微型光伏系统多模式升压电路、装置、控制方法和介质

技术领域

本发明涉及光伏系统的前级电压变换技术领域，具体涉及一种微型光伏系统多模式升压电路、装置、控制方法和存储介质。

背景技术

全球环境问题引发了强烈关注，而大量使用化石能源导致的高碳排放量加剧生态环境污染问题。因此，开发利用低成本、低风险、低污染、可再生的新能源变得尤为重要，其中基于太阳能的光伏发电系统是目前热度较高、且技术发展较为成熟的新能源发电系统。

然而，光伏发电系统中存在输出电压低、易受环境影响等问题,不能满足电网对光伏发电的并网要求。传统DC-DC升压变换器的电压增益也不足以满足光伏发电结构所需的宽范围和大波动性的升压条件。

针对以上问题，目前已开发出多种高电压增益DC-DC变换器，这些变换器往往需要较大容值与耐压值的电解电容，降低光伏发电系统的使用寿命，与此同时，也会相应大幅增加变换器的体积和成本，降低电路功率密度和光伏系统发电效率。

因此，如何设计一种无需电解电容的光伏系统电压变换装置，提高输出电压增益，并将高功率脉动的输出电压变化为稳定的并网电压，延长系统寿命并加速光伏发电系统的发展小型化，是本领域人员亟需解决的问题。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提供一种微型光伏系统多模式升压电路、装置、控制方法和存储介质，可以在提高输出电压增益的同时平衡输入功率和输出功率的功率脉动，避免使用大容量、大体积的电解电容，减小光伏发电系统的功率密度，同时延长系统寿命并实现微型光伏系统的多种运行模式，并进一步优化光伏发电系统的整体性能。

本发明一方面提供了一种微型光伏系统多模式升压电路，

在其中一个实施例中，所述微型光伏系统多模式升压电路具体包括：主电路、信号采集装置、恒压控制回路、光伏并网恒流控制回路、光伏动态输出控制回路、三端口输入继电器J

所述主电路用于选择不同输入源、输出端和控制回路，相应切换为独立恒压运行模式或并网运行模式，其中并网运行模式包括并网恒流运行模式和光伏最大功率点动态稳定运行模式，实现微型光伏系统多模式运行；

所述主电路包括：光伏板v

所述直流电源V

在其中一个实施例中，所述信号采集装置包括：第一电压传感器M

所述第一电压传感器M

所述微型光伏系统多模式升压电路中的恒压控制回路包括：第一减法器Sub

所述第一减法器Sub

所述光伏并网恒流控制回路包括：锁相环PLL、正弦模块、第一乘法器Mul

所述锁相环PLL的输入端与第二电压传感器M

在其中一个实施例中，所述微型光伏系统多模式升压电路中的光伏动态输出控制回路由滑膜控制回路、滞后带控制回路和PWM信号发生器组成；

所述滑膜控制回路包括：PO算法处理器、第一除法器Div

所述PO算法处理器的第一输入端与第三电压传感器M

所述滞后带控制回路包括：第一比较器Comp

电阻R

在其中一个实施例中，所述微型光伏系统多模式升压电路中的第一开关管S

所述光伏板滤波电容C

在其中一个实施例中，所述微型光伏系统多模式升压电路，其特征在于：

当恒压控制回路运行时，微型光伏系统多模式升压电路切换为独立恒压运行模式时，此时输出电压v

其中，d为第一开关管S

输出电压纹波Δv

其中，f为微型光伏系统多模式升压电路在独立恒压运行模式下的开关管开关频率。

在其中一个实施例中，所述微型光伏系统多模式升压电路，其特征在于，

所述滑膜控制回路经第五减法器Sub

Ψ＝(1/2+d)i

其中，i

所述滞后带控制回路通过引入滞后带H限制第一开关管S

其中，f

本发明第二方面还提供了一种微型光伏系统多模式升压电路装置，其特征在于，包括：

前述任一实施案例中所述的微型光伏系统多模式升压电路。

本发明第三方面还提供了一种微型光伏系统多模式升压控制方法，其特征在于，用于控制前述任一实施案例中所述的微型光伏系统多模式升压电路；所述微型光伏系统多模式升压控制方法包括：

