CN116774769A - 一种mppt快速高精度的功率控制方法、***、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏组件功率控制技术领域，特别涉及一种MPPT快速高精度的功率控制方法、***、设备及介质，其中，MPPT快速高精度的功率控制方法，包括：计算需要输出限载的限载功率；判断输出功率是否大于限载功率和功率阈值之和，若是，则进入限载模式；记录当前PV电压值；计算PI环路中PV电压的需要偏移的电压值；判断偏移量是否小于偏移量阈值，若是，则退出限载模式。本发明技术方案旨在快速使功率达到限制值，并对限额功率值实时追踪，控制精度高。

Description

一种MPPT快速高精度的功率控制方法、***、设备及介质

技术领域

本发明涉及光伏组件功率控制技术领域，特别涉及一种MPPT快速高精度的功率控制方法、***、设备及介质。

背景技术

目前，在户外采用太阳能充电时，需要快速的对储能设备进行充电，因此，需要将太阳能最大限度的转化为电能，输出给储能设备。

相关技术中，采用PV电压参考变化的方法来改变逆变器的输入功率来实现对光伏组件功率的控制，但是这种方法每个步长的功率不一致，限额速度慢，且限制的功率到达后为了不使功率波动，需要一个滞环进行调节，造成功率精准度低；或者，采用限制逆变器的后级DC-AC部分，使母线升高，前级通过母线的判断限制MPPT侧功率，这种方法对硬件器件规格要求较高，同时母线较大的波动对母线电容的寿命有影响。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种MPPT快速高精度的功率控制方法、***、设备及介质，旨在快速使功率达到限制值，并对限额功率值实时追踪，控制精度高。

为实现上述目的，本发明提出的MPPT快速高精度的功率控制方法，包括：

计算需要输出限载的限载功率；

判断输出功率是否大于限载功率和功率阈值之和，若是，则进入限载模式；

记录当前PV电压值；

计算PI环路中PV电压的需要偏移的电压值；

判断偏移量是否小于偏移量阈值，若是，则退出限载模式。

在本申请的一实施例中，所述限载模式为PI环路追踪。

在本申请的一实施例中，在所述判断输出功率是否大于限载功率和功率阈值之和，若是，则进入限载模式的步骤中，所述功率阈值为50W。

在本申请的一实施例中，在所述判断偏移量是否小于偏移量阈值，若是，则退出限载模式的步骤中，所述偏移量的阈值为-10V。

在本申请的一实施例中，所述记录当前PV电压值的步骤之后，还包括：

判断PV电压值是否到达PV电压值的限额参考标准值。

在本申请的一实施例中，所述计算PI环路中PV电压的需要偏移的电压值的步骤之后，向右实施降载。

在本申请的一实施例中，退出限载模式时，当前输出功率小于限载功率。

为实现上述目的，本发明还提供一种MPPT快速高精度的功率控制***，包括：

光伏电池阵列，用于将太阳能转换为电能；

MPPT控制器，用于侦测所述光伏电池阵列的发电电压，并追踪总高电压电流值；以及

负载。

为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，所述设备包括处理器和存储器；所述存储器中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现如上所述的MPPT快速高精度的功率控制方法。

为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有程序，所述程序被处理器执行时用于实现如上所述的MPPT快速高精度的功率控制方法。

本发明技术方案通过采用PI环路对功率进行控制，可以使功率迅速达到限制值，并且，PI环路实时追踪限额功率值，曲线无波动，精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明MPPT快速高精度的功率控制方法的流程图。

本发明目的的实现、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

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种MPPT快速高精度的功率控制方法。

结合参照图1所示，图1为本发明MPPT快速高精度的功率控制方法的流程图，MPPT快速高精度的功率控制方法包括以下步骤：

S10：计算需要输出限载的限载功率；

限载功率是***或设备能够提供的最大功率，它应该小于或等于最大可承载功率。需要说明的是，在计算限载功率时还应该考虑环境因素，环境因素可能会影响设备的性能和最大功率，例如，高温、高湿度或高海拔环境可能会导致设备功率降低。将负载功率需求与设备的最大功率承载能力进行比较。如果负载功率需求小于设备的最大功率，那么可以将最大功率作为限载功率。

S20：判断输出功率是否大于限载功率和功率阈值之和，若是，则进入限载模式；

光伏电站的发电原理是将照射在光伏电池阵列上的太阳能转化为电能，其输出电能的大小跟照射到光伏电池阵列表面的太阳辐射强度成正比。太阳辐射强度大，光伏电池阵列的输出功率就大，反之则光伏组件输出功率就弱。一般来说，输出功率是指其最大功率点的功率。判断光伏电池阵列的输出功率是否大于限载功率和功率阈值之和，此处的功率阈值是根据限载功率设置的限额参考基准值，若输出功率大于限载功率和功率阈值之和，则进入限载模式，若不大于限载功率和功率阈值之和，则保持MPPT最大功率追踪模式。

