CN118012219A - 基于光伏***的功率斜率控制方法、装置、***及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光伏***的功率斜率控制方法、装置、***及介质,其中,方法包括:测量光伏功率斜率;判断测量的光伏功率斜率是否超过限制值;若光伏功率斜率超过限制值,计算出功率极限值,并基于功率极限值采用FPPT的自适应算法调整光伏电压。本发明在辐照度快速变化影响下限制斜率变化方面具有优越性。
Description
技术领域
本发明涉及功率斜率控制技术领域,特别是涉及一种基于光伏***的功率斜率控制方法、装置、***及介质。
背景技术
在光伏逆变器普及率较高的情况下,由于云层的通过,光伏发电的辐照度会发生快速变化,从而造成光伏发电功率的波动,对电力***的稳定性和可靠性提出了挑战。在这方面,新标准对并网光伏***实施了功率斜率控制(PRRC),而现有的PRRC方法缺乏快速测量功率斜率和快速辐照度变化下的快速跟踪的能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光伏***的功率斜率控制方法、装置、***及介质,使得在辐照度快速变化影响下限制斜率变化方面具有优越性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种基于光伏***的功率斜率控制方法,包括以下步骤:
测量光伏功率斜率;
判断测量的光伏功率斜率是否超过限制值;
若光伏功率斜率超过限制值,计算出功率极限值,并基于功率极限值采用FPPT的自适应算法调整光伏电压。
所述测量光伏功率斜率的时间间隔为(m-0.5)T和mT,所述光伏功率斜率的计算方式为:其中,R(t)为光伏功率斜率,dp2为因环境变化产生的功率变化值,表示为:dp2=ppv(m)-ppv(m-0.5),其中,ppv(m)为mT时刻的光伏功率,ppv(m-0.5)为(m-0.5)T时刻的光伏功率,T为MPPT算法的计算时间步长,m为整数。
若光伏功率斜率小于或等于限制值,采用MPPT算法调整光伏电压。
所述功率极限值基于限制值计算得到,其计算方式为:plim=ppv+Rlim*T/2,其中,plim为功率极限值,ppv为当前光伏功率,Rlim为限制值,T为MPPT算法的计算时间步长。
所述基于功率极限值采用FPPT的自适应算法调整光伏电压,具体为:
计算功率极限值和当前光伏功率的差值的绝对值,并判断该差值的绝对值是否超过操作边界;
若该差值的绝对值未超过操作边界,则表示光伏***处于稳态;
若该差值的绝对值超过操作边界,则判断光伏功率斜率是否大于阈值;
若光伏功率斜率大于阈值,则表示光伏***处于暂态;
若光伏功率斜率不大于阈值,则判断功率极限值和当前光伏功率的差值是否大于零;
若该差值大于零,则表示光伏***处于暂态,若该差值不大于零,则表示光伏***处于稳态;
当光伏***处于稳态状态时使用较小的电压阶跃来减少功率振荡,当光伏***处于暂态时使用较大的电压阶跃来提供快速动态;
根据使用的电压阶跃设定参考电压,并使用参考电压调整光伏电压。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种基于光伏***的功率斜率控制装置,包括:
测量模块,用于测量光伏功率斜率;
判断模块,用于判断测量的光伏功率斜率是否超过限制值;
调整模块,用于在光伏功率斜率超过限制值时,计算出功率极限值,并基于功率极限值采用FPPT的自适应算法调整光伏电压。
所述测量模块测量光伏功率斜率的时间间隔为(m-0.5)T和mT,所述测量模块通过计算光伏功率斜率,其中,R(t)为光伏功率斜率,dp2为因环境变化产生的功率变化值,表示为:dp2=ppv(m)-ppv(m-0.5),其中,ppv(m)为mT时刻的光伏功率,ppv(m-0.5)为(m-0.5)T时刻的光伏功率,T为MPPT算法的计算时间步长,m为整数。
所述调整模块还用于在光伏功率斜率小于或等于限制值时,采用MPPT算法调整光伏电压。
所述调整模块基于限制值计算功率极限值,其计算方式为:plim=ppv+Rlim*T/2,其中,plim为功率极限值,ppv为当前光伏功率,Rlim为限制值,T为MPPT算法的计算时间步长。
所述调整模块包括:
第一判断单元,用于计算功率极限值和当前光伏功率的差值的绝对值,并判断该差值的绝对值是否超过操作边界;
