率增加，则继续朝着相同的方向改变工作电压，否则朝着相反的方向改变。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制方法，计算得到一个增量C的具体计算方式如下：

求取太阳能电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l,判断P₃是否大于0，大于0，则表示需要对超级电容充电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过所述剩余可充电量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需增加的功率量C1，然后通过所述功率量C1除以超级电容的充电次数γ_ch2得到扰动增量C；

如果P₃小于0，表示需要对超级电容放电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过所述剩余容量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需要释放的功率量 C2，然后通过所述功率量C2除以超级电容的充电次数γ_dis2得到扰动增量C；

如果扰动增量大于超级电容的剩余可充电量或者扰动增量大于超级电容的剩余容量，则启动延时模块，进行延时施加所述增量C。

所述的基于扰动法的光伏自动化控制方法，所述计算模块控制蓄电池和超级电容的充放电次数具体方式如下：

P₁＝γ_ch1·P_ch1-γ_dis1·P_dis1

其中，P₁为蓄电池的剩余功率，P_ch1为蓄电池充电功率，P_dis1为蓄电池的放电功率，δ_ch1为蓄电池的充电开关状态，

为蓄电池最小功率，

为蓄电池最大功率；δ_dis1为蓄电池放电开关状态；γ_ch1为蓄电池充电次数，γ_dis1为蓄电池放电次数；γ_ch1＜γ_dis1；

0≤δ_ch1+δ_dis1≤1

P₂＝γ_ch2·P_ch2-γ_dis2·P_dis2

0≤δ_ch2+δ_dis2≤1

其中，P₂为超级电容的剩余功率，P_ch2为超级电容充电功率，P_dis2为超级电容的放电功率，δ_ch2为超级电容的充电开关状态，

为超级电容最小功率，

为超级电容最大功率；δ_dis2为超级电容放电开关状态；γ_ch2为超级电容充电次数，γ_dis2为超级电容放电次数；γ_ch2＜γ_dis2，γ_ch1＜γ_ch2，γ_dis1＜γ_dis2；

求取太阳能电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l，判断P₃是否大于0，如果大于0，则控制超级电容的充电开关处于导通状态，进行充电，同时，控制γ_ch2加1，判断超级电容的剩余电量，如果超级电容的剩余电量超过上限阈值，则控制蓄电池的充电开关处于导通状态，控制γ_ch1加1；如果P₃小于0，则控制超级电容的放电开关处于导通状态，同时，控制γ_dis2加1,如果超级电容的剩余电量低于下限阈值，则控制蓄电池的放电开关处于导通状态，控制γ_dis1加1；

比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系；

所述比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系具体包括：比较P₃与超级电容的可充电和可放电的大小，如果P₃小于超级电容的可充电和可放电的大小，则只启动超级电容的充电或者放电开关，并在每次启动时γ_ch2、γ_dis2均增加1，并判断蓄电池的剩余电量是否低于30％，如果是，则启动超级电容给蓄电池放电，直到蓄电池充满电，如果无法充满电，则将超级电容的电量全部释放；

在超级电容电量不足时，且需要启动超级电容放电时，启动蓄电池的放电开关对超级电容充满后，再控制超级电容放电，以控制超级通过多次少量进行充放电。

本发明提出一种基于扰动法的光伏自动化控制设备和方法，通过针对光伏进行扰动控制，配合超级电容充放电次数的控制，光伏电池扰动的增量。作为本发明的主要改进点在于，设置扰动控制器，能够减少蓄电池的充放电次数，并根据超级电容的充放电次数调整光伏电池的扰动次数，克服现有技术中完全扰动量是不变的预设的方式，没有考虑负载和能量存储设备的功率需求，本发明能够根据储能设备和负载的功率实现光伏扰动量的自动控制。作为本发明的改进点是控制超级电容的充放电次数高于蓄电池，保护蓄电池，同时控制超级电容、蓄电池的放电次数高于充电次数，通过将蓄电池单次释放更多的能量给超级电容，减少单次少量的释放能量，以此控制放电次数，通过充放电均优选使用超级电容，使用光伏设备的扰动改变的特性，提高光伏设备的自动跟踪能量的自动控制效果。

Claims (2)

