光伏电路及其控制方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及光伏领域，尤其涉及一种光伏电路及其控制方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.单相逆变器存在固有的交流侧功率脉动问题，为避免单相逆变器影响直流侧设备运行效率，电解电容被广泛安装在单相逆变器的直流侧。
3.电解电容具有容量大、价格低的特点，但同时也伴随着体积大、寿命短和可靠性低等劣势，成为提高功率密度的关键障碍之一。更重要的是，电解电容降低了电力电子系统的整体可靠性，基于对电力电子系统组件故障分布的研究，电容故障占30％左右，对于大多数情况而言，电容故障来自电解电容器。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种光伏电路及其控制方法、装置、设备及存储介质，用以解决使用电解电容维持单相逆变器的直流侧功率稳定，电解电容的寿命小，制约逆变器的寿命的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种光伏电路，包括：光伏电池、主动缓冲电路、单相两桥臂逆变电路、滤波电路和电网；
6.所述光伏电池的正极连接所述主动缓冲电路的第一端，所述光伏电池的负极连接所述主动缓冲电路的第二端，所述主动缓冲电路的第三端连接所述单相两桥臂逆变电路的第一端，所述主动缓冲电路的第二端连接所述单相两桥臂逆变电路的第二端，所述单相两桥臂逆变电路的第三端连接所述滤波电路的第一端，所述单相两桥臂逆变电路的第四端连接所述滤波电路的第二端，所述滤波电路的第三端连接所述电网的第一端，所述滤波电路的第四端连接所述电网的第二端；
7.所述主动缓冲电路包括薄膜电容、功率补偿电路、第一解耦开关管和第二解耦开关管；
8.所述薄膜电容的第一端连接所述光伏电池的正极，所述薄膜电容的第二端连接所述第一解耦开关管的第一连接端，所述第一解耦开关管的第二连接端连接所述第二解耦开关管的第一连接端，所述第二解耦开关管的第二连接端连接所述光伏电池的负极，所述功率补偿电路的第一端连接所述光伏电池的正极，所述功率补偿电路的第二端连接所述第一解耦开关管的第二连接端，所述第一解耦开关管的第一连接端连接所述单相两桥臂逆变电路的第一端，所述第二解耦开关管的第二连接端连接所述单相两桥臂逆变电路的第二端。
9.可选地，所述功率补偿电路为解耦电感。
10.第二方面，本技术实施例提供了一种光伏电路控制方法，应用于第一方面所述的光伏电路，包括：
11.获取控制信号；
12.通过所述控制信号控制所述第一解耦开关管和所述第二解耦开关管的通断，使所述薄膜电容的电压补偿所述光伏电池的输出电压，维持所述单相两桥臂逆变电路的输入电压保持稳定。
13.可选地，所述获取控制信号，包括：
14.根据所述单相两桥臂逆变电路的输出功率和所述薄膜电容的电压，获得所述薄膜电容的电流给定值；
15.根据所述薄膜电容的电流给定值和所述光伏电池的输出电流给定值，获得所述功率补偿电路的电流给定值；
16.根据所述功率补偿电路的电流给定值和所述功率补偿电路的实际电流值，获得控制信号。
17.可选地，所述根据所述单相两桥臂逆变电路的输出功率和所述薄膜电容的电压，获得所述薄膜电容的电流给定值，包括：
18.计算二倍角频率和时刻的乘积的余弦值；
19.将所述单相两桥臂逆变电路的输出功率和所述余弦值相乘，再除以所述薄膜电容的电压，获得所述薄膜电容的电流给定值。
20.可选地，所述根据所述薄膜电容的电流给定值和所述光伏电池的输出电流给定值，获得所述功率补偿电路的电流给定值，包括：
21.将所述根据所述薄膜电容的电流给定值和所述光伏电池的输出电流给定值求和，获得所述功率补偿电路的电流给定值。
22.可选地，所述根据所述功率补偿电路的电流给定值和所述功率补偿电路的实际电流值，获得控制信号，包括：
23.计算所述功率补偿电路的电流给定值减去所述功率补偿电路的实际电流值的差值；
24.将所述差值输入比例积分控制器，获得所述比例积分控制器输出的第一信号；
25.根据所述第一信号和载波信号，获得所述控制信号。
