CN113541470A - Dc/dc变换器及其控制方法、光伏发电系统 - Google Patents

Dc/dc变换器及其控制方法、光伏发电系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种DC/DC变换器及其控制方法、光伏发电系统，所述DC/DC变换器的控制方法包括：确定DC/DC变换器的控制参数的上限限幅目标值；其中，所述控制参数包括开关管占空比或者电感电流；根据所述控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅；将限幅处理后的控制参数用于控制所述DC/DC变换器。本申请一方面可避免功率器件因超降额而导致损坏，提高了系统的可靠性；另一方面在电流较小情况下，可扩大MPPT工作范围，适应低输入电压和高输出电压工况，尽可能使MPPT工作在最佳工作点，实现最大功率输出。

Description

DC/DC变换器及其控制方法、光伏发电系统
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种DC/DC变换器及其控制方法、光伏发电系统。
背景技术
随着分布式电站大面积推广及大功率、大电流光伏组件的普及，光伏发电系统的应用环境越来越复杂，对其要求越来越高。两级式逆变器因具有前级DC/DC变换器，一方面可通过多路MPPT解决由于组件阴影、遮挡、朝向、组件串接不一致等导致的串并联失配问题，另一方面DC/DC变换器通常采用BOOST升压电路，可抬升直流电压，从而提高MPPT工作范围、发电量及发电效率。
目前DC/DC变换器一般采用恒定开关频率脉冲宽度调制方式，并以固定的限幅值分别对占空比、电感电流给定进行限制，但并未考虑占空比与电感电流的实际关系，导致其在部分应用环境下无法安全、高效运行。由于光伏组件受光照、温度影响，其输出特性存在较大范围变动及其应用环境复杂，现有控制方法存在以下问题：当在低输入电压、高输出电压、小电感电流工况下，由于占空比受固定的限幅值限制，导致DC/DC变换器的MPPT无法工作在最佳工作点，影响发电量；当在低输入电压、高输出电压、大电流工况下，可能导致功率器件因超降额而损坏。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种DC/DC变换器及其控制方法、光伏发电系统，以解决现有光伏发电系统中DC/DC变换器的控制方法存在的问题。
本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本申请的一个方面，提供一种DC/DC变换器的控制方法，所述方法包括：
确定DC/DC变换器的控制参数的上限限幅目标值；其中，所述控制参数包括开关管占空比或者电感电流；
根据所述控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅；
将限幅处理后的控制参数用于控制所述DC/DC变换器。
根据本申请的另一个方面，提供一种DC/DC变换器，所述DC/DC变换器包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的DC/DC变换器的控制程序，所述DC/DC变换器的控制程序被所述处理器执行时实现所述的DC/DC变换器的控制方法的步骤。
根据本申请的另一个方面，提供一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括所述的DC/DC变换器。
根据本申请的另一个方面，提供一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括DC/DC变换器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的DC/DC变换器的控制程序，所述DC/DC变换器的控制程序被所述处理器执行时实现所述的DC/DC变换器的控制方法的步骤。
本申请实施例提供的DC/DC变换器及其控制方法、光伏发电系统，一方面可避免功率器件因超降额而导致损坏，提高了系统的可靠性；另一方面在电流较小情况下，可扩大MPPT工作范围，适应低输入电压和高输出电压工况，尽可能使MPPT工作在最佳工作点，实现最大功率输出。
附图说明
图1为本申请实施例提供的DC/DC变换器的控制方法示意图；
图2为本申请实施例提供的电感电流与开关管占空比的预设关系曲线示意图；
图3为本申请实施例提供的基于开关管占空比动态限幅控制流程示意图；
图4为本申请实施例提供的开关管占空比与电感电流的预设关系曲线示意图；
图5为本申请实施例提供的基于电感电流动态限幅控制流程示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
如图1所示，本申请实施例一提供一种DC/DC变换器的控制方法，DC/DC变换器采用BOOST升压电路。
所述方法包括步骤：
S11、确定DC/DC变换器的控制参数的上限限幅目标值；其中，所述控制参数包括开关管占空比或者电感电流；
S12、根据所述控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅；
S13、将限幅处理后的控制参数用于控制所述DC/DC变换器。
在一示例中，所述确定DC/DC变换器的控制参数的上限限幅目标值，包括：
采样开关管占空比或者电感电流；
根据开关管占空比与电感电流的预设关系曲线，确定所述DC/DC变换器的控制参数的上限限幅目标值。
在一示例中，所述根据预设的开关管占空比与电感电流曲线，确定所述DC/DC变换器的控制参数的上限限幅目标值，包括：
若采样的电感电流大于预设关系曲线中电感电流的最大值，则开关管占空比上限限幅目标值为预设关系曲线中开关管占空比的最小值；若采样的电感电流小于等于预设关系曲线中电感电流的最小值，则开关管占空比上限限幅目标值为预设关系曲线中开关管占空比的最大值；若采样的电感电流小于等于预设关系曲线中电感电流的最大值、且大于预设关系曲线中电感电流的最小值，则开关管占空比上限限幅目标值根据以下式子确定：
