一种多工作模式叠层光伏电池控制系统及方法、计算机程序及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及光伏发电，尤其涉及一种多工作模式叠层光伏电池控制系统及方法、计算机程序及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、在光伏发电技术领域，由于单一材料对太阳光谱波长吸收范围的局限性，单结光伏电池效率已逼近其理论，难以突破其瓶颈，而叠层光伏电池通过将具有不同带隙的材料堆叠，实现了对太阳光谱的分段利用，以更充分地利用太阳光谱，成为下一代光伏电池产业发展的主要方向之一。

2、目前，主流的叠层光伏电池的端子架构分为两端（2t）、三端(3t)和四端(4t)。综合考量制备工艺复杂度、系统成本及光电转换效率，四端(4t)架构凭借其子电池电气独立、无需电流匹配约束等优势，成为当前叠层光伏电池开发的主流方向。在4t架构中，两路子电池的mpp电压（最大功率点电压）差异显著（如晶硅约35v~45v，钙钛矿约70v~110v），需要两路dc-dc变换器分别进行电压变换后并联汇流输出。

3、申请公布号为cn121263001a的中国专利文献中，公开了一种钙钛矿-晶硅叠层太阳能电池、电气连接系统及方法，针对钙钛矿顶电池和晶硅底电池，通过双独立dc-dc变换器和最大功率点追踪mppt控制单元，实时监测钙钛矿顶电池和晶硅底电池电流和电压特性，计算各自的最大功率，并通过各自独立的dc-dc变换器调节输出对应最大功率值的对应电压值。但其仅支持单一固定工作模式，即双路强制独立全时mppt模式，无法根据光照条件、温度变化、组件老化等动态因素，灵活调整mppt控制策略；现有固定模式架构下，即使在清晨、傍晚或局部遮挡等一路子电池输出功率极低的弱光工况，系统仍需维持全功率等级的双路高频开关控制与复杂mppt运算。这不仅导致低压轻载下控制器自身损耗占比急剧上升，整体系统效率显著下降，更无法实现在“光照充足时最大化功率输出”与“弱光/低功率工况下简化控制、降低开关损耗”之间的智能策略切换与动态协同，限制了系统在宽辐照范围内的综合能效收益。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多工作模式叠层光伏电池控制系统及方法、计算机程序及计算机可读存储介质，以实现根据工况变化在多种工作模式之间的切换，兼顾光照充足时最大化功率输出以及简化弱光和低功率工况下的功率转换控制，降低运行成本。

2、为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供一种技术方案，如下：一种多工作模式叠层光伏电池控制方法，包括：根据功率比例、光照强度、电压稳定性、组件温度、功率衰减率中的一个或者多个参数选择切换所述叠层光伏电池的工作模式，所述工作模式至少包括第一工作模式和第二工作模式，所述第一工作模式配置为：对所述叠层光伏电池的第一子电池和第二子电池分别独立执行mppt算法；所述第二工作模式配置为：对所述第一子电池执行mppt算法，所述第一子电池的变换输出电压以所述第二子电池的变换输出电压为参考电压。

3、进一步，所述工作模式还包括第三工作模式，所述第三工作模式配置为：对所述第二子电池执行mppt算法，所述第二子电池的变换输出电压以所述第一子电池的变换输出电压为参考电压。

4、进一步，包括对所述功率比例、光照强度、电压稳定性、组件温度、功率衰减率参数进行评分，将各参数评分进行加权融合得到综合决策得分，所述综合决策得分大于预设综合得分切换阈值设置为第二工作模式或者第三工作模式的模式切换触发条件；所述功率比例高于功率比例回切阈值设置为第一工作模式的模式切换触发条件。

5、进一步，包括当所述第二工作模式或者第三工作模式的模式切换触发条件持续时间大于tc，且与前一次工作模式切换间隔时间大于th，执行模式切换，将当前工作模式切换为第二工作模式或第三工作模式；当第一工作模式的模式切换触发条件持续时间大于tc，且与前一次工作模式切换间隔时间大于th，执行模式切换，执行模式切换，将当前第二工作模式或第三工作模式切换至第一工作模式；所述tc为预设确认时间，所述th为预设保持时间。

6、进一步，所述功率比例、光照强度、电压稳定性、组件温度、功率衰减率参数评分的加权权重分别为0.35~0.45、0.15~0.25、0.10~0.20、0.10~0.25、0.05~0.15。

7、进一步，还包括参考电压检测，当所述参考电压超出预设范围时，叠层光伏电池切换为第一工作模式。

8、进一步，所述工作模式切换过程中采用平滑过渡控制，变换输出电压以预设斜率从当前电压线性过渡至目标电压线性过渡。

9、进一步，还包括根据用户自定义设置进行工作模式的选择切换。

10、进一步，在所述第二工作模式或第三工作模式中，所述参考电压的采样频率≥1khz。

11、进一步，所述mppt算法采用双闭环控制，其中，其内环为输出电压环，通过pi控制器将变换输出电压与参考电压的偏差控制在±1%范围；外环为功率环，基于扰动观察法或增量电导法，以1~10hz频率迭代方式运行，持续搜索最大功率点。

12、为解决上述技术问题，本发明还提供一种多工作模式叠层光伏电池控制系统，包括：参数获取单元，用于采集光照强度、组件温度以及第一子电池、第二子电池对应的电压、电流数据，以获取功率比例、光照强度、电压稳定性、组件温度、功率衰减率参数；工作模式决策单元，用于根据至少一个上述参数进行工作模式的选择切换；mppt控制单元，用于执行mppt算法，控制dc-dc变换器进行电压变换，功率输出；输出单元，将第一子电池、第二子电池变换后的功率并联汇流输出。

13、进一步，所述工作模式包括：第一工作模式，通过所述mppt控制单元对所述第一子电池和所述第二子电池分别独立执行mppt算法；第二模式，通过所述mppt控制单元对所述第一子电池执行mppt算法，所述第一子电池的变换输出电压跟随所述第二子电池的变换输出电压；第三模式，通过所述mppt控制单元对所述第二子电池执行mppt算法，所述第二子电池的变换输出电压跟随所述第一子电池的变换输出电压。

14、为解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机程序，所述程序被计算机处理器执行时，计算机执行如上任一项所述的方法。

15、为解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有如权利要求13所述的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的方法。

16、本发明所提供的多工作模式叠层光伏电池控制系统及方法、计算机程序及计算机可读存储介质，相对于现有技术而言，通过功率比例、光照强度、电压稳定性、组件温度、功率衰减率多参数依据进行至少两种工作模式的选择，有效根据工况变化在多种工作模式之间切换，兼顾光照充足时最大化功率输出以及简化弱光和低功率工况下的功率转换控制，降低运行成本。特别是，通过预设确认时间及预设保持时间的滞回控制策略，避免在临界条件下容易发生频繁抖动，有利于增加系统稳定性；通过模式切换过程中平滑过渡控制，进一步增加系统的稳定性；尤其是，系统运行过程中，通过参考电压检测，当参考电压超出预设范围时，叠层光伏电池切换为第一工作模式的方式，增加安全保障机制；进一步通过mppt算法双闭环控制，精确实现执行mppt算法的子电池变换输出电压对参考电压的跟随，避免两路电压不匹配导致的环流或功率损失。