26.第三方面，本技术实施例提供了一种光伏电路控制装置，应用于第一方面所述的光伏电路，包括：
27.获取模块，用于获取控制信号；
28.处理模块，用于通过所述控制信号控制所述第一解耦开关管和所述第二解耦开关管的通断，使所述薄膜电容的电压补偿所述光伏电池的输出电压，维持所述单相两桥臂逆变电路的输入电压保持稳定。
29.第四方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器和通信总线，其中，处理器和存储器通过通信总线完成相互间的通信；
30.所述存储器，用于存储计算机程序；
31.所述处理器，用于执行所述存储器中所存储的程序，实现第二方面所述的光伏电路控制方法。
32.第五方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第二方面所述的光伏电路控制方法。
33.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本技术实施例
中，在光伏电路中增加了主动缓冲电路，通过薄膜电容、功率补偿电路、第一解耦开关管和第二解耦开关管的有源功率解耦，维持单相两桥臂逆变电路的直流侧电压稳定，避免受到单相两桥臂逆变电路的交流侧功率脉动的影响，主动缓冲电路能够替代电解电容，而且薄膜电容的容值小、寿命长，能够提升逆变器的稳定性，解决了使用电解电容维持单相逆变器的直流侧功率稳定，电解电容的寿命小，制约逆变器的寿命的问题。
附图说明
34.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为现有技术中光伏电路的结构示意图；
37.图2为本技术实施例中光伏电路的结构示意图；
38.图3为本技术一个具体实施例中光伏电路的结构示意图；
39.图4为本技术实施例中光伏电路控制方法的流程示意图；
40.图5为本技术一个具体实施例中获取控制信号的方法流程示意图；
41.图6为本技术一个具体实施例中光伏电路的控制策略框图；
42.图7为本技术实施例中光伏电路控制装置的结构示意图；
43.图8为本技术实施例中电子设备的结构示意图。
44.附图标记说明：101
‑
光伏电池、102
‑
升压斩波电路、103
‑
电解电容、104
‑
单相逆变器、105
‑
滤波电路、106
‑
电网、201
‑
光伏电池、202
‑
主动缓冲电路、203
‑
单相两桥臂逆变电路、204
‑
滤波电路、205
‑
电网、2021
‑
薄膜电容、2022
‑
功率补偿电路、2023
‑
第一解耦开关管、2024
‑
第二解耦开关管。
具体实施方式
45.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.发明人通过对现有的光伏电路进行分析发现，如图1所示的光伏电路，包括：光伏电池101、升压斩波电路(boost电路)102、电解电容103、单相逆变器(dc/ac变流器)104、滤波电路105和电网106。
47.单相逆变器存在固有的交流侧功率脉动问题，为避免单相逆变器影响直流侧设备运行效率，电解电容被广泛安装在单相逆变器的直流侧。电解电容具有容量大、价格低的特点，但同时也伴随着体积大、寿命短和可靠性低等劣势，成为提高功率密度的关键障碍之一。更重要的是，电解电容降低了电力电子系统的整体可靠性，基于对电力电子系统组件故障分布的研究，电容故障占30％左右，对于大多数情况而言，电容故障来自电解电容器。
48.电解电容的作用是降低光伏电池输出侧功率解耦的脉动电压，而高温环境下电解
电容的寿命正是制约逆变器寿命的一个关键因素。
49.本技术实施例中，如图2所示，提供了一种光伏电路，包括：光伏电池201、主动缓冲电路202、单相两桥臂逆变电路203、滤波电路204和电网205。
50.光伏电池201的正极 连接主动缓冲电路202的第一端，光伏电池201的负极
‑
连接主动缓冲电路202的第二端，主动缓冲电路202的第三端连接单相两桥臂逆变电路203的第一端，主动缓冲电路202的第二端连接单相两桥臂逆变电路203的第二端，单相两桥臂逆变电路203的第三端连接滤波电路204的第一端，单相两桥臂逆变电路203的第四端连接滤波电路204的第二端，滤波电路204的第三端连接电网205的第一端，滤波电路204的第四端连接电网205的第二端。
