一种基于电感电流的分布式光伏电池储能系统功率优化控制方法

本发明属于光伏功率优化控制领域，更具体地，涉及一种基于电感电流的分布式光伏电池储能系统功率优化控制方法。

背景技术：

1、目前，在光伏系统中，实现光伏输出功率最大点跟踪(mppt)是极为重要的。光伏输出功率最大点(mpp)是指光伏电池在特定条件下能够输出最大功率的状态。由于环境条件的不断变化，这个最大功率点也会随之变化。采用mppt技术可以帮助光伏系统实时调整工作点，使其始终处于最佳状态，从而最大程度地提高能源转换效率，减少能源损失。在不同天气和季节条件下，这有利于提高光伏发电系统的稳定性、可靠性和经济性。

2、光伏发电系统通常由光伏组件和电力电子变换装置两部分组成。集中式光伏发电系统是最常见、应用较广泛的结构，该结构只需要具有mppt控制的单一集中式功率转换器，可当大量的光伏组件串联或并联时，特别是在部分遮荫场景中，模块之间的操作条件出现差异时，无法确保每个模块都能输出其最大功率。近年来出现的分布式光伏发电系统结构，能够很好的解决光伏发电系统中因光伏组件遮挡造成的功率差异问题。在分布式光伏发电系统结构中，每个光伏组件都附加dc/dc变换器，通过控制每个dc/dc变换器以实现精确的mppt，但是，相较于集中式结构，系统需要更多的功率变换器和控制器，这增加了系统成本。

3、图1为集中式光伏发电系统结构示意图，图2为分布式光伏发电系统结构示意图。对比图1与图2可以看出，针对包含相同数量光伏组件的光伏系统，与集中式结构相较而言，分布式结构需要更多的功率变换器及相应的mppt控制器。这表明，需要增加电子开关器件，储能元件(电感，电容)等电子元器件的数量，以满足光伏组件在局部阴影条件下精确追踪最大输出功率，这将导致系统的尺寸和成本的增加。

4、如果需要降低分布式光伏发电系统的变换器和控制器数量，设计一种多输入的功率变换器是一个有效的解决方案，如图3所示。此外，如何具体针对该结构设计光伏发电系统，以及降低其mppt控制器中控制算法的复杂程度和提高最大发电效率都是值得考虑的方面，这能让光伏系统简单实现精确的mppt控制。

5、如图1-3所示，使用目前现有的方法实现分布式光伏发电系统的最大功率输出时，主要的不足在于：

6、1.为了实现各个光伏组件在局部阴影条件下，能够分别实现各自功率追踪，需要更多的功率变换器电路，所需元器件数量增加，成本上升。若采用传统mppt控制器控制，需要大量的传感器采集光伏组件的电压、电流信号，这种传感器密集型的设计需要安装、连接和维护，导致维护和硬件成本较高。

7、2.此外，使用一个多输入的功率变换器进行mppt控制时，考虑到在不同环境条件下的每个光伏组件输入时，mppt控制器产生的miso多输入单输出型的变换器的占空比信号不同，若下一个时刻正好是输入开关发生切换让下一个光伏组件发生切换，对于当前时刻的电感电流和占空比信号保存值将不再适用于下一时刻，这样会导致系统的发电功率不够高，故无法在一个mppt控制器中真正实现所有光伏组件的最大功率点跟踪和实现最大发电功率发电。

8、因此，急需设计一种基于电感电流的分布式光伏电池储能系统功率优化控制方法，通过一个多输入的功率变换器即可实现功率优化控制，从而在降低总体设计成本的情况下，依然能够针对系统的硬件改进有效保证最大发电功率。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、基于上述背景技术提及的缺陷，本发明公开了一种基于电感电流的分布式光伏电池储能系统功率优化控制方法，其能够通过一个多输入的功率变换器即可实现升压的功率优化控制，从而在降低总体设计成本的情况下，依然能够针对系统的硬件改进有效保证最大发电功率。

