CN113890337B - 光伏直流变换器输出电压控制方法、电子装置及存储介质 - Google Patents

光伏直流变换器输出电压控制方法、电子装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种光伏直流变换器输出电压控制方法、电子装置及存储介质，该光伏直流变换器输出电压控制方法：获取第一输出电压，预设电压与直流变换器的采样电压；判断预设电压是否高于第一输出电压，若是，则将第一输出电压作为可选输出电压；基于采样电压，对可选输出电压进行闭环控制与调节，得到电压环路输出值；基于电压环路输出值进行脉冲宽度调制得到占空比，并基于占空比对直流变换器进行电压控制。本申请解决了光伏发电系统由MPPT环路切换到恒压环路时，因恒压环路电压过大而导致容易出现掉零的情况，提高了光伏发电系统的稳定性。

Description

光伏直流变换器输出电压控制方法、电子装置及存储介质
技术领域
本申请涉及电力电子控制技术领域，特别是涉及光伏直流变换器输出电压控制方法、电子装置及存储介质。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展，新能源电源的应用也越来越普及，高效合理的利用太阳能源进行发电是减少一次性能源消耗的重要措施。
在相关技术中，光伏发电系统中，光伏组件(太阳能电池板)的输出功率是受太阳光照强度和温度等因素影响的，所以在光伏发电的过程中，必须实现MPPT(Maximum PowerPoint Tracking最大功率追踪)。但是，当光伏发电系统涉及到给蓄电池充电时，或者给负载供电时，保证输出电压的恒定并且可调节，而很多方法在实现MPPT的前提下切换到恒压控制时，因恒压环路电压大于MPPT环路电压而容易出现输出掉零的问题，导致光伏发电系统稳定性不高。
目前针对相关技术中光伏发电系统由MPPT环路切换到恒压环路，导致输出电压出现掉零的问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种光伏直流变换器输出电压控制方法，解决了光伏发电系统由MPPT环路切换到恒压环路时，因恒压环路电压大于MPPT环路电压而导致容易出现掉零的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种光伏直流变换器输出电压控制方法，所述方法包括：
获取第一输出电压，预设电压与直流变换器的采样电压，其中，所述预设电压是负载所需电压；
判断所述预设电压是否高于所述第一输出电压，若是，则将所述第一输出电压作为可选输出电压；
基于所述采样电压，对所述可选输出电压进行闭环控制与调节，得到电压环路输出值；
基于所述电压环路输出值进行脉冲宽度调制得到占空比，并基于所述占空比对所述直流变换器进行电压控制。
在其中一些实施例中，所述方法还包括：
在所述预设电压低于所述第一输出电压的情况下，将所述预设电压作为所述可选输出电压。
在其中一些实施例中，所述方法还包括：
在所述预设电压低于所述第一输出电压的情况下，将所述预设电压作为所述可选输出电压。
在其中一些实施例中，所述获取第一输出电压包括：
通过MPPT控制器得到与所述第一输出电压对应的第一输入电压；
对所述第一输入电压与光伏组件电压进行闭环控制与调节之后，得到所述第一输出电压，其中，所述光伏组件电压是与所述第一输入电压对应且未经过所述MPPT控制器处理的电压。
在其中一些实施例中，所述方法还包括：
获取所述光伏组件电压，光伏组件电流；
所述MPPT控制器基于所述光伏组件电压与所述光伏组件电流通过扰动观察法得到所述第一输入电压。
在其中一些实施例中，所述直流变换器的拓扑电路为Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路、Boost-Buck电路中的任意一种。
在其中一些实施例中，所述拓扑电路为隔离的拓扑电路、非隔离的拓扑电路的任意一种。
第二方面，本申请实施例提供了一种电子装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上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如上述任一项所述的光伏直流变换器输出电压控制方法。
第三方面，本申请实施例提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的光伏直流变换器输出电压控制方法。