51.主动缓冲电路202包括薄膜电容2021、功率补偿电路2022、第一解耦开关管2023和第二解耦开关管2024。
52.薄膜电容2021的第一端连接光伏电池201的正极 ，薄膜电容2021的第二端连接第一解耦开关管2023的第一连接端，第一解耦开关管2023的第二连接端连接第二解耦开关管2024的第一连接端，第二解耦开关管2024的第二连接端连接光伏电池201的负极
‑
，功率补偿电路2022的第一端连接光伏电池201的正极 ，功率补偿电路2022的第二端连接第一解耦开关管2023的第二连接端，第一解耦开关管2023的第一连接端连接单相两桥臂逆变电路203的第一端，第二解耦开关管2024的第二连接端连接单相两桥臂逆变电路203的第二端。
53.功率补偿电路2022，用于为薄膜电容2021提供功率，进行功率补偿，实现有源功率解耦。
54.一个具体实施例中，如图3所示，光伏电路包括：光伏电池pv、主动缓冲电路202、单相两桥臂逆变电路203、滤波电路204和电网v
g
。
55.光伏电池pv的正极 连接主动缓冲电路202的第一端，光伏电池pv的负极
‑
连接主动缓冲电路202的第二端，主动缓冲电路202的第三端连接单相两桥臂逆变电路203的第一端，主动缓冲电路202的第二端连接单相两桥臂逆变电路203的第二端，单相两桥臂逆变电路203的第三端连接滤波电路204的第一端，单相两桥臂逆变电路203的第四端连接滤波电路204的第二端，滤波电路204的第三端连接电网v
g
的第一端，滤波电路204的第四端连接电网v
g
的第二端。
56.主动缓冲电路202包括薄膜电容c1、解耦电感l1、第一解耦开关管s1和第二解耦开关管s4。
57.薄膜电容c1的第一端连接光伏电池pv的正极 ，薄膜电容c1的第二端连接第一解耦开关管s1的第一连接端，第一解耦开关管s1的第二连接端连接第二解耦开关管s4的第一连接端，第二解耦开关管s4的第二连接端连接光伏电池pv的负极
‑
，解耦电感l1的第一端连接光伏电池pv的正极 ，解耦电感l1的第二端连接第一解耦开关管s1的第二连接端，第一解耦开关管s1的第一连接端连接单相两桥臂逆变电路203的第一端，第二解耦开关管s4的第二连接端连接单相两桥臂逆变电路203的第二端。
58.单相两桥臂逆变电路203包括第一开关管s2、第二开关管s5、第三开关管s3和第四开关管s6。
59.第一开关管s2的第一连接端连接第一解耦开关管s1的第一连接端，第一开关管s2的第二连接端连接第二开关管s5的第一连接端，第二开关管s5的第二连接端连接第二解耦
开关管s4的第二连接端，第三开关管s3的第一连接端连接第一解耦开关管s1的第一连接端，第三开关管s3的第二连接端连接第四开关管s6的第一连接端，第四开关管s6的第二连接端连接第二解耦开关管s4的第二连接端。
60.滤波电路204包括滤波电感l2和滤波电容c2。
61.滤波电感l2的第一端连接第一开关管s2的第二连接端，滤波电感l2的第二端连接滤波电容c2的第一端，滤波电容c2的第二端连接第三开关管s3的第二连接端，滤波电容c2的第一端连接电网v
g
的第一端，滤波电容c2的第二端连接电网v
g
的第二端。
62.光伏电池pv的正极和负极之间的电压为v
pv
，第一解耦开关管s1的第一连接端和第二解耦开关管s4的第二连接端之间的电压为v
dc
。
63.综上，本技术实施例中，在光伏电路中增加了主动缓冲电路，通过薄膜电容、功率补偿电路、第一解耦开关管和第二解耦开关管的有源功率解耦，维持单相两桥臂逆变电路的直流侧电压稳定，避免受到单相两桥臂逆变电路的交流侧功率脉动的影响，主动缓冲电路能够替代电解电容，而且薄膜电容的容值小、寿命长，能够提升逆变器的稳定性，解决了使用电解电容维持单相逆变器的直流侧功率稳定，电解电容的寿命小，制约逆变器的寿命的问题。
64.单相两桥臂逆变电路203的交流侧输出功率p
o
＝v
o
i
o
(1
‑
cos2ωt)/2，v0为单相两桥臂逆变电路203交流侧输出的电压幅值，i0为单相两桥臂逆变电路203交流侧输出的电流幅值，ω为系统角频率，可以看出单相两桥臂逆变电路203的交流侧输出功率以2倍角频率脉动。