1.一种基于扰动法的光伏自动化控制设备，其特征在于，包括：光伏电池、蓄电池、超级电容、扰动控制器，所述光伏电池包括第一直流变换器，所述第一直流变换器接收所述扰动控制器的扰动量，调整光伏电池的输出功率，所述蓄电池和超级电容之间设置有双向充放电电路，所述扰动控制器根据所述扰动量控制所述双向充放电电路进行导通；所述扰动控制器根据负载需求和光伏电池输出功率控制设置扰动量，控制蓄电池和超级电容的充放电次数；所述扰动控制器包括分级模块、开关驱动模块、检测模块、延时模块、计算模块；所述分级模块用于根据蓄电池与超级电容的充放电次数对扰动占空比进行分级调节，所述计算模块用于根据目标跟踪模块的跟踪需求，进行处理计算，输出控制参数，所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流，所述开关驱动模块用于根据计算模块的控制参数输出的控制命令，控制蓄电池和超级电容的之间的开关状态；所述延时模块根据超级电容的剩余电量与扰动量之间的差值进行延时扰动调整；所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流后，所述计算模块根据超级电容的剩余容量以及光伏电池与负载之间的供电关系，计算得到一个增量C,并对光伏阵列的所述第一直流变换器施加所述增量C，并观测输出功率的变化方向，进而决定下一步的控制信号，如果输出功率增加，则继续朝着相同的方向改变工作电压，否则朝着相反的方向改变；计算得到一个增量C的具体计算方式如下：

求取光伏电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l,判断P₃是否大于0，大于0，则表示需要对超级电容充电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过剩余可充电量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需增加的功率量C1,然后通过所述功率量C1除以超级电容的充电次数γ_ch2得到扰动增量C；

如果P₃小于0，表示需要对超级电容放电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过所述剩余容量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需要释放的功率量C2,然后通过所述功率量C2除以超级电容的充电次数γ_dis2得到扰动增量C；

如果扰动增量大于超级电容的剩余可充电量或者扰动增量大于超级电容的剩余容量，则启动延时模块，进行延时施加所述增量C；所述计算模块控制蓄电池和超级电容的充放电次数具体方式如下：

P₁＝γ_ch1·P_ch1-γ_dis1·P_dis1

其中，P₁为蓄电池的剩余功率，P_ch1为蓄电池充电功率，P_dis1为蓄电池的放电功率，δ_ch1为蓄电池的充电开关状态，

为蓄电池最小功率，

为蓄电池最大功率；δ_dis1为蓄电池放电开关状态；γ_ch1为蓄电池充电次数，γ_dis1为蓄电池放电次数；γ_ch1<γ_dis1；

0≤δ_ch1+δ_dis1≤1

P₂＝γ_ch2·P_ch2-γ_dis2·P_dis2

0≤δ_ch2+δ_dis2≤1

其中，P₂为超级电容的剩余功率，P_ch2为超级电容充电功率，P_dis2为超级电容的放电功率，δ_ch2为超级电容的充电开关状态，

为超级电容最小功率，

为超级电容最大功率；δ_dis2为超级电容放电开关状态；γ_ch2为超级电容充电次数，γ_dis2为超级电容放电次数；γ_ch2<γ_dis2，γ_ch1<γ_ch2,γ_dis1<γ_dis2；

求取光伏电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l,判断P₃是否大于0，如果大于0，则控制超级电容的充电开关处于导通状态，进行充电，同时，控制γ_ch2加1，判断超级电容的剩余电量，如果超级电容的剩余电量超过上限阈值，则控制蓄电池的充电开关处于导通状态，控制γ_ch1加1；如果P₃小于0，则控制超级电容的放电开关处于导通状态，同时，控制γ_dis2加1,如果超级电容的剩余电量低于下限阈值，则控制蓄电池的放电开关处于导通状态，控制γ_dis1加1；

比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系；

所述比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系具体包括：比较P₃与超级电容的可充电和可放电的大小，如果P₃小于超级电容的可充电和可放电的大小，则只启动超级电容的充电或者放电开关，并在每次启动时γ_ch2、γ_dis2均增加1，并判断蓄电池的剩余电量是否低于30％，如果是，则启动超级电容给蓄电池放电，直到蓄电池充满电，如果无法充满电，则将超级电容的电量全部释放；