第一确定单元,用于在该差值的绝对值未超过操作边界时,确定光伏***处于稳态;
第二判断单元,用于在该差值的绝对值超过操作边界时,判断光伏功率斜率是否大于阈值;
第二确定单元,用于在光伏功率斜率大于阈值时,确定光伏***处于暂态;
第三判断单元,用于在光伏功率斜率不大于阈值时,判断功率极限值和当前光伏功率的差值是否大于零;
第三确定单元,用于在该差值大于零时,确定光伏***处于暂态,在该差值不大于零时,确定光伏***处于稳态;
自适应单元,用于在光伏***处于稳态状态时使用较小的电压阶跃来减少功率振荡,在光伏***处于暂态时使用较大的电压阶跃来提供快速动态;
调整单元,用于根据使用的电压阶跃设定参考电压,并使用参考电压调整光伏电压。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在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上述基于光伏***的功率斜率控制方法的步骤。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于光伏***的功率斜率控制方法的步骤。
有益效果
由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果:本发明增加了一个额外的测量采样,有助于区分电压扰动和辐照度变化引起的光伏功率变化,有助于在辐照度快速变化的情况下实现PRRC控制。本发明在所提出的PRRC策略中使用自适应FPPT算法,有助于根据预定义的功率斜率调节光伏功率,实现快速动态。
附图说明
图1是本发明第一实施方式中两级单相并网光伏***的***配置及功率斜率控制示意图;
图2是本发明第一实施方式的基于光伏***的功率斜率控制方法的流程图;
图3是利用连续计算步骤之间的附加测量值检测环境变化的原理图;
图4是本发明第一实施方式中采用PRRC模型进行功率斜率控制的原理图;
图5是本发明第一实施方式中自适应FPPT算法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的第一实施方式涉及一种基于光伏***的功率斜率控制方法,该方法在每个计算步骤中间执行额外的测量,以检测快速的辐照度变化,随后快速测量功率斜率,然后进行电压阶跃自适应计算,以将功率斜率约束到预定义值。
图1展示了***的整体配置和两级并网光伏***的控制方案。其中,Cpv表示光伏侧电容;ipv表示光伏侧电流;vpv表示光伏侧电压;PWMb为直流-直流转换器控制信号;vdc为直流侧电压;Cdc为直流侧电容;PWMinv为逆变器控制信号;ig表示电网电流;vg表示电网电压;vpv-ref表示光伏侧最大电压;vdc-ref表示直流侧最大电压。直流-直流转换器采用PRRC模型,并网全桥式逆变器通过将光伏组串提取的电能传输至电网来调节直流链路电压。提出的PRRC模型的控制目标是将光伏功率的增加率限制在限制值Rlim内。
如图2所示,本实施方式的基于光伏***的功率斜率控制方法具体包括:首先测量光伏功率斜率,每当光伏功率斜率R(t)超过限制值Rlim时,PRRC模型就会执行以下任务:根据限制值Rlim计算出的功率极限值plim,再基于功率极限值plim采用FPPT的自适应算法来提供快速动态值和低振荡值,以在PRRC模式期间使光伏功率斜率遵循限制值Rlim。因此,该PRRC模型负责计算光伏电压,其将一种传统的电压控制器应用于直流-直流转换器,以将光伏电压调整为参考值vpv-ref。
为了在辐照度快速变化的情况下获得快速的PRRC模型响应,必须连续快速精确地测量光伏功率斜率R(t)。在以往的解决方案中,功率斜率控制是通过测量一段时间内的光伏功率变化Δppv来实现的,计算公式如下:
其中,ppv为光伏功率,T为MPPT算法的计算时间步长,m为整数。显然,测量斜率值会影响功率斜率控制策略的性能。光伏功率会因MPPT算法而波动。因此,在一致的辐照度条件下,光伏功率斜率R(t)并不为零。一般来说,由于MPPT控制和测量的内在原因,可以使用较大的m来减少功率斜率变化。然而,选择较大的m值会导致斜率的测量延迟。在测量斜率之前,还可以使用低通滤波器或移动平均法来减少功率振荡。