65.为使光伏电池pv的输出功率p
pv
保持稳定，p
pv
＝0.5v
o
i
o
＝v
pv
i
pv
。v
pv
是光伏电池pv的输出电压幅值，i
pv
是光伏电池pv的输出电流幅值。
66.采用主动缓冲电路202将单相两桥臂逆变电路203的交流侧输出功率中的脉动功率补偿。主动缓冲电路202的缓冲补偿功率p
dc
为p
dc
＝
‑
0.5v
o
i
o
cos(2ωt)。
67.薄膜电容2021的电容值为c1，端电压为
△
v，薄膜电容2021的功率为δe＝0.5c1δv2，能够通过电容值较小的薄膜电容，通过较大
△
v，实现薄膜电容2021的功率等于缓冲补偿功率p
dc
。
68.本技术实施例中，如图4所示，提供了一种光伏电路控制方法，应用于本技术实施例提供的光伏电路，光伏电路控制的方法流程主要包括：
69.步骤401，获取控制信号。
70.控制信号是指输出至第一解耦开关管s1的控制端和第二解耦开关管s4的控制端的控制信号。如图6所示，控制信号为pwm1信号。pwm：pulse width modulation，脉冲宽度调制。
71.第一解耦开关管s1导通时，第二解耦开关管s4关断；第一解耦开关管s1关断时，第二解耦开关管s4导通。
72.一个具体实施例中，如图5所示，获取控制信号，包括：
73.步骤501，根据单相两桥臂逆变电路的输出功率和薄膜电容的电压，获得薄膜电容的电流给定值。
74.单相两桥臂逆变电路203的交流侧输出功率po＝voio(1
‑
cos2ωt)/2，薄膜电容c1的电压为v
c1
，薄膜电容的电流给定值为i
*c1
。
75.一个具体实施例中，如图6所示，根据单相两桥臂逆变电路的输出功率和薄膜电容的电压，获得薄膜电容的电流给定值，包括：计算二倍角频率和时刻的乘积的余弦值；将单相两桥臂逆变电路的输出功率和余弦值相乘，再除以薄膜电容的电压，获得薄膜电容的电流给定值。
76.即
77.步骤502，根据薄膜电容的电流给定值和光伏电池的输出电流给定值，获得功率补偿电路的电流给定值。
78.薄膜电容的电流给定值为i
*c1
，光伏电池的输出电流给定值为i
*pv
，功率补偿电路的电流给定值为i
*l1
。
79.一个具体实施例中，根据薄膜电容的电流给定值和光伏电池的输出电流给定值，获得功率补偿电路的电流给定值，包括：将根据薄膜电容的电流给定值和光伏电池的输出电流给定值求和，获得功率补偿电路的电流给定值。
80.由于所以
81.如图6所示，光伏电池的输出电流给定值i
*pv
通过将v
pv
，i
pv
输入至mppt(maximum power point tracking，最大功率点跟踪)获得的输出值。
82.步骤503，根据功率补偿电路的电流给定值和功率补偿电路的实际电流值，获得控制信号。
83.功率补偿电路的电流给定值为i
*l1
，功率补偿电路的实际电流值为i
l1
。
84.一个具体实施例中，根据功率补偿电路的电流给定值和功率补偿电路的实际电流值，获得控制信号，包括：计算功率补偿电路的电流给定值减去功率补偿电路的实际电流值的差值；将差值输入比例积分控制器，获得比例积分控制器输出的第一信号；根据第一信号和载波信号，获得控制信号。
85.如图6所示，比例积分控制器为pi，将差值输入比例积分控制器，获得比例积分控制器输出的第一信号，根据第一信号和三角波载波信号，获得控制信号为pwm1信号。
86.图6中，获得pwm2信号，进而控制第一开关管s2、第二开关管s5、第三开关管s3和第四开关管s6通断的过程为现有技术。图6中，将单相两桥臂逆变电路203的直流侧输入电压v
dc
和直流侧输入电压的给定值v
*dc
的差值，输入至比例积分控制器pi，获得幅值，将单相两桥臂逆变电路203交流侧输出的电压幅值v0输入至pll(phase locked loop，锁相环)，获得相位值，将幅值和相位值相乘，并计算和单相两桥臂逆变电路203交流侧输出的电流幅值i0的差值，将差值输入至pr比例谐振控制器，获得比例谐振控制器输出的第二信号；根据第二信号和载波信号，获得pwm2信号。
