一种用于光伏并网系统的升压电路控制方法、介质及系统与流程

1.本发明涉及直流母线电压控制技术领域，尤其涉及一种用于光伏并网系统的升压电路控制方法、介质及系统。


背景技术：

2.在光伏发电系统中，常采用两级光伏并网系统将光伏阵列的电能接入到交流电网，前级dc/dc变流电路将较低的光伏电压升高到与交流电网电压峰值接近的直流母线电压，然后通过后级并网逆变器将直流母线电压变换为交流电压，并通过滤波器滤波后接入电网。
3.由于传统控制策略仅在后级并网逆变器中对直流母线电压进行控制，同时，并网逆变器还对交流电流的相位进行跟踪控制，也就是说，并网逆变器既要实现并网电流的控制，又要实现直流母线电压控制。当交流电网电压突然发生较大波动时，并网逆变器来不及对直流母线电压进行调控，导致直流母线电压发生剧烈波动，危及到直流母线电压的安全工作，影响直流母线电容的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种用于光伏并网系统的升压电路控制方法、介质及系统，以解决现有技术交流电网电压突然发生较大波动时，并网逆变器不能及时对直流母线电压进行调控的问题。
5.第一方面，提供一种用于光伏并网系统的升压电路控制方法，包括：
6.在每一采样周期，获取所述光伏并网系统的直流母线电压和交流电网电压；
7.根据相邻采样周期的所述交流电网电压，计算得到第一阈值；
8.将所述第一阈值的最大值作为第二阈值；
9.判断当前采样周期与前一采样周期的所述交流电网电压的差值的绝对值是否小于所述第二阈值；
10.若当前采样周期与前一采样周期的所述交流电网电压的差值的绝对值小于所述第二阈值，则判断当前采样周期的所述直流母线电压是否不小于过压保护值；
11.根据当前采样周期的所述直流母线电压是否不小于过压保护值的不同判断结果，切换升压电路的控制模式。
12.第二方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述第一方面实施例所述的用于光伏并网系统的升压电路控制方法。
13.第三方面，提供一种用于光伏并网系统的升压电路控制系统，包括：如上述第二方面实施例所述的计算机可读存储介质。
14.这样，本发明实施例，能在较小的直流母线电容下，实现对直流母线电压的快速稳定控制；能在交流电网电压发生较大波动时，对直流母线电压进行快速、有效的稳定调控；
适用于所有两级光伏并网系统的直流母线电压稳定控制。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本发明一优选实施例的用于光伏并网系统的升压电路控制方法的流程图；
17.图2是本发明另一优选实施例的用于光伏并网系统的升压电路控制方法的流程图；
18.图3是本发明实施例的用于光伏并网系统的升压电路控制方法的原理图；
19.图4是本发明一具体实施例的第一阈值与时间的关系曲线图；
20.图5是本发明实施例的直流母线电压的控制环路示意图；
21.图6是现有技术的升压电路控制方法的直流母线电压仿真结果图；
22.图7是本发明实施例的升压电路控制方法的直流母线电压仿真结果图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.本发明实施例公开了一种用于光伏并网系统的升压电路控制方法。本发明实施例的方法不仅适用于单管boost光伏并网系统，还适用于单管buck-boost光伏并网系统，也适用于多管并联boost、buck-boost光伏并网系统。如图1所示，该方法包括如下的步骤：
25.步骤s1：在每一采样周期，获取光伏并网系统的直流母线电压和交流电网电压。
26.步骤s2：根据相邻采样周期的交流电网电压，计算得到第一阈值。
27.通过设置合理的第一阈值，可调节直流母线电压对交流电网电压变化的感应敏感度。第一阈值较小，进行控制时有利于直流母线电压的稳定性，但会在一定程度上丧失光伏阵列的最大功率跟踪能力。因此，第一阈值可根据交流电网电压的变化情况进行统计分析，当交流电网电压发生频繁且幅值较大的波动时，第一阈值可以较大，反之，第一阈值较小。具体的，本发明实施例采用如下的算式计算第一阈值：
28.δu
g,lim
＝h
δ,u
max|ug(k)-ug(k-1)|。
29.其中，δu
g,lim
表示第一阈值，h
δ,u
表示功率-电压切换系数，ug(k)和ug(k-1)分别表示当前采样周期和前一采样周期的交流电网电压。
30.功率-电压切换系数的取值较小时，对交流电网电压波动的感应较为灵敏；反之，则较为迟缓。根据响应灵敏度需求设计，功率-电压切换系数应大于1。为了提高响应灵敏度，可将功率-电压切换系数设计为较小值。在本发明一具体实施例中，功率-电压切换系数为1.5。