一般来说,传统方法能够测量辐照度变化发生后mT时间间隔内的功率变化。因此,在传统方法中,由于控制延迟,功率斜率会超过极限值。因此,现有方法中的解决方案无法检测到快速辐照度的变化,也无法在快速辐照度变化之初(由于云层经过,这种现象会经常出现)限制光伏功率斜率。
为了实现快速动态,并消除MPPT算法中固有的振荡对功率斜率测量的影响,本实施方式在控制过程中执行了额外的测量采样。如图3所示,提出的PRRC模型在t=(m-0.5)T时对光伏板功率进行额外测量。值得注意的是,只有在t=(m-0.5)T时才会记录测量值,在此时间瞬间不会执行任何控制操作。因此,增加这一时间段不会增加整个控制过程的复杂性。在t=(m-0.5)T和t=mT之间测量光伏功率的斜率。图3上半部分显示了稳定状态下采用MPPT控制的光伏电池板的电压和功率曲线。在MPPT模式下,工作点在pmpp-ave附近波动。根据光伏电池板的特性曲线,最大功率对应的电压为vpv-ref。如图3上半部分所示,电压基准计算算法在t=(m-1)T时将电压基准设置为vref(m-1)。通过额外的采样测量t=(m-0.5)T时的电压和功率,控制器的任务是在比T/2更短的时间内将光伏电压Vpv调整为基准电压。为此,控制器在t=(m-0.5)T之前将光伏电压调节为参考值,即vref(m-1)。因此,光伏的输出功率达到ppv(m-0.5)。在t=(m-0.5)T和t=mT之间,电压基准计算算法不会强制改变电压基准。因此,在此期间,光伏发电站的输出功率不会发生变化,并保持一致。为了发现环境条件(辐照度和温度)的变化,本实施方式定义了两个参数dp1和dp2来检测环境变化(辐照度和温度),如下所示:
显然,在恒定的太阳辐照度条件下,dp1表示由于电压基准偏差引起的光伏功率变化,而dp2几乎为零。这是因为光伏电压基准在每个周期T的前半部分是恒定的。近似较大的dp2表示环境条件的变化。图3下半部分展示了辐照度快速线性下降对dp1和dp2的影响。在t=(m-1)T时,电压基准调整为vref(m-1)。在前半段,由于辐照度降低,光伏发电量减少。因此,dp1为负值,而在稳定状态下为正值。在时间间隔t=(m-0.5)T和t=mT之间,光伏功率ppv有所下降,而电压基准在这段时间内没有变化。因此,尽管dp2在稳定状态下近似为零,但其负值的振幅几乎很大。因此,参数dp2表示环境条件的变化。
一般来说,dp1包含因辐照度变化和电压基准变化而产生的功率变化信息,而dp2只传递因环境条件变化而产生的功率变化信息。因此,本实施方式将测量功率斜率的时间间隔为t=(m-0.5)T和t=mT,则有:
显然,采用本实施方式的方法,控制器只需一次采样就能检测到辐照度的变化。然而,如前所述,传统的解决方案可能需要几个时间步长(取决于m值)才能检测到环境条件的变化。因此,PRRC模型的优势在于能够从环境条件快速变化的一开始就测量并限制功率斜率。
图4展示了PRRC模型的运行原理。在辐照度缓慢变化期间,当光伏功率斜率小于限制值Rlim时,执行MPPT运行模式,并将最终可获得的功率注入电网,否则,执行PRRC运行模式。因此,应通过扰动远离MPP的光伏***工作点来减少光伏输出功率。
在PRRC运行模式下,功率的增加率被调整为极限值。因此,下一步计算中光伏功率的增加可根据限制值Rlim计算,计算公式如下:
dp2-th=Rlim*T/2 (6)
其中,dp2-th为下一计算步骤中光伏功率的增加量。下一步的光伏功率应设置为极限值,即:
plim=ppv+dp2-th (7)
其中,ppv是当前光伏功率。plim为功率极限值,将其作为FPPT算法的输入。随后,自适应FPPT算法计算出自适应电压阶跃和电压基准,以将光伏功率调整到计算出的极限功率plim。
自适应FPPT算法原理图如图5所示。其中,dp*为功率变化量;dpth表示操作边界;dp/dv表示光伏功率斜率,Thr为阈值,vref表示参考电压。本实施方式自适应FPPT算法具体如下:计算功率极限值plim和当前光伏功率ppv的差值dp*的绝对值,并判断该差值dp*的绝对值是否超过操作边界dpth;若该差值dp*的绝对值未超过操作边界dpth,则表示光伏***处于稳态;若该差值dp*的绝对值超过操作边界dpth,则判断光伏功率斜率dp/dv是否大于阈值Thr;若光伏功率斜率dp/dv大于阈值Thr,则表示光伏***处于暂态;若光伏功率斜率dp/dv不大于阈值Thr,则判断功率极限值plim和当前光伏功率ppv的差值dp*是否大于零;若该差值dp*大于零,则表示光伏***处于暂态,若该差值dp*不大于零,则表示光伏***处于稳态;当光伏***处于稳态状态时使用较小的电压阶跃来减少功率振荡,当光伏***处于暂态时使用较大的电压阶跃来提供快速动态;根据使用的电压阶跃设定参考电压,并使用参考电压调整光伏电压。