87.步骤402，通过控制信号控制第一解耦开关管和第二解耦开关管的通断，使薄膜电容的电压补偿光伏电池的输出电压，维持单相两桥臂逆变电路的输入电压保持稳定。
88.薄膜电容的电压为v
c1
，光伏电池的输出电压为v
pv
，单相两桥臂逆变电路的输入电压为v
dc
。即v
dc
＝v
pv
v
c1
。
89.使用本技术实施例提供的光伏电路，单相两桥臂逆变电路203交流侧输出的电流
幅值i0的变化和光伏电池pv接收到的光照强度的变化一致。
90.基于同一构思，本技术实施例中提供了一种光伏电路控制装置，应用于本技术实施例提供的光伏电路，该装置的具体实施可参见方法实施例部分的描述，重复之处不再赘述，如图7所示，该装置主要包括：
91.获取模块701，用于获取控制信号；
92.处理模块702，用于通过所述控制信号控制所述第一解耦开关管和所述第二解耦开关管的通断，使所述薄膜电容的电压补偿所述光伏电池的输出电压，维持所述单相两桥臂逆变电路的输入电压保持稳定。
93.基于同一构思，本技术实施例中还提供了一种电子设备，如图8所示，该电子设备主要包括：处理器801、存储器802和通信总线803，其中，处理器801和存储器802通过通信总线803完成相互间的通信。其中，存储器802中存储有可被处理器801执行的程序，处理器801执行存储器802中存储的程序，实现如下步骤：
94.获取控制信号；通过控制信号控制第一解耦开关管和第二解耦开关管的通断，使薄膜电容的电压补偿光伏电池的输出电压，维持单相两桥臂逆变电路的输入电压保持稳定。
95.上述电子设备中提到的通信总线803可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称eisa)总线等。该通信总线803可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
96.存储器802可以包括随机存取存储器(random access memory，简称ram)，也可以包括非易失性存储器(non
‑
volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可选地，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器801的存储装置。
97.上述的处理器801可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等，还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
98.在本技术的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中所描述的光伏电路控制方法。
99.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行该计算机指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。该计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。该计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、微波等)方式向另外一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。该计
算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。该可用介质可以是磁性介质(例如软盘、硬盘、磁带等)、光介质(例如dvd)或者半导体介质(例如固态硬盘)等。
100.需要说明的是，在本文中，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。而且，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。
101.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。