3、(二)技术方案

4、本发明公开了一种基于电感电流的分布式光伏电池储能系统功率优化控制方法，基于电感电流的分布式光伏电池储能系统中包括n个光伏组件、1个多输入单输出的boost功率变换器电路，1个mppt控制器和n个输入开关spv1,spv2,...,spvn，在原有boost功率变换器电路的基础上，每个光伏组件的正极通过一个输入开关与boost功率变换器电路中的滤波电感lpv连接；滤波电感lpv的电感电流il作为唯一的mppt控制器的输入信号，通过占空比信号dpv1～dpvn能分别控制n个输入开关spv1～spvn的交替开启/关闭，以使得在一个时间段tpvi内只有第i个光伏组件连接到boost功率变换器电路，i取值为1～n，当第i个光伏组件通过输入开关spvi连接到boost功率变换器电路时，此时mppt控制器通过控制输出对应的占空比d进行功率控制；

5、所述的功率优化控制方法包括：设置il为滤波电感lpv的电感电流值，将il/(1-d)-dil/dd定义为flag；当光伏输出功率在最大功率点时，满足dil/dd＝il/(1-d)，flag＝0；若flag>0，即判据dpin/dvin>0，此时需要增加占空比d以接近最大功率点；若flag<0，即判据dpin/dvin<0，此时需要减少占空比d以接近最大功率点，dpin和dvin分别为变换器的输入功率和输入电压的变化量。

6、进一步的，设置n个输入开关spv1～spvn的导通时间相同，即tpv＝tpv1＝tpv2＝…＝tpvn，在每两个驱动信号之间添加一个死区时间td，对于n个光伏通道的系统中输入开关的周期为n(tpv+td)；对于两个相邻输入开关，延迟导通时间为(tpv+td)。所设定占空比di为：

7、

8、i代表通过输入开关spvi实现第i个光伏通道接入，如vpvi为第i个光伏通道接入时的光伏组件输出电压，vouti代表此时输出电压，iouti代表此时输出电流，di为此时boost功率变换器电路中mos开关管的占空比信号；

9、由于输入开关的频率高，此时视为光伏通道同时接入系统中，对于电感电流il表示为：

10、

11、故所述基于电感电流的分布式光伏电池储能系统允许每个光伏组件独立达到各自的最大功率点而不互相影响。

12、进一步的，所述的功率优化控制方法包括模式i和模式ii，首先通过模式i进行对所有光伏组件的光伏通道的占空比信号施加统一方向的扰动，然后再通过模式ii对各个光伏通道接入时对应的变换器占空比信号进行调整，最终实现各通道独立的功率控制。

13、进一步的，所述模式i包括以下步骤1.1-1.6：

14、步骤1.1：初始化，设置计数器变量a、计数器变量b、阈值r、扰动方向记忆变量x、占空比扰动步长δd、占空比的极小值dmin、占空比的极大值dmax的值，并将a、b、x的值初始化为0；

15、步骤1.2：采集当前时刻k的电感电流值il(k)，计算电感电流的微分dil＝il(k)-il(k-1)和占空比的微分dd＝d1(k)-d1(k-1)；并根据flag＝il/(1-d)-dil/dd计算标志位flag的值；

16、步骤1.3：判断dil＝0是否成立，若是，则执行占空比赋值d1(k-1)＝d1(k)、……、dn(k-1)＝dn(k)，并判断x＝1是否成立，若成立，则执行步骤1.4，若不成立，则执行步骤1.5；若否，则执行电感电流和占空比赋值il(k-1)＝il(k)、d1(k-1)＝d1(k)、……、dn(k-1)＝dn(k)，并判断flag＞0是否成立，若成立，则执行步骤1.4，若不成立，则执行步骤1.5；

17、步骤1.4：增加n个光伏通道的占空比，执行d1(k)＝d1(k-1)+△d，……，dn(k)＝dn(k-1)+△d，且执行a＝a+1；随后判断di(k)>dmax是否成立，若是，则执行di(k)＝dmax后置位x＝1，若否，则执行x＝1；步骤1.4执行完毕后执行步骤1.6；