相比于相关技术，本申请的有益效果在于：对预设电压与第一电压进行比较，得到两者的最小值，并将最小值与变换器的采样电压通过调节器进行调节得到输出电压，解决了光伏发电系统由MPPT环路切换到恒压环路时，因恒压环路电压过大而导致容易出现掉零的问题，提高了光伏发电系统的稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例的光伏发电系统的结构框图；
图2是现有技术的一种光伏直流变换器输出电压控制策略图。
图3是本申请实施例的一种光伏直流变换器输出电压控制策略图；
图4是本申请实施例的光伏直流变换器输出电压控制方法流程图；
图5是本申请实施例的电子装置的内部结构示意图。
具体实施方式
本申请提供的光伏直流变换器输出电压控制方法，可以应用于光伏发电系统中，图1为本申请实施例的光伏发电系统的结构框图。
如图1所示，该光伏发电系统包括光伏模块11(PV-SOURCE)、直流变换器12(DC/DC)、负载模块13(Load)、控制模块14(Control)。
其中，光伏模块11可以包括至少一个以上的光伏组件，其可以是太阳能电池板，光伏组件可以吸收太阳光，把光能转换为电能，将电能输出到光伏组件的输出正极/负极(PV+/PV-)，为直流变换器12提供电能。
另外，光伏模块11也可以将光伏组件在不同日照强度下产生的电压与电流数据值(光伏组件的电压与电流)传输到控制模块14，以便于追踪到最大功率之后，对最大功率对应的电压进行闭环控制得到误差，并通过调节器对误差进行调节以得到稳定的、准确的光伏组件电压。
其中，直流变换器12是可以将固定直流电通过脉冲宽度调制的方式得到PWM值(电压与电流的占空比)，并基于该PWM值，进而将固定直流电变换成负载所需的直流电。
直流变换器12接收来自光伏模块11所产生的电能；根据PWM值对固定直流电压进行控制，进而得到负载所需要的电压值，并将电压输出到负载模块。
其中，负载模块13可以是充电电池或者负载，也可以是电池与负载的组合。负载模块13将负载所需的电压/电流值数据反馈给控制模块14，并接收到12直流变换器的输出电压值。
控制模块14分别与光伏模块11、直流变换器12、负载模块13建立通信连接。该通信连接可以是有线通信。
如图1所示，该光伏发电系统工作原理如下：
光伏模块11中的光伏组件吸收太阳光，把光能转换为电能，输出到PV+/PV-(光伏组件的输出正极/负极)，为直流变换器12提供电源，同时，光伏模块11把光伏组件电压和电流数据值发送至控制模块14。
控制模块14接收光伏组件电压和电流数据，同时获取直流变换器12的采样电压和采样电流数据，经过图2所示的控制流程之后，产生PWM值，通过PWM值对直流变换器12的电压环路输出值进行控制，得到负载所需电压值，进而实现把光伏组件产生的最大发电功率输出到负载模块。
图2是现有技术的一种光伏直流变换器输出电压控制策略图。
如图2所示，将光伏组件的电压(Uin)与电流(Iin)通过MPPT控制器计算得到第一输入电压(Uin-ref)，该第一输入电压为光伏组件最大输出功率对应的电压。在此可以举例说明，在日照强度为1000W/㎡情况下，MPPT控制器得到的3组光伏组件电压与电流数据值为：1.U＝24V，I＝1A；2.U＝30V，I＝0.9A；3.U＝36V，I＝0.7A，可知30V的电压下输出功率最大，则30V为第一输入电压。
将第一输入电压与Uin进行闭环控制得到误差，将该误差通过调节器(PID)进行调节得到第一输出电压(Uo-ref)，其中，该Uin为光伏组件的采样电压，对第一输入电压进行闭环控制能够使第一输入电压稳定在最大功率点对应的电压上；
控制模块将接收到的预设电压数据进行闭环控制得到误差，再通过调节器将误差进行调节得到电压环路输出值(Uout-ref)，其中，该预设电压是负载所需的电压；
将电压环路输出值进行脉冲宽度调制得到PWM值，基于PWM值控制直流变换器(DC/DC)进行电压控制，进而得到满足负载需求的电压。
该光伏直流变换器输出电压控制方法会导致一个问题：当预设电压值大于经过通过MPPT控制器计算得到的第一输出电压(Uo-ref)时，根据欧姆定律P＝U^2/R，预设电压值对应的输出功率要大于第一输出电压对应的最大输入功率，导致光伏发电系统的输入功率不足以支撑输出功率，进而导致系统不稳定，光伏组件电压不能够正常工作，进而导致系统停止工作。
为解决上述问题，采用图3所示的电压控制策略图。
图3是本申请实施例的光伏直流变换器输出电压控制策略图。
如图3所示，将光伏组件的电压(Uin)与电流(Iin)通过MPPT控制器计算得到第一输入电压(Uin-ref)，该第一输入电压为光伏组件最大输出功率对应的电压。将第一输入电压与Uin进行闭环控制得到误差，将该误差通过调节器(PID)进行调节得到第一输出电压(Uo-ref)。
