一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法及系统与流程

本发明涉及光伏功率控制，特别是一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法及系统。

背景技术：

1、随着光伏技术的不断发展和应用，对光伏发电系统的可靠性和稳定性受到重视。光伏系统功率备用控制(power reserve control,prc)也随之成为场站运行状态的基础控制策略，prc是指在光伏发电系统中，通过采用一定的技术手段和控制策略，确保系统运行在最大功率点的左侧或右侧，在电网发生频率或其他异常情况时能够迅速增加或进一步减少出力，以保障电力系统的稳定运行。的出现是为了解决光伏系统在不可控因素下出现的功率波动，并为光伏系统参与系统频率调节、电压支撑的辅助服务提供增加出力的容量。通过合理地控制策略，使系统具备更好的适应性和稳定性。此外，prc的核心技术要求即为对光伏实时最大出力能力的精准检测，而基于光伏等效模型以及p-v曲线拟合的最大功率点估计算法(maximum power point estimation,mppe)为prc提供了准确的功率参考值，但随着光伏系统投入运行的时长增加，等效模型与光伏组件间的匹配度逐渐下降，导致mppe的数值偏高，可能对prc运行的稳定性造成严重影响。因此，为了prc运行的稳定性，进一步提升光伏mppe的精度，关键策略是使mppe在运行过程中利用光伏运行数据进行自身参数的校准。

2、现有技术方案

3、1、措施1：提出基于周期最大功率追踪的光伏功率备用策略，可以参考以下参考文献：[1]a.sangwongwanich,y.yang and f.blaabjerg,"a sensorless power reservecontrol strategy for two-stage grid-connected pv systems,"in ieeetransactions on power electronics,vol.32,no.11,pp.8559-8569.

4、[2]q.peng,z.tang,y.yang,t.liu and f.blaabjerg,"event-triggeringvirtual inertia control of pv systems with power reserve,"in ieeetransactions on industry applications,vol.57,no.4,pp.4059-4070.

5、2、措施2：提出基于光伏等效模型的最大功率点估计策略，可以参考以下参考文献：[3]a.xenophontos and a.m.bazzi,"model-based maximum power curves of solarphotovoltaic panels under partial shading conditions,"in ieee journalofphotovoltaics,vol.8,no.1,pp.233-238.

6、3、措施3：提出基于最大功率点估计的光伏功率备用策略，可以参考以下参考文献：[4]e.i.batzelis,g.e.kampitsis and s.a.papathanassiou,"power reservescontrol for pv systems with real-time mpp estimation via curve fitting,"inieee transactions on sustainable energy,vol.8,no.3,pp.1269-1280.

7、4、措施4：提出光伏等效模型参数辨识方法，可以参考以下参考文献：[5]e.i.batzelis,g.e.kampitsis,s.a.papathanassiou and s.n.manias,"direct mppcalculation in terms of the single-diode pv model parameters,"in ieeetransactions on energy conversion,vol.30,no.1,pp.226-236.

8、[6]简献忠,翁志远,王如志.cijaya算法在光伏组件参数辨识中的应用[j].太阳能学报,2021,42(11):19-26.

9、措施1缺点：所提基于mppt的prc策略中，参考功率值来自控制周期初期的mppt阶段，因此控制系统在prc周期内无法感知光伏最大出力的变化，当环境条件变化时，prc点无法及时调整；并且在mppt过程中，光伏出力处于不可调节状态，无法做到全时域的光伏灵活功率调节。

10、措施2缺点：所提基于光伏等效模型的mppe策略，未考虑其在prc工况下的工作点的选择；此外需要基于光照、温度传感器作为估计的数据来源，带来更高的安装成本。

11、措施3缺点：所提基于mppe的prc策略中，未考虑光伏在长期、异常运行后出现老化，等效模型的参数无法与光伏组件相匹配，易导致主动响应中prc参考功率出现误差，响应不精准。

12、措施4缺点：所提光伏等效模型参数的辨识方法，未考虑光伏老化铭牌数据误差增大的情况；同时，辨识基于已有历史数据，未考虑prc运行的实时校准场景；且等效模型参数辨识评价指标单一、未针对prc运行区进行优化，使辨识结果在prc区拟合功率曲线的误差偏高。