为了提供快速动态,在PRRC模式下,电压阶跃的选择非常重要。不难发现,当光伏功率斜率超过斜率限制时,本实施方式会使用较大的电压阶跃来提供快速动态,以限制斜率。此外,本实施方式当光伏功率斜率接近极限值时,会使用较小的电压阶跃来减少功率振荡。
由此可见,本发明增加了一个额外的测量采样,有助于区分电压扰动和辐照度变化引起的光伏功率变化,有助于在辐照度快速变化的情况下实现PRRC控制。本发明在所提出的PRRC策略中使用自适应FPPT算法,有助于根据预定义的功率斜率调节光伏功率,实现快速动态。
本发明的第二实施方式涉及一种基于光伏***的功率斜率控制装置,包括:
测量模块,用于测量光伏功率斜率;
判断模块,用于判断测量的光伏功率斜率是否超过限制值;
调整模块,用于在光伏功率斜率超过限制值时,计算出功率极限值,并基于功率极限值采用FPPT的自适应算法调整光伏电压。
所述测量模块测量光伏功率斜率的时间间隔为(m-0.5)T和mT,所述测量模块通过计算光伏功率斜率,其中,R(t)为光伏功率斜率,dp2为因环境变化产生的功率变化值,表示为:dp2=ppv(m)-ppv(m-0.5),其中,ppv(m)为mT时刻的光伏功率,ppv(m-0.5)为(m-0.5)T时刻的光伏功率,T为MPPT算法的计算时间步长,m为整数。
所述调整模块还用于在光伏功率斜率小于或等于限制值时,采用MPPT算法调整光伏电压。
所述调整模块基于限制值计算功率极限值,其计算方式为:plim=ppv+Rlim*T/2,其中,plim为功率极限值,ppv为当前光伏功率,Rlim为限制值,T为MPPT算法的计算时间步长。
所述调整模块包括:
第一判断单元,用于计算功率极限值和当前光伏功率的差值的绝对值,并判断该差值的绝对值是否超过操作边界;
第一确定单元,用于在该差值的绝对值未超过操作边界时,确定光伏***处于稳态;
第二判断单元,用于在该差值的绝对值超过操作边界时,判断光伏功率斜率是否大于阈值;
第二确定单元,用于在光伏功率斜率大于阈值时,确定光伏***处于暂态;
第三判断单元,用于在光伏功率斜率不大于阈值时,判断功率极限值和当前光伏功率的差值是否大于零;
第三确定单元,用于在该差值大于零时,确定光伏***处于暂态,在该差值不大于零时,确定光伏***处于稳态;
自适应单元,用于在光伏***处于稳态状态时使用较小的电压阶跃来减少功率振荡,在光伏***处于暂态时使用较大的电压阶跃来提供快速动态;
调整单元,用于根据使用的电压阶跃设定参考电压,并使用参考电压调整光伏电压。
本发明的第三实施方式涉及一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在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上述基于光伏***的功率斜率控制方法的步骤。
本发明的第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于光伏***的功率斜率控制方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品,该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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所述权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种基于光伏***的功率斜率控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
测量光伏功率斜率;
判断测量的光伏功率斜率是否超过限制值;
若光伏功率斜率超过限制值,计算出功率极限值,并基于功率极限值采用FPPT的自适应算法调整光伏电压。
2.根据权利要求1所述的基于光伏***的功率斜率控制方法,其特征在于,所述测量光伏功率斜率的时间间隔为(m-0.5)T和mT,所述光伏功率斜率的计算方式为:
其中,R(t)为光伏功率斜率,dp2为因环境变化产生的功率变化值,表示为:dp2=ppv(m)-ppv(m-0.5),其中,ppv(m)为mT时刻的光伏功率,ppv(m-0.5)为(m-0.5)T时刻的光伏功率,T为MPPT算法的计算时间步长,m为整数。
3.根据权利要求1所述的基于光伏***的功率斜率控制方法,其特征在于,若光伏功率斜率小于或等于限制值,采用MPPT算法调整光伏电压。
4.根据权利要求1所述的基于光伏***的功率斜率控制方法,其特征在于,所述功率极限值基于限制值计算得到,其计算方式为:plim=ppv+Rlim*T/2,其中,plim为功率极限值,ppv为当前光伏功率,Rlim为限制值,T为MPPT算法的计算时间步长。
5.根据权利要求1所述的基于光伏***的功率斜率控制方法,其特征在于,所述基于功率极限值采用FPPT的自适应算法调整光伏电压,具体为:
计算功率极限值和当前光伏功率的差值的绝对值,并判断该差值的绝对值是否超过操作边界;
若该差值的绝对值未超过操作边界,则表示光伏***处于稳态;
若该差值的绝对值超过操作边界,则判断光伏功率斜率是否大于阈值;
若光伏功率斜率大于阈值,则表示光伏***处于暂态;
若光伏功率斜率不大于阈值,则判断功率极限值和当前光伏功率的差值是否大于零;若该差值大于零,则表示光伏***处于暂态,若该差值不大于零,则表示光伏***处于稳态;
当光伏***处于稳态状态时使用较小的电压阶跃来减少功率振荡,当光伏***处于暂态时使用较大的电压阶跃来提供快速动态;
根据使用的电压阶跃设定参考电压,并使用参考电压调整光伏电压。
6.一种基于光伏***的功率斜率控制装置,其特征在于,包括:
测量模块,用于测量光伏功率斜率;
判断模块,用于判断测量的光伏功率斜率是否超过限制值;
调整模块,用于在光伏功率斜率超过限制值时,计算出功率极限值,并基于功率极限值采用FPPT的自适应算法调整光伏电压。
7.根据权利要求6所述的基于光伏***的功率斜率控制装置,其特征在于,所述测量模块测量光伏功率斜率的时间间隔为(m-0.5)T和mT,所述测量模块通过计算光伏功率斜率,其中,R(t)为光伏功率斜率,dp2为因环境变化产生的功率变化值,表示为:dp2=ppv(m)-ppv(m-0.5),其中,ppv(m)为mT时刻的光伏功率,ppv(m-0.5)为(m-0.5)T时刻的光伏功率,T为MPPT算法的计算时间步长,m为整数。
8.根据权利要求6所述的基于光伏***的功率斜率控制装置,其特征在于,所述调整模块还用于在光伏功率斜率小于或等于限制值时,采用MPPT算法调整光伏电压。
9.根据权利要求6所述的基于光伏***的功率斜率控制装置,其特征在于,所述调整模块基于限制值计算功率极限值,其计算方式为:plim=ppv+Rlim*T/2,其中,plim为功率极限值,ppv为当前光伏功率,Rlim为限制值,T为MPPT算法的计算时间步长。
10.根据权利要求6所述的基于光伏***的功率斜率控制装置,其特征在于,所述调整模块包括:
第一判断单元,用于计算功率极限值和当前光伏功率的差值的绝对值,并判断该差值的绝对值是否超过操作边界;
第一确定单元,用于在该差值的绝对值未超过操作边界时,确定光伏***处于稳态;
第二判断单元,用于在该差值的绝对值超过操作边界时,判断光伏功率斜率是否大于阈值;
第二确定单元,用于在光伏功率斜率大于阈值时,确定光伏***处于暂态;
第三判断单元,用于在光伏功率斜率不大于阈值时,判断功率极限值和当前光伏功率的差值是否大于零;
第三确定单元,用于在该差值大于零时,确定光伏***处于暂态,在该差值不大于零时,确定光伏***处于稳态;
自适应单元,用于在光伏***处于稳态状态时使用较小的电压阶跃来减少功率振荡,在光伏***处于暂态时使用较大的电压阶跃来提供快速动态;
调整单元,用于根据使用的电压阶跃设定参考电压,并使用参考电压调整光伏电压。
11.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5中任一所述基于光伏***的功率斜率控制方法的步骤。
12.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述基于光伏***的功率斜率控制方法的步骤。
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