值得说明的是，闭环控制又称反馈控制，根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为(输出)与期望行为之间的误差(偏差)，并消除误差以获得预期的系统性能。在闭环控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路，闭环控制可以使得电压更加精确。
对预设电压(Uset-ref)与第一输出电压进行比较，如图3所示，Min为取小处理，经取小处理后，得到两者的最小值，并将最小值与变换器的采样电压进行闭环控制得到误差，再通过调节器将误差进行调节得到电压环路输出值(Uout-ref)。
将电压环路输出值进行脉冲宽度调制得到PWM值，根据PWM值对直流变换器的输出电压进行控制。
综上，当前光照不变的情况下，光伏组件经过MPPT控制器计算得到的输入功率记为为最大功率(Pin_max)，设当前负载为R，若要直流变换器可以追踪到Pin_max，根据欧姆定律，那么就应使得输出电压Uout-ref满足如下公式1：Uout-ref^2/R＝Pin_max。
相应地，为了实现最大功率追踪则需要不断的调整输出电压Uout-ref，使得当Uout-ref^2/R＝Pin_max时，光伏充电系统追踪到光伏组件的最大功率值。
当预设电压大于最大功率所对应的电压时，选取最大功率所对应的电压作为输出电压(Uout-ref)，当预设电压小于或者等于最大功率所对应的电压时，调整直流变换器的电压以满足预设电压值。
在一些实施例中，MPPT控制器获取光伏组件电压，光伏组件电流，并基于光伏组件电压与光伏组件电流通过扰动观察法得到第一输入电压，值得说明的是，扰动观察法中扰动的参考变量可以是电压或者电流。其工作原理是给一个扰动输出电压信号，再测量并计算其功率P2的变化，并与扰动之前的功率值P1相比，根据比较结果调整扰动方向。通过扰动观察法能够更加精确地得到第一输入电压。
进一步地，对第一输入电压与光伏组件电压进行闭环控制与调节之后，得到第一输出电压。第一输入电压经过闭环控制与调节之后，更加的精确。
图4为本申请实施例的光伏直流变换器输出电压控制方法流程图。
如图4所示，该流程包括步骤S401至步骤S408。
步骤S401，获取光伏组件发电功率以及各个发电功率所对应的电流与电压，值得说明的是，在不同的日照强度下，相应地，光伏组件对应的发电功率也不同；
步骤S402，进行最大功率追踪，得到最大功率所对应的第一输入电压，具体的，在相同日照强度下，MPPT控制器通过计算得到最大发电功率，可以参照上述有关第一输入电压的相关举例；
步骤S403，将第一输入电压进行闭环控制并经过调节器进行调节，得到第一输出电压，具体的，基于光伏电压将第一输入电压进行闭环控制，得到误差，并将误差通过调节器进行调节得到稳定的第一输出电压；
步骤S404，判断第一输出电压是否小于预设电压，若是，则执行步骤S405；若否，则执行步骤S406。
步骤S405，将第一输出电压作为可选输出电压，其中，该可选输出电压用于进行闭环控制与调节器调节；
步骤S406，将预设电压作为可选输出电压；
步骤S407，将可选输出电压进行闭环控制、PID调节得到电压环路输出值，具体的，基于直流变换器的采样电压(Uo)将可选输出电压进行闭环控制得到误差，并将误差通过调节器调节得到输出电压；
步骤S408，对电压环路输出值进行脉冲宽度调制，得到PWM值，其中，基于PWM值对直流变换器的电压进行控制，得到负载所需的电压值。
综上，对预设电压与第一电压进行比较，得到两者的最小值，并将最小值与变换器的采样电压经过闭环控制得到误差，并将误差通过调节器进行调节得到电压环路输出值，解决了光伏发电系统由MPPT环路切换到恒压环路时，因恒压环路电压大于MPPT环路电压值而导致容易出现掉零的问题，对电压环路输出值进行限压，进而提高了光伏发电系统的稳定性。
在一些实施例中，直流变换器的拓扑电路可以为Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路或Boost-Buck电路中的任意一种，可以根据实际需求来选择电路，使得光伏发电系统的结构更加的灵活多变，其性能也能适应不同情况下的电路需求。
具体的，直流变换器可以基于PWM值通过拓扑电路对电压进行变换，从而将光伏组件所产生的电压进行升压与降压处理，使其输出电压满足负载所需的电压。
更进一步地，直流变换器的拓扑电路可以是隔离或是非隔离的，其性能也能适应不同情况下的电路需求。
进一步地，在将可选输出电压与变换器的采样电压通过调节器调节得到电压环路输出值之前，对可选电压与变换器的采样电压实现闭环控制，能够使光伏发电系统具有强的抗干扰能力，能够保证得到的输出电压更加精确。