13、本发明提出的考虑最大功率点估计算法模型参数自动校准的光伏功率备用控制策略，其主要应用场景为并网光伏系统，其中最大功率点估计算法是基于参考文献[4]的。为了进一步提升最大功率点估计算法的精确度，提出在基于mppe的prc策略中考虑光伏组件衰减导致的等效模型参数误差并对其进行校准的复合控制策略，使prc在光伏组件全生命周期内具备稳定、安全运行的能力。此外，同时考虑光伏组件的自然衰减速度和等效模型参数误差对mppe的影响程度，提出mppe内等效模型参数校准周期的整定方法。针对模型参数校准的问题，借助prc运行所产生的运行数据和环境参数估计值，提出使用麻雀搜索算法在光伏运行状态中同步进行参数校准的方法，使mppe精度得到提升。本发明提出的控制策略在已有方法的基础上进一步优化了功率控制的精度，并弥补了已有方法中未考虑长期运行中光伏组件老化的缺陷，实现光伏系统资源利用率、运行安全性的提升。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于：现有技术方案未考虑光伏在长期、异常运行后出现老化，等效模型的参数无法与光伏组件相匹配的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法，其包括，当到达参数校准周期时，系统开始校准任务，采集光伏运行数据，根据mppe算法计算出最大功率点并绘制功率-电压曲线，通过prc策略及功率备用指令求出功率备用点prp1和prp2；采集一组光伏组件在prp1处的运行状态作为运行点，将参考电压从prp1调整到prp2，采集运行点变化过程中的所有运行数据，根据运行数据对系统进行校准；校准后根据光伏板实际输出功率与预计输出功率相比较对光伏组件进行相应的处理措施。

4、作为本发明所述一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法的一种优选方案，其中：所述校准周期包括，计算光伏最大出力的衰减和光伏自身物理特性的劣化之间的线性关系，基于衰减的线性特性，测算mppe参数自动校准的工作周期ton，具体公式表示为，

5、

6、其中，dyear表示为光伏最大出力的年线性衰减率，d5％表示为mppe参数误差5％时所对应的平均最大功率估计误差，ton的单位为年。

7、作为本发明所述一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法的一种优选方案，其中：所述绘制功率-电压曲线包括，将系统运行在prc状态下创建可供主动支撑灵活调用的备用功率，备用功率的运行点为右功率备用点prp1和左功率备用点prp2；

8、基于温度、光照强度的光伏单二极管等效模型，推导出光伏端口电压与电流的关系表示为，

9、

10、其中，ipv表示为光伏组件的输出电流；iph表示为光伏组件的短路电流；vpv表示为组件的端口电压；is表示为饱和电流；a为二极管理想因子；rs、rsh分别表示为串联和并联电阻；g表示为当前光伏组件所受辐照强度，t表示为光伏组件的温度；αisc表示为光伏短路电流的归一化温度系数；e为自然对数；a0，t0、iph0、is0、rs0和rsh0表示为对应参数在标准测试条件下的数值，即用于mppe中计算功率电压曲线的光伏等效模型参数标准值；常数ek表示为光伏电池在运行温度和标准测试温度下，硅能隙数值计算的简化系数；

11、利用光伏实时运行数据，通过最小二乘法对光伏组件的功率-电压曲线进行拟合，即得到温度t和辐照强度g的估计值，并利用单二极管模型完成光伏功率特性曲线的估计与绘制；根据计算出的实时最大功率和功率备用比率，得到prp点参考功率，从而基于参考值调节光伏运行点。

12、作为本发明所述一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法的一种优选方案，其中：所述计算出最大功率点包括，基于mppe中拟合得到的环境参数及光伏模型，以及根据光伏prp点的实时电压、电流，计算得到最大功率点参考信息，分为两个阶段，公式表示为：

13、阶段一：根据mppe参数拟合结果，计算参数，

14、iph＝iph0g(1+αisct0(t-1))

15、is＝is0λt3e47.1(1-1/λt)