S1：二端口输入继电器J

若二端口输入继电器J

若二端口输入继电器J

S2-11：二端口输出继电器J

S2-12：第一电压传感器M

S2-13：输出第二滤波电容电压实际值v

S2-14：第一PI控制器输出调节信号到第一PWM信号发生器，输出独立恒压控制信号G

S2-21：二端口输出继电器J

S2-22：第二电压传感器M

若运行光伏并网恒流控制回路，微型光伏系统多模式升压电路实现并网恒流运行模式，进入步骤S2-23-11；

若运行光伏动态输出控制回路，微型光伏系统多模式升压电路实现光伏最大功率点动态稳定运行模式，进入步骤S2-23-21；

S2-23-11：电网直流链实际电压值v

S2-23-12：电网电流参考值i

S2-23-13：第二PI控制器输出调节信号到第二PWM信号发生器，输出并网恒流控制信号G

S2-23-21：第三电压传感器M

S2-23-22：光伏板实际电压值v

S2-23-23：第一电感实际电流值i

S2-23-24：滑膜控制开关函数Ψ经过滞后带开关电路后，输入到第三PWM信号发生器，输出符合运行频率规范的开关控制信号G

S3：独立恒压控制信号G

本发明第四方面还提供了一种存储介质，其特征在于，所述存储介质是计算机可读的，且存储介质上存储有微型光伏系统多模式升压控制程序，所述微型光伏系统多模式升压控制程序被处理器执行时实现上一实施案例中S2-13、S2-14、S2-23-11至S2-23-13及S2-23-22至S2-23-24所述的微型光伏系统多模式升压控制方法的步骤。

本发明的上述技术方案相比较现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明的微型光伏系统多模式升压电路相比传统电路，在具有更高的增益的同时，可以平衡输入功率和输出功率的功率脉动，具有更小的输出电压纹波；

(2)本发明可以避免使用大容量、大体积的电解电容，使用小容值的多层陶瓷电容，减小光伏发电系统的功率密度，同时延长系统寿命；

(3)通过多端口继电器和多个控制回路等微型光伏系统的多模式运行，并网模式下通过滑膜控制回路，抑制并网时产生的高频电压振荡，保证系统在最大功率点附近的动态运行稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请提供的一种微型光伏系统多模式升压电路的结构及拓扑示意图；

图2为本申请提供的一种微型光伏系统多模式升压控制方法的工作流程图；

图3为本申请一个实施案例中提供的微型光伏系统多模式升压电路在独立恒压运行模式下的模态1示意图；

图4为本申请一个实施案例中提供的微型光伏系统多模式升压电路在独立恒压运行模式下的模态2示意图；

图5为本申请一个实施案例中提供的微型光伏系统多模式升压电路在独立恒压运行模式下一个工作周期的工作波形图；

图6为本申请一个实施案例中提供的微型光伏系统多模式升压电路与传统电解电容开关升压变换器的增益曲线图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图中的实例对本发明作进一步的描述。附图中给出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获得其他的附图。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图一所示为本发明提出的一种微型光伏系统多模式升压电路的结构及拓扑示意图。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述微型光伏系统多模式升压电路具体包括：主电路、信号采集装置、恒压控制回路、光伏并网恒流控制回路、光伏动态输出控制回路、三端口输入继电器J

所述主电路用于选择不同输入源、输出端和控制回路，相应切换为独立恒压运行模式或并网运行模式，其中并网运行模式包括并网恒流运行模式和光伏最大功率点动态稳定运行模式，实现微型光伏系统多模式运行；

所述主电路包括：光伏板v

所述直流电源V

所述微型光伏系统多模式升压电路中的信号采集装置包括：第一电压传感器M

所述第一电压传感器M

所述微型光伏系统多模式升压电路中的恒压控制回路包括：第一减法器Sub

所述第一减法器Sub

所述光伏并网恒流控制回路包括：锁相环PLL、正弦模块、第一乘法器Mul

所述锁相环PLL的输入端与第二电压传感器M

所述微型光伏系统多模式升压电路中的光伏动态输出控制回路由滑膜控制回路、滞后带控制回路和PWM信号发生器组成；

所述滑膜控制回路包括：PO算法处理器、第一除法器Div

所述PO算法处理器的第一输入端与第三电压传感器M

所述滞后带控制回路包括：第一比较器Comp

电阻R

如图二所示为本发明提出的一种微型光伏系统多模式升压控制方法的工作流程图，该控制方法的特征在于，用于控制前述实施案例中所述的微型光伏系统多模式升压电路；所述微型光伏系统多模式升压控制方法包括：