S30：记录当前PV电压值；

PV电压是太阳能光伏***中光伏电池阵列（太阳能电池板）产生的直流电压。光伏电池阵列将太阳辐射转换为电能，输出的是一个直流电压。PV电压的大小取决于多个因素，包括太阳辐射强度、温度、阴影和光伏阵列的设计。通常情况下，当太阳辐射强度较高时，PV电压会升高；当太阳辐射强度较低或存在阴影时，PV电压会降低。PV电压的典型范围取决于所使用的具体光伏***和应用，一般可以从几个伏特到几百伏特不等。商业和工业规模的光伏***通常具有较高的输出电压，并与逆变器进行配合以将其转换为交流电。而在小型住宅光伏***中，PV电压通常较低，并直接用于充电电池或供应电力。重要的是要确保PV电压在***设计范围内，并符合相关的安全标准和规定。过高或过低的PV电压可能会影响***性能、损害电子设备或导致安全问题。因此，在光伏***设计和安装过程中，需要考虑光伏阵列的最大电压和其他相关参数，以确保***的正常运行和安全性能。

记录当前PV电压值的大小也就是MPPT限制环路PV 限额参考基准。

S40：计算PI环路中PV电压的需要偏移的电压值；

在PI环路控制中，计算限额通常用于限定输出控制信号的范围，以防止控制器输出过大或过小。这个限额值通常是基于***的特性和设计要求确定的。如果需要根据偏移的PV电压值来计算限额，可以按照以下步骤进行：

确定PV电压的偏移值，这通常是指通过测量PV电压相对于参考点（通常是***的设定值或目标值）的偏差来确定的。

根据***要求和设计，确定希望限制控制器输出的范围。这可以根据***的最大和最小控制信号范围来确定。

使用偏移的PV电压值和控制信号范围，计算限额。这可以通过将PV电压偏移值与控制信号范围相加或相减来实现。

例如，如果知道PV电压的偏移值为10V，而控制信号范围为0到100（假设是一个以0为最小值，100为最大值的范围），可以进行如下计算：

上限限额 = 偏移的PV电压值 + 控制信号范围的上限；

下限限额 = 偏移的PV电压值 + 控制信号范围的下限；

在本例中，上限限额 = 10 + 100 = 110伏特，下限限额 = 10 + 0 = 10伏特。因此，可以将控制信号限制在10到110伏特之间。

需要注意的是，在实际应用中，还应考虑到***的动态响应特性以及其他因素，如控制器饱和度等。因此，确保计算的限额值适合具体***，并根据实际需要进行调整和优化。

S50：判断偏移量是否小于偏移量阈值，若是，则退出限载模式。

通过对比上述需要偏移的电压值和偏移量的阈值，若偏移量小于偏移量阈值，则退出限载模式，进入MPPT功率追踪模式，若偏移量不小于偏移量的阈值，则继续保持限载模式。

在本申请的一实施例中，所述限载模式为PI环路追踪。

PI环路指的是比例-积分控制环路。它是一种常见的控制算法，用于实现***的稳定控制和响应。在一个控制***中，PI环路使用反馈信号与设定值之间的差异来生成控制输出。它基于比例和积分两个主要的控制参数来调节输出，并根据***的动态响应特性进行调整。比例控制通过将输出与设定值之间的差异乘以一个比例常数，来产生控制输出。它可以快速响应设定值的变化，但可能导致***存在稳定性问题，如超调和振荡。为了解决比例控制的稳定性问题，PI环路还引入了积分控制。积分控制通过积累输出与设定值之间的差异，并乘以一个积分常数，将累积误差纳入考虑。它能够消除稳态误差，并提高***对长期偏差的控制能力。PI环路的控制输出是比例控制和积分控制的组合，通常通过加权和相加这两个控制输出获得。比例参数和积分参数需要根据特定的控制要求进行调节，以实现***的稳定性、灵敏性和抗干扰能力。

在本申请的一实施例中，在所述判断输出功率是否大于限载功率和功率阈值之和，若是，则进入限载模式的步骤中，所述功率阈值为50W。

可选的，在步骤S20中，功率阈值可以设置为50W，也可以根据硬件器件的规格要求设置为其它数值，在此不作限定。

在本申请的一实施例中，在所述判断偏移量是否小于偏移量阈值，若是，则退出限载模式的步骤中，所述偏移量的阈值为-10V。

可选的，在步骤S50中，偏移量的阈值为-10V，偏移量的计算方法参考上述偏移量的计算步骤，在此不做赘述，偏移量的阈值也可以根据负载功率和输出功率进行调整，在此不做限定。

在本申请的一实施例中，所述记录当前PV电压值的步骤之后，还包括：

判断PV电压值是否到达PV电压值的限额参考标准值。

在本申请的一实施例中，所述计算PI环路中PV电压的需要偏移的电压值的步骤之后，向右实施降载。

如果想实现向右降载，通常是指在电力***中通过调整光伏电池阵列的电压或频率，以实现负载平衡和功率分配。在电力***中，光伏电池阵列通常根据负载需求来提供电力。当负载增加时，电压或频率会下降，而当负载减少时，电压或频率会上升。通过调整光伏电池阵列的电压或频率来降载，在一定程度上可以实现负载均衡，确保***中各个发电机按比例贡献功率，以满足负载需求。具体实施降载的方法和策略可能会因***类型和应用而有所不同，以下是一些常见的方法：