在超级电容电量不足时，且需要启动超级电容放电时，启动蓄电池的放电开关对超级电容充满后，再控制超级电容放电，以控制超级通过多次少量进行充放电。

2.一种基于扰动法的光伏自动化控制方法，其特征在于，包括：光伏电池、蓄电池、超级电容、扰动控制器，所述光伏电池包括第一直流变换器，所述第一直流变换器接收所述扰动控制器的扰动量，调整光伏电池的输出功率，所述蓄电池和超级电容之间设置有双向充放电电路，所述扰动控制器根据所述扰动量控制所述双向充放电电路进行导通；所述扰动控制器根据负载需求和光伏电池输出功率控制设置扰动量，控制蓄电池和超级电容的充放电次数；所述扰动控制器包括分级模块、开关驱动模块、检测模块、延时模块、计算模块；所述分级模块用于根据蓄电池与超级电容的充放电次数对扰动占空比进行分级调节，所述计算模块用于根据目标跟踪模块的跟踪需求，进行处理计算，输出控制参数，所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流，所述开关驱动模块用于根据计算模块的控制参数输出的控制命令，控制蓄电池和超级电容的之间的开关状态；所述延时模块根据超级电容的剩余电量与扰动量之间的差值进行延时扰动调整；所述检测模块用于检测光伏电池输出的电压和电流后，所述计算模块根据超级电容的剩余容量以及光伏电池与负载之间的供电关系，计算得到一个增量C,并对光伏阵列的所述第一直流变换器施加所述增量C，并观测输出功率的变化方向，进而决定下一步的控制信号，如果输出功率增加，则继续朝着相同的方向改变工作电压，否则朝着相反的方向改变；计算得到一个增量C的具体计算方式如下：

求取光伏电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l,判断P₃是否大于0，大于0，则表示需要对超级电容充电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过剩余可充电量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需增加的功率量C1,然后通过所述功率量C1除以超级电容的充电次数γ_ch2得到扰动增量C；

如果P₃小于0，表示需要对超级电容放电，则判断此时的超级电容的剩余功率，通过所述剩余容量除以扰动观测周期T后减去当前光伏电池的功率，计算得到需要释放的功率量C2,然后通过所述功率量C2除以超级电容的充电次数γ_dis2得到扰动增量C；

如果扰动增量大于超级电容的剩余可充电量或者扰动增量大于超级电容的剩余容量，则启动延时模块，进行延时施加所述增量C；所述计算模块控制蓄电池和超级电容的充放电次数具体方式如下：

P₁＝γ_ch1·P_ch1-γ_dis1·P_dis1

其中，P₁为蓄电池的剩余功率，P_ch1为蓄电池充电功率，P_dis1为蓄电池的放电功率，δ_ch1为蓄电池的充电开关状态，

为蓄电池最小功率，

为蓄电池最大功率；δ_dis1为蓄电池放电开关状态；γ_ch1为蓄电池充电次数，γ_dis1为蓄电池放电次数；γ_ch1<γ_dis1；

0≤δ_ch1+δ_dis1≤1

P₂＝γ_ch2·P_ch2-γ_dis2·P_dis2

0≤δ_ch2+δ_dis2≤1

其中，P₂为超级电容的剩余功率，P_ch2为超级电容充电功率，P_dis2为超级电容的放电功率，δ_ch2为超级电容的充电开关状态，

为超级电容最小功率，

为超级电容最大功率；δ_dis2为超级电容放电开关状态；γ_ch2为超级电容充电次数，γ_dis2为超级电容放电次数；γ_ch2<γ_dis2，γ_ch1<γ_ch2,γ_dis1<γ_dis2；

求取光伏电池输出的功率P_pv与负载功率P_l之间的差值：P₃＝P_pv-P_l,判断P₃是否大于0，如果大于0，则控制超级电容的充电开关处于导通状态，进行充电，同时，控制γ_ch2加1，判断超级电容的剩余电量，如果超级电容的剩余电量超过上限阈值，则控制蓄电池的充电开关处于导通状态，控制γ_ch1加1；如果P₃小于0，则控制超级电容的放电开关处于导通状态，同时，控制γ_dis2加1,如果超级电容的剩余电量低于下限阈值，则控制蓄电池的放电开关处于导通状态，控制γ_dis1加1；

比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系；

所述比较所述γ_ch1、γ_dis1、γ_ch2、γ_dis2，使得满足大小关系具体包括：比较P₃与超级电容的可充电和可放电的大小，如果P₃小于超级电容的可充电和可放电的大小，则只启动超级电容的充电或者放电开关，并在每次启动时γ_ch2、γ_dis2均增加1，并判断蓄电池的剩余电量是否低于30％，如果是，则启动超级电容给蓄电池放电，直到蓄电池充满电，如果无法充满电，则将超级电容的电量全部释放；

在超级电容电量不足时，且需要启动超级电容放电时，启动蓄电池的放电开关对超级电容充满后，再控制超级电容放电，以控制超级通过多次少量进行充放电。

Images