31.步骤s3：将第一阈值的最大值作为第二阈值。
32.交流电网电压可由下式得到：
[0033][0034]
其中，ts为采样周期，ts＝1/fs，采样频率等于开关频率，均为fs。当u
ac
＝220v、fg＝50hz、h
δ,u
＝1时，图3给出了当fs＝10khz、20khz、30khz时，δu
g,lim
与时间t的关系曲线。当fs＝10khz时，δu
g,lim
的峰值约为9.76v；当fs＝20khz时，δu
g,lim
的峰值约为4.89v；当fs＝30khz时，δu
g,lim
的峰值约为3.26v。fs越大，光伏系统的开关周期越小，相邻开关周期的时间越短，而δu
g,lim
通过ug在相邻开关周期的实时值计算得到，因此，δu
g,lim
的峰值越小。
[0035]
基于上述的分析为了保证对交流电网电压ug的可靠响应，第二阈值应留有一定余量，因此，将第一阈值的最大值作为第二阈值。
[0036]
步骤s4：判断当前采样周期与前一采样周期的交流电网电压的差值的绝对值是否小于第二阈值。
[0037]
步骤s5：若当前采样周期与前一采样周期的交流电网电压的差值的绝对值小于第二阈值，则判断当前采样周期的直流母线电压是否不小于过压保护值。
[0038]
步骤s6：根据当前采样周期的直流母线电压是否不小于过压保护值的不同判断结果，切换升压电路的控制模式。
[0039]
传统控制方式中，过压保护(over voltage protection，ovp)可防止母线电容因过压而被击穿，但ovp的动作会关闭两侧继电器，出现功率断续。为了避免此问题，本发明实施例对交流电网电压进行调控的同时，还保证功率连续输出。因此，通过设置过压保护值，与直流母线电压进行比较判断，以根据不同的判断结果切换升压电路到不同的控制模式，以便进一步对直流母线电压进行稳定控制，同时保证光伏功率的连续输出。
[0040]
具体的，电路的控制模式包括：电压控制模式和最大功率跟踪模式，因此，该步骤根据不同结果有如下两种情况：
[0041]
(1)若当前采样周期的直流母线电压不小于过压保护值，则切换升压电路的控制模式为电压控制模式。
[0042]
(2)若当前采样周期的直流母线电压小于过压保护值，则切换升压电路的控制模式为最大功率跟踪模式。
[0043]
此时，前级升压电路工作在最大功率跟踪模式，仅采用后级并网逆变器对直流母线电压进行稳定控制，既可保证光伏阵列工作在最大功率跟踪模式，又可保证直流母线电压的稳定性。
[0044]
如图3所示，i
pv
和u
pv
分别表示光伏阵列的输出电流和端口电压，sm表示模式切换信号，ug和ig分别表示交流电网电压和并网电流，ub表示直流母线电压，u
b,ref
表示直流母线电压的参考信号。
[0045]
当交流电网电压ug信号判断模块根据交流电网电压ug的采样结果判断出当前采样周期与前一采样周期的交流电网电压的差值的绝对值小于第二阈值，并且当前采样周期的直流母线电压ub小于过压保护值，模式切换信号sm将前级升压电路的信号通道切换到接触点
①
，此时，前级升压电路工作在最大功率跟踪模式，后级并网逆变器工作在母线电压控制和并网控制模式下。
[0046]
当交流电网电压ug信号判断模块根据交流电网电压ug的采样结果判断出当前采样
周期与前一采样周期的交流电网电压的差值的绝对值小于第二阈值，并且当前采样周期的直流母线电压ub不小于过压保护值，模式切换信号sm将控制信号从接触点
①
切换到接触点
②
，使前级升压电路工作在电压控制模式。在电压控制模式下，升压电路根据给定的直流母线电压的参考值u
b,ref
对直流母线电压ub进行控制。同时，并网逆变器的工作模式不改变，即同时实现母线电压控制和并网电流控制。这种情况下，光伏系统的前级升压电路和后级并网逆变器均可对直流母线电压进行稳定控制，可以提高直流母线电压的稳定性。
[0047]
此外，如图2所示，步骤s4之后，本发明实施例的方法还包括：
[0048]
步骤s7：若当前采样周期与前一采样周期的交流电网电压的差值的绝对值不小于第二阈值，则切换升压电路的控制模式为电压控制模式。
[0049]
如图3所示，当交流电网电压ug信号判断模块根据交流电网电压ug的采样结果判断出当前采样周期与前一采样周期的交流电网电压的差值的绝对值不小于第二阈值，即交流电网电压ug发生较大变化时，模式切换信号sm将控制信号从接触点
①
切换到接触点
②
，使前级升压电路工作在电压控制模式。在电压控制模式下，升压电路根据给定的直流母线电压的参考值u
b,ref