18、步骤1.5：减少n个光伏通道的占空比，执行d1(k)＝d1(k-1)-△d，……，dn(k)＝dn(k-1)-△d，且执行b＝b+1；随后判断di(k)＜dmin是否成立，若是，则执行di(k)＝dmin后置位x＝0，若否，则执行x＝0；步骤1.5执行完毕后执行步骤1.6；

19、步骤1.6：判断a＞r或者b＞r是否成立，若是，则结束模式i，跳转执行模式ii，若否，则延时跳转执行模式i的步骤1.2。

20、进一步的，所述模式ii包括以下步骤2.1-2.7：

21、步骤2.1：初始化，设置计数器变量c、计数器变量d、阈值q、扰动方向记忆变量y的值，预设光伏通道的编号i＝1，并将c、d、y的值初始化为0；

22、步骤2.2：采集当前时刻k的电感电流值il(k)，计算电感电流的微分dil＝il(k)-il(k-1)和占空比的微分dd＝di(k)-di(k-1)；并根据flag＝il/(1-d)-dil/dd计算标志位flag的值；

23、步骤2.3：判断dil＝0是否成立，若是，则执行占空比赋值di(k-1)＝di(k)，并判断y＝1是否成立，若成立，则执行步骤2.4，若不成立，则执行步骤2.5；若否，则执行电感电流和占空比赋值il(k-1)＝il(k)、di(k-1)＝di(k)，并判断flag＞0是否成立，若成立，则执行步骤2.4，若不成立，则执行步骤2.5；

24、步骤2.4：增加第i个光伏通道的占空比，执行di(k)＝di(k-1)+△d，且执行c＝c+1；随后判断di(k)>dmax是否成立，若是，则执行di(k)＝dmax后置位y＝1，若否，则执行y＝1；步骤2.4执行完毕后执行步骤2.6；

25、步骤2.5：减少第i个光伏通道的占空比，执行di(k)＝di(k-1)-△d，且执行d＝d+1；随后判断di(k)＜dmin是否成立，若是，则执行di(k)＝dmin后置位y＝0，若否，则执行y＝0；步骤2.5执行完毕后执行步骤2.6；

26、步骤2.6：判断c＞q或者d＞q是否成立，若是，则执行初始化c＝d＝0以及i＝i+1，随后执行步骤2.7，若否，则延时跳转执行模式ii的步骤2.2；

27、步骤2.7：判断i≤n是否成立，若是，则延时跳转执行模式ii的步骤2.2，若否，则延时后跳转执行模式i。

28、另外一方面，本发明还公开了一种基于电感电流的分布式光伏电池储能系统功率优化控制系统，包括：

29、至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

30、所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述任一项所述的基于电感电流的分布式光伏电池储能系统功率优化控制方法。

31、(三)有益效果

32、1、本发明提出了一种基于电感电流的分布式光伏电池储能系统功率优化控制方法，其包括硬件和软件两方面的结合改进，通过依次交替开启/关闭相应的n个输入电源开关spv1、spv2、...，spvn将各个光伏组件连接到同一个miso功率转换器，从而在局部阴影条件下，能够实现分布式结构的光伏系统中多条光伏通道同时升压后输出各自的功率优化控制，并使得各光伏通道的输出互不影响，可以有效降低硬件设计成本。此外，用于控制上述光伏系统的功率变换器电路的功率优化方法中，可仅采集电感电流信号，无需在光伏板端增加额外电流和电压传感器，也极大降低了成本。

33、2、另外，在本发明上述硬件改进的基础上，考虑到功率追踪控制器中存在当前时刻的电感电流和占空比信号保存值可能不适用于下一时刻的问题，故为了进一步真正精确的实现升压后的最大功率点追踪，本发明还设计了用于控制上述光伏系统的功率变换器电路的mppt方法，仅通过采集电感电流信号，经mppt控制算法中的两个运行模式i-ii的控制和切换，调节各光伏通道接入式的变换器的占空比，最终控制光伏板输出最大功率。