频率降载: 如果电力***是以频率作为降载指标，可以通过调节光伏电池阵列的输出频率来实现更多或更少的功率输出。降低频率会导致光伏电池阵列提供更多功率，而提高频率会减少功率输出。

电压降载: 如果电力***是以电压作为降载指标，可以调节发电机的电压来实现负载平衡。通常，降低电压会导致光伏电池阵列提供更多的功率，而提高电压会减少功率输出。

频率和电压综合降载: 在某些情况下，需要综合考虑频率和电压来实现降载。通过调整电压和频率的组合，可以实现更精确的降载控制，以满足负载需求。

需要注意的是，降载操作涉及到电力***的稳定性和安全性，必须谨慎进行。在实际应用中，通常会借助自动化控制***，以实现精确的降载调节。

在本申请的一实施例中，退出限载模式时，当前输出功率小于限载功率。

本发明还提供一种MPPT快速高精度的功率控制***，包括：

光伏电池阵列，用于将太阳能转换为电能；

MPPT控制器，用于侦测所述光伏电池阵列的发电电压，并追踪总高电压电流值；以及

负载。

可以理解地，光伏电池阵列是多片光伏模组的连接，也是更多光伏电池的连接，光伏电池阵列是最大规模的光伏发电***。太阳能电池透过光生伏特效应可以将太阳光能转化成直流电能，但一块光伏模组(光伏板)能够产生的电流不够一般住宅使用，所以将数块光伏模组连接在一起而形成了阵列。光伏阵列能够利用逆变器将直流电转化成交流电以供使用。

MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品，MPPT控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使***以最大功率输出对蓄电池充电。应用于太阳能光伏***中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏***的大脑。最大功率点跟踪***是一种通过调节电气模块的工作状态，使光伏板能够输出更多电能的电气***能够将太阳能电池板发出的直流电有效地贮存在蓄电池中，可有效地解决常规电网不能覆盖的偏远地区及旅游地区的生活和工业用电，不产生环境污染。

本实施例提供一种电子设备，该电子设备至少包括处理器和存储器。

处理器可以包括一个或多个处理核心，比如：4核心处理器、8核心处理器等。处理器可以采用DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）、FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）、PLA（Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列）中的至少一种硬件形式来实现。处理器也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU（Central ProcessingUnit，中央处理器）；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器可以在集成有GPU（Graphics Processing Unit，图像处理器），GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器还可以包括AI（ArtificialIntelligence，人工智能）处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器所执行以实现本申请中方法实施例提供的MPPT快速高精度的功率控制方法。

在一些实施例中，电子设备还可选包括有：***设备接口和至少一个***设备。处理器、存储器和***设备接口之间可以通过总线或信号线相连。各个***设备可以通过总线、信号线或电路板与***设备接口相连。示意性地，***设备包括但不限于：射频电路、触摸显示屏、音频电路、和电源等。

当然，电子设备还可以包括更少或更多的组件，本实施例对此不作限定。

可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有程序，程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的MPPT快速高精度的功率控制方法。

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。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种MPPT快速高精度的功率控制方法，其特征在于，包括：

计算需要输出限载的限载功率；

判断输出功率是否大于限载功率和功率阈值之和，若是，则进入限载模式；

记录当前PV电压值；

计算PI环路中PV电压的需要偏移的电压值；

判断偏移量是否小于偏移量阈值，若是，则退出限载模式。

2.如权利要求1所述的MPPT快速高精度的功率控制方法，其特征在于，所述限载模式为PI环路追踪。

3.如权利要求1所述的MPPT快速高精度的功率控制方法，其特征在于，在所述判断输出功率是否大于限载功率和功率阈值之和，若是，则进入限载模式的步骤中，所述功率阈值为50W。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的MPPT快速高精度的功率控制方法，其特征在于，在所述判断偏移量是否小于偏移量阈值，若是，则退出限载模式的步骤中，所述偏移量的阈值为-10V。

5.如权利要求1所述的MPPT快速高精度的功率控制方法，其特征在于，所述记录当前PV电压值的步骤之后，还包括：

判断PV电压值是否到达PV电压值的限额参考标准值。

6.如权利要求1所述的MPPT快速高精度的功率控制方法，其特征在于，所述计算PI环路中PV电压的需要偏移的电压值的步骤之后，向右实施降载。

7.如权利要求4所述的MPPT快速高精度的功率控制方法，其特征在于，退出限载模式时，当前输出功率小于限载功率。

8.一种MPPT快速高精度的功率控制***，其特征在于，包括：

光伏电池阵列，用于将太阳能转换为电能；

MPPT控制器，用于侦测所述光伏电池阵列的发电电压，并追踪总高电压电流值；以及

负载。

9.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括处理器和存储器；所述存储器中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至7任一所述的MPPT快速高精度的功率控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有程序，所述程序被处理器执行时用于实现如权利要求1至7任一所述的MPPT快速高精度的功率控制方法。