S1：二端口输入继电器J

若二端口输入继电器J

若二端口输入继电器J

S2-11：二端口输出继电器J

S2-12：第一电压传感器M

S2-13：输出第二滤波电容电压实际值v

S2-14：第一PI控制器输出调节信号到第一PWM信号发生器，输出独立恒压控制信号G

S2-21：二端口输出继电器J

S2-22：第二电压传感器M

若运行光伏并网恒流控制回路，微型光伏系统多模式升压电路实现并网恒流运行模式，进入步骤S2-23-11；

若运行光伏动态输出控制回路，微型光伏系统多模式升压电路实现光伏最大功率点动态稳定运行模式，进入步骤S2-23-21；

S2-23-11：电网直流链实际电压值v

S2-23-12：电网电流参考值i

S2-23-13：第二PI控制器输出调节信号到第二PWM信号发生器，输出并网恒流控制信号G

S2-23-21：第三电压传感器M

S2-23-22：光伏板实际电压值v

S2-23-23：第一电感实际电流值i

S2-23-24：滑膜控制开关函数Ψ经过滞后带开关电路后，输入到第三PWM信号发生器，输出符合运行频率规范的开关控制信号G

S3：独立恒压控制信号G

特别地，为了对本发明所述微型光伏系统多模式升压电路在各个模态的工作状态进行分析，在本说明书中，以本发明在独立恒压运行模式下的运行状况作为实例，进行解释说明，其中图3和图4为该实例在独立恒压运行模式下的不同模态的等效电路示意图，图5为该实例在独立恒压运行模式下一个工作周期的工作波形图。

当本发明所提出的微型光伏系统多模式升压电路切换为独立恒压运行模式时，此时恒压控制回路运行，二端口输入继电器J

(1)具体地，当电路工作在独立恒压运行模式的模态1时，如图3所示，此时第一开关管S

(2)当电路工作在直流驱动模式的模态2时，如图3所示，此时第一开关管S

作为一种优选地实施例，所述光伏板滤波电容C

由前述的模态分析，可得第一电感L

对于，第二电感L

第二电感L

根据伏秒平衡原理可得，储能电容C

其中，d为第一开关管S

由图4可得，输出第一滤波电容C

由图3和伏秒平衡原理可得，输出电压v

由公式(3)、(4)、(7)、电感电容参数值和图5结合可推导出，输出电压纹波Δv

其中，f为微型光伏系统多模式升压电路在独立恒压运行模式下的开关管开关频率。

图6所示为本实例中的微型光伏系统多模式升压电路与传统电解电容开关升压变换器的增益曲线图，其中微型光伏系统多模式升压电路的增益是

当微型光伏系统多模式升压电路中切换到光伏最大功率点动态稳定运行模式，此时光伏动态输出控制回路运行，

对于输出第一滤波电容C

因此输出第一滤波电容C

由此得到电感电流平衡表达式为：

光伏并网模式下，对光伏板滤波电容C

i

其中滑膜控制回路经第五减法器Sub

Ψ＝(1/2+d)i

其中，i

其中，滑膜控制开关函数存在纹波ΔΨ，通过滞后带控制回路引入和滑膜控制开关函数纹波ΔΨ相等的滞后带H，以此来限制第一开关管S

对于第一电感L

在考虑电流纹波的情况下，由公式(11)和(12)可推导出：

i

综上，将公式(16)和(17)相加可得，滑膜控制开关函数纹波ΔΨ的表达式为：

联立公式(14)、(15)和(18)得到滞后带H表达式为：

其中，f

作为一种优选地实施例，所述第一开关管S

作为一种优选地实施例，所述微型光伏系统多模式升压电路中的第一开关管S

作为一种优选地实施例，所述微型光伏系统多模式升压电路中的第一开关管S

另外，这里的第一开关管S

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。