对直流母线电压ub进行控制。同时，并网逆变器的工作模式不改变，即同时实现母线电压控制和并网电流控制。这种情况下，光伏系统的前级升压电路和后级并网逆变器均可对直流母线电压进行稳定控制，可以提高直流母线电压的稳定性。
[0050]
综上，在较小的直流母线电容下，通过对前级升压电路引入附加电压控制环路，即可对直流母线电压的稳定性控制进行较大的改进。
[0051]
如图5所示的本发明实施例的控制策略下的直流母线电压ub控制环路。电压控制器2的比例和积分参数分别记为k
v2,p
和k
v2,i
。
[0052]
电压控制器1的比例和积分参数分别记为k
v1,p
和k
v1,i
，电压控制器1的传递函数g
v1
(s)用下式表示：
[0053][0054]
直流母线电压ub和交流并网电流ig的参考信号i
ref
的关系可表示为：
[0055][0056]
其中，θ表示交流电网电压ug的相位角。s表示频域计算因子。
[0057]
那么交流并网电流ig的参考信号i
ref
与交流电网电压ug的关系为：
[0058][0059]
其中，pg表示瞬时并网功率。
[0060]
结合式(2)和(3)可得：
[0061][0062]
由pg＝igug可将式(4)改写为：
[0063][0064]
电压控制器2的比例和积分参数分别记为k
v2,p
和k
v2,i
，电压控制器2的传递函数g
v2
(s)如下：
[0065][0066]
s1表示升压电路的调制信号。此时，升压电路的调制信号s1与直流母线电压ub的关系为：
[0067][0068]
从上式可知：
[0069][0070]
将光伏侧和网侧的控制综合考虑，将式(8)结合式(5)，得到如下的算式：
[0071][0072]
从上述公式推导可以看出，通过调控升压电路的调制信号s1，可抵消由交流并网电流ig的波动引起直流母线电压ub的波动。
[0073]
因此，上述的推导可以表明通过本发明实施例的策略可以对升压电路进行有效控制。
[0074]
图6展示了采用传统控制策略下光伏系统的仿真结果。图7展示了采用本发明实施例的控制策略下光伏系统的仿真结果，为了对比性，图6和图7的仿真参数一致。
[0075]
如图6所示，采用传统控制策略时，当交流电网电压ug的峰值由311v突然增加到404v时，直流母线电压ub会从400v突升到445v；当交流电网电压ug的峰值突然由404v降低到311v时，直流母线电压ub会从420v突然下降到354v，这个过程中直流母线电压ub的波动量约为91v。
[0076]
如图7所示，采用本发明实施例提出的控制策略时，当交流电网电压ug的峰值由311v突然增加到404v，然后突然由404v降低到311v，在这个过程中，直流母线电压ub仅在389v～410v范围内波动，直流母线电压ub的波动量约为21v。因此，相比于传统控制策略，本发明提出的控制策略能够将直流母线电压波动量从91v减小到21v，将直流母线电压的波动率从22.8％减小到5.3％。此外，t＝1.0s时，光伏系统的光照强度为1，处于图7所示的高功率区域，交流电网电压ug从220v突升到286v，直流母线电压ub的波动量低于2v。t＝1.2s时，交流电网电压ug从286v恢复到220v，直流母线电压ub的波动量依然被控制在2v以内。相比于传统控制策略下的结果，图7的波动量得到大幅减小。
[0077]
表1对比两种控制策略的仿真结果。传统控制策略下，直流母线电压ub的波动范围为354v～445v，直流母线电压ub的最小值和最大值分别为354v和445v，波动量δub和波动率δ分别为91v和22.8％。本发明实施例的控制策略下，直流母线电压ub的波动范围为389v～409v，直流母线电压ub的最小值和最大值分别为389v和409v，波动量δub和波动率δ分别为
20v和5％。上述结果表明，相比于传统控制策略，本发明实施例在直流母线电压ub的稳定性控制上具有更好的特性。
[0078]
表1两种控制策略的仿真结果对比
[0079][0080]
本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的用于光伏并网系统的升压电路控制方法。
[0081]
本发明实施例还公开了一种用于光伏并网系统的升压电路控制系统，包括：如上述实施例所述的计算机可读存储介质。
[0082]
综上，本发明实施例，能在较小的直流母线电容下，实现对直流母线电压的快速稳定控制；能在交流电网电压发生较大波动时，对直流母线电压进行快速、有效的稳定调控；适用于所有两级光伏并网系统的直流母线电压稳定控制。
[0083]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。