DTgt_upLmt＝Dpwm_min+(IL_max-IL)/(IL_max-IL_min)*(Dpwm_max-Dpwm_min)；或者
若采样的开关管占空比大于预设关系曲线中开关管占空比的最大值，则电感电流上限限幅目标值为预设关系曲线中电感电流的最小值；若采样的开关管占空比小于等于预设关系曲线中开关管占空比的最小值，则电感电流上限限幅目标值为预设关系曲线中电感电流的最大值；若采样的开关管占空比小于等于预设关系曲线中开关管占空比的最大值、且大于预设关系曲线中开关管占空比的最小值，则电感电流上限限幅目标值根据以下式子确定：
ITgt_upLmt＝IL_min+(Dpwm_max-Dpwm)/(Dpwm_max-Dpwm_min)*(IL_max-IL_min)。
在一示例中，所述根据所述控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅，之前还包括：
对所述控制参数的上限限幅目标值进行平滑处理，得到平滑处理后的控制参数的上限限幅目标值；
所述根据所述控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅，包括：
根据平滑处理后的控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅。
在一示例中，所述平滑处理方法包括斜坡补偿方式。
在一示例中，所述根据所述控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅，包括：
若所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值大于所述控制参数的上限限幅目标值，则限幅处理后的控制参数的值为所述控制参数的上限限幅目标值；
若所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值不大于所述控制参数的上限限幅目标值，则限幅处理后的控制参数的值为所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值。
实施方式1：
以下结合图2-图3，以控制参数为开关管占空比进行说明：
图2为电感电流与开关管占空比的预设关系曲线示意图，图3为基于开关管占空比动态限幅控制流程示意图。具体动态限幅控制过程如下：
首先，通过采样获取DC/DC变换器的电感电流IL、开关管占空比Dpwm；基于预设关系曲线，依据电感电流IL确定占空比上限限幅目标值DTgt_upLmt；
具体地，当电感电流IL大于预设曲线中的IL_max时，占空比上限限幅目标值DTgt_upLmt为Dpmw_min；当电感电流IL小于等于预设曲线中的IL_min时，占空比上限限幅目标值DTgt_upLmt为Dpwm_max；当电感电流IL大于预设曲线中的IL_min，且小于等于IL_max时，占空比上限限幅目标值DTgt_upLmt按照下式线性动态调整：
DTgt_upLmt＝Dpwm_min+(IL_max-IL)/(IL_max-IL_min)*(Dpwm_max-Dpwm_min)；
然后，为了防止占空比上限限幅值DAct_upLmt突变，基于确定的占空比上限限幅目标值DTgt_upLmt，使占空比上限限幅值DAct_upLmt经过平滑处理过渡至占空比上限限幅目标值DTgt_upLmt；平滑处理可按照斜坡方式处理；
接着，根据平滑处理得到的上限限幅值DAct_upLmt，对DC/DC变换器产生的占空比Dpwm_ref进行限幅处理，即占空比Dpwm_ref大于平滑处理得到的上限限幅值DAct_upLmt时，输出的占空比Dpwm等于DAct_upLmt；当Dpwm_ref小于等于平滑处理得到的上限限幅值DAct_upLmt时，输出占空比Dpwm等于Dpwm_ref；
最后，经限幅处理后得到的占空比Dpwm控制DC/DC变换器的功率开关管动作。
实施方式2：
以下结合图4-图5，以控制参数为电感电流进行说明：
图4为开关管占空比与电感电流的预设关系曲线示意图，图5为基于电感电流动态限幅控制流程示意图。具体动态限幅控制过程如下：
首先，通过采样获取DC/DC变换器的电感电流IL、开关管占空比Dpwm；基于预设关系曲线，依据开关管占空比Dpwm确定电感电流上限限幅目标值ITgt_upLmt；
具体地，当开关管占空比Dpwm大于预设关系曲线中的Dpwm_max时，电感电流上限限幅目标值ITgt_upLmt为IL_min；当开关管占空比Dpwm小于等于预设曲线中的Dpwm_min时，电感电流上限限幅目标值ITgt_upLmt为IL_max；当开关管占空比Dpwm大于预设曲线中Dpwm_min，且小于等于Dpwm_max时，电感电流上限限幅目标值ITgt_upLmt按照下式线性动态调整：
ITgt_upLmt＝IL_min+(Dpwm_max-Dpwm)/(Dpwm_max-Dpwm_min)*(IL_max-IL_min)；
然后，为了防止电感电流上限限幅值IAct_upLmt突变，基于确定的电感电流上限限幅目标值ITgt_upLmt，使电感电流上限限幅值IAct_upLmt经过平滑处理过渡至电感电流上限限幅目标值ITgt_upLmt；平滑处理可按照斜坡方式处理；
接着，根据平滑处理得到的上限限幅值IAct_upLmt，对DC/DC变换器控制环路产生的IL_ref进行限幅处理，即IL_ref大于上限限幅值IAct_upLmt时，输出电感电流给定Iref等于IAct_upLmt；当IL_ref小于等于上限限幅值IAct_upLmt时，输出电感电流给定Iref等于IL_ref；
最后，经限幅处理后得到的电感电流给定Iref作为DC/DC变换器控制环路电流给定指令参与控制。
实施例二