另外，结合上述实施例中的光伏直流变换器输出电压控制方法，本申请实施例可提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种光伏直流变换器输出电压控制方法。
本申请的一个实施例中还提供了一种电子装置，该电子装置可以是终端。该电子装置包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该电子装置的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子装置的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现光伏直流变换器输出电压控制方法。该电子装置的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电子装置的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电子装置外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
在一个实施例中，图5是根据本申请实施例的电子装置的内部结构示意图，如图5所示，提供了一种电子装置，该电子装置可以是服务器，其内部结构图可以如图5所示。该电子装置包括通过内部总线连接的处理器、网络接口、内存储器和非易失性存储器，其中，该非易失性存储器存储有操作系统、计算机程序和数据库。处理器用于提供计算和控制能力，网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信，内存储器用于为操作系统和计算机程序的运行提供环境，计算机程序被处理器执行时以实现一种光伏直流变换器输出电压控制方法，数据库用于存储数据。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
本领域的技术人员应该明白，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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种光伏直流变换器输出电压控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取第一输出电压，预设电压与直流变换器的采样电压，其中，所述预设电压是负载所需电压；
判断所述预设电压是否高于所述第一输出电压，若是，则将所述第一输出电压作为可选输出电压；
基于所述采样电压，对所述可选输出电压进行闭环控制与调节，得到电压环路输出值；
基于所述电压环路输出值进行脉冲宽度调制得到占空比，并基于所述占空比对所述直流变换器进行电压控制；
其中，所述获取第一输出电压包括：
通过MPPT控制器得到与所述第一输出电压对应的第一输入电压；
对所述第一输入电压与光伏组件电压进行闭环控制与调节之后，得到所述第一输出电压，其中，所述光伏组件电压是与所述第一输入电压对应且未经过所述MPPT控制器处理的电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述预设电压低于所述第一输出电压的情况下，将所述预设电压作为所述可选输出电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述光伏组件电压，光伏组件电流；
所述MPPT控制器基于所述光伏组件电压与所述光伏组件电流通过扰动观察法得到所述第一输入电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流变换器的拓扑电路为Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路、Boost-Buck电路中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述拓扑电路为隔离的拓扑电路、非隔离的拓扑电路的任意一种。
6.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至5中任一项所述的方法。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行权利要求1至5中任一项所述的方法。
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