16、a＝a0λt

17、rs＝rs0

18、rsh＝rsh0/g

19、其中，λt＝t/t0表示为温度和标准温度t0的比值；

20、阶段二：根据计算得到的参数，直接求解最大功率点参考值，

21、

22、

23、其中，vmp和imp表示为最大功率点对应光伏工作电压和电流，辅助参数w由lambertw函数得到，lambertw函数表达式为：

24、

25、其中，x表示为lambertw函数中的自变量，π表示为常数圆周率。

26、作为本发明所述一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法的一种优选方案，其中：所述运行状态表示为vri、iri、pri分别表示为当前时刻的电压、电流和功率值，i表示为不同时刻；所述校准包括，根据采样得到的运行状态进行最大功率点mpp估计，得到实时辐照强度和组件温度估计值irei和trei，利用估计值irei、trei和由麻雀搜索算法更新了等效模型参数后的mppe进行拟合，并计算功率-电压数据；同时，根据功率-电压数据和光伏板采样值求出对应参数的适应值f，并使f的绝对值趋向更小迭代，直至麻雀搜索算法到达迭代次数上限m重复过程，消除辐照强度和温度估计值带来的起点误差，当f达到终止限值fl时，校准结束，f取值最小时所对应模型参数为搜索到的光伏物理参数最佳近似值，将其写回mppe控制系统内即完成本次校准；基于mpp常位于0.8倍截止电压，且需要远离截止电压，校准过程中随机抽样范围表示为，

27、vi～n(μ,σ2)

28、其中，vi表示为抽样点i的电压，μ＝0.85，σ＝1。

29、作为本发明所述一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法的一种优选方案，其中：所述适应值包括，根据在i时刻下得到的pri，依据光伏板数据手册查阅在pri功率下理应的真实辐照强度izei和真实组件温度tzei，求出真实值与估计值的偏差绝对值即|izei-irei|、|tzei-trei|；计算i+1时刻与i时刻间的功率变化值即δpri＝pri+1-pri，计算功率变化值对应的辐照强度变化值与组件温度变化值，即δirei＝irei+1-irei、δtrei＝trei+1-trei；根据计算结果构建适应值f的目标函数表示为，

30、

31、

32、其中，fxl表示为对适应值目标函数进行迭代操作，n表示为每次种群迭代位置对应的时刻；所述将其写回mppe控制系统内包括，当n达到迭代次数上限m时，fxl的值即为终止限值fl，将终止限值载入系统对光伏板进行校准表示为，

33、p＝a×ize×[τ-(β-fl)×(tze-tref)]

34、其中，p表示为功率，a表示为光伏板面积，ize表示为实际辐照强度，τ表示为光伏板光电转化效率，β表示为温度系数，tze表示为实际组件温度，tref表示为参考温度；β与tref通过制造商的光伏板数据手册查询。

35、作为本发明所述一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法的一种优选方案，其中：所述措施包括，校准后采集光伏系统在同种辐照强度和温度下的实际输出功率与预测输出功率，计算实际输出功率与预测输出功率的差值，若差值满足电厂最大使用裕度则调节光伏板受照角度，使光伏板受照面积增大，并在光伏板背面添加散热片或散热涂层，在光伏系统中安装冷却装置，增加光伏系统的散热速度；若差值超过电厂最大使用裕度，则将无法满足要求的光伏板及系统上传至管理终端，请求更换光伏板。

36、本发明的另外一个目的是提供一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制系统，此系统可对光伏系统长期运行后出现老化的问题，对等效模型进行校准，保证模型参数和光伏组件相匹配。

37、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法的系统，包括：绘制模块、校准模块和措施模块；所述绘制模块用于绘制功率-电压曲线了解系统参数规律，当到达参数校准周期时，系统开始校准任务，采集光伏运行数据，根据mppe算法计算出最大功率点并绘制功率-电压曲线，通过prc策略及功率备用指令求出功率备用点prp1和prp2；所述校准模块用于对光伏系统进行校准，采集一组光伏组件在prp1处的运行状态作为运行点，将参考电压从prp1调整到prp2，采集运行点变化过程中的所有运行数据，根据运行数据对系统进行校准；所述措施模块用于对校准后的系统进行相应的处理，校准后根据光伏板实际输出功率与预计输出功率相比较对光伏组件进行相应的处理措施。

38、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法的步骤。

39、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上所述一种基于最大功率点估计的光伏功率备用控制方法的步骤。

40、本发明的有益效果为：本发明提出的考虑最大功率点估计算法模型参数自动校准的光伏功率备用控制策略，是在已有基于最大功率点估计的光伏功率备用控制的基础上，在最大功率点估计算法内附加了考虑老化因素对其等效模型参数的校准策略，进一步提升了光伏功率备用控制的精确度和稳定性。此外，对等效模型参数校准的抽样过程进行了精简，减少了系统算力的需求，并提出了自动校准策略运行的周期计算方法，保障了光伏系统长期运行在功率备用控制下功率控制的精确性和稳定性。