本申请实施例二提供一种DC/DC变换器，所述DC/DC变换器包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的DC/DC变换器的控制程序，所述DC/DC变换器的控制程序被所述处理器执行时实现实施例一所述的DC/DC变换器的控制方法的步骤。
实施例三
本申请实施例三提供一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括实施例二所述的DC/DC变换器。
实施例四
本申请实施例四提供一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括DC/DC变换器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的DC/DC变换器的控制程序，所述DC/DC变换器的控制程序被所述处理器执行时实现实施例一所述的DC/DC变换器的控制方法的步骤。
以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (9)

1.一种DC/DC变换器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
确定DC/DC变换器的控制参数的上限限幅目标值；其中，所述控制参数包括开关管占空比或者电感电流；
根据所述控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅；
将限幅处理后的控制参数用于控制所述DC/DC变换器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定DC/DC变换器的控制参数的上限限幅目标值，包括：
采样开关管占空比或者电感电流；
根据开关管占空比与电感电流的预设关系曲线，确定所述DC/DC变换器的控制参数的上限限幅目标值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预设的开关管占空比与电感电流曲线，确定所述DC/DC变换器的控制参数的上限限幅目标值，包括：
若采样的电感电流大于预设关系曲线中电感电流的最大值，则开关管占空比上限限幅目标值为预设关系曲线中开关管占空比的最小值；若采样的电感电流小于等于预设关系曲线中电感电流的最小值，则开关管占空比上限限幅目标值为预设关系曲线中开关管占空比的最大值；若采样的电感电流小于等于预设关系曲线中电感电流的最大值、且大于预设关系曲线中电感电流的最小值，则开关管占空比上限限幅目标值根据以下式子确定：
DTgt_upLmt＝Dpwm_min+(IL_max-IL)/(IL_max-IL_min)*(Dpwm_max-Dpwm_min)；或者
若采样的开关管占空比大于预设关系曲线中开关管占空比的最大值，则电感电流上限限幅目标值为预设关系曲线中电感电流的最小值；若采样的开关管占空比小于等于预设关系曲线中开关管占空比的最小值，则电感电流上限限幅目标值为预设关系曲线中电感电流的最大值；若采样的开关管占空比小于等于预设关系曲线中开关管占空比的最大值、且大于预设关系曲线中开关管占空比的最小值，则电感电流上限限幅目标值根据以下式子确定：
ITgt_upLmt＝IL_min+(Dpwm_max-Dpwm)/(Dpwm_max-Dpwm_min)*(IL_max-IL_min)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅，之前还包括：
对所述控制参数的上限限幅目标值进行平滑处理，得到平滑处理后的控制参数的上限限幅目标值；
所述根据所述控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅，包括：
根据平滑处理后的控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述平滑处理方法包括斜坡补偿方式。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制参数的上限限幅目标值，对所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值进行限幅，包括：
若所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值大于所述控制参数的上限限幅目标值，则限幅处理后的控制参数的值为所述控制参数的上限限幅目标值；
若所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值不大于所述控制参数的上限限幅目标值，则限幅处理后的控制参数的值为所述DC/DC变换器控制环路中控制参数的值。
7.一种DC/DC变换器，其特征在于，所述DC/DC变换器包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的DC/DC变换器的控制程序，所述DC/DC变换器的控制程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的DC/DC变换器的控制方法的步骤。
8.一种光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括权利要求7所述的DC/DC变换器。
9.一种光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括DC/DC变换器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的DC/DC变换器的控制程序，所述DC/DC变换器的控制程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的DC/DC变换器的控制方法的步骤。
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