光储变换器的控制方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及电储能技术领域，尤其涉及一种光储变换器的控制方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.在光伏发电系统中，光伏电池发电具有一些不稳定之处，比如其工作呈现随机性、间歇性的特点，发电功率的大小不仅受到光伏电池所接受太阳光照强度的影响，还受其工作所处环境温度等影响，这将导致在光伏电池发电并网时电力系统存在较大的安全问题和运行风险，也对电力系统的灵活调度能力提出了更高的要求。
3.为了改善其间歇性问题，提升光伏发电系统的可靠性与稳定性，通过引入一定容量的储能装置例如光储变换器来改善光伏发电系统结构，但光储变换器的端口和开关器件之间耦合度强，不易通过传统控制方法实现光储协调控制，且传统控制方法往往需要增加pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)模块对驱动信号进行调制，控制过程比较繁琐且易产生延迟。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种光储变换器的控制方法、装置、设备及存储介质，以解决相关技术存在的问题，技术方案如下：
5.第一方面，本技术实施例提供了一种光储变换器的控制方法，包括：
6.获取当前采样周期内光储变换器的输入端和输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值；
7.根据电流采样值和电压采样值确定光储变换器在各工作模态下的输入输出误差值，根据最小的输入输出误差值控制光储变换器，使光储变换器的工作模态为最小的输入输出误差值对应的工作模态。
8.第二方面，本技术实施例提供了一种光储变换器的控制装置，包括：
9.数据获取模块，用于获取当前采样周期内光储变换器的输入端和输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值；
10.驱动模块，用于根据电流采样值和电压采样值确定光储变换器在各工作模态下的输入输出误差值，根据最小的输入输出误差值控制光储变换器，使光储变换器的工作模态为最小的输入输出误差值对应的工作模态。
11.第三方面，本技术实施例提供了一种光储变换器的控制设备，包括：存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该计算机程序由处理器加载并执行，以实现本技术任一实施例提供的光储变换器的控制方法。
12.第四方面，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，该计算机程序被处理器执行时实现本技术任一实施例提供的光储变换器的控制方法。
13.上述技术方案中的优点或有益效果至少包括：
14.本技术实施例可基于光储变换器的输入端和输出端的电流采样值和电压采样值确定光储变换器在各工作模态下的输入输出误差值，进而基于输入输出误差实现光储协调控制而不需要pwm调制模块，有助于提高系统的集成度，且易于通过数字电路来控制，同时控制方法更为简单并可减小延迟，进而可提高系统的整体性能；此外可基于最小的输入输出误差值实现最优控制。
15.上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本技术进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
16.在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本技术公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本技术范围的限制。
17.图1为本技术实施例涉及的一种光储变换器的电路拓扑结构示意图；
18.图2为图1所示的光储变换器的等效电路模型的示意图；
19.图3为本技术实施例提供的一种光储变换器的控制方法的流程示意图；
20.图4为本技术实施例提供的另一种光储变换器的控制方法的部分流程示意图；
21.图5为本技术实施例提供的光储变换器的控制方法涉及的一种系统架构示意图；
22.图6为本技术实施例提供的光储变换器的控制方法的一种可选实施方式的流程示意图；
23.图7为光储变换器各端口的一种仿真波形的示意图；
24.图8为光储变换器各端口的另一种仿真波形的示意图。
25.图9为本技术实施例提供的一种光储变换器的控制装置的结构框架示意图；
26.图10为本技术实施例提供的一种光储变换器的控制设备的结构框架示意图。
具体实施方式
27.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本技术的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
28.首先对本技术涉及的光储变换器进行如下介绍：
29.图1示出了一种光储变换器的电路拓扑结构，该拓扑结构包括两个直流输入端口，分别为图1中的pv端口和bat端口，可分别接入新能源电池(如光伏电池)和储能单元(蓄电池)，其中，储能端口(即bat端口)连接有交错并联的两个电感l1和l2，可有效降低储能端口的电流波纹，提高系统动态响应。如图1所示，该拓扑结构还包括一个交流输出端口，即图1中的ac端口，用于输出交流电压，该交流输出端口连接有交流侧储能电感l
ac
；如图1所示，该拓扑结构还包括稳压电容c、交流侧负载r以及四个开关器件s1至s4(分别并联有二极管d1至d4)，s1至s4可以是mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管或场效应管)器件。
30.图1所示的电路拓扑结构通过高度复用的开关器件将全桥逆变电路与buck-boost
(升压-降压)电路结合，构成了高集成度的光储变换器，开关器件的高度利用，可降低开关损耗，提升系统的集成度和能量转换效率。但是发本技术的发明人在研究中发现，由于该光储变换器的端口和开关器件之间的耦合度强，不易通过传统控制方法实现光储协调控制，且传统控制方法往往需要增加pwm模块对驱动信号进行调制，控制过程比较繁琐且易产生延迟。
31.本技术的发明人根据图1所示的光储变换器的拓扑结构构建了如图2所示的等效电路模型，其拓扑结构同图1。图2示出了该等效电路模型的多个参数，其中，u
pv
、u
bat
、u
ac
分别为光伏电池端pv、蓄电池端bat、交流输出端ac的电压；i
pv
、i
bat
、i
ac
分别为流经光伏电池端pv、蓄电池端bat、交流输出端ac的电流(也即光伏电池、蓄电池、光储变换器的输出电流)；i
l1
、i
l2
分别为流经电感l1、l2的电流；r
dc
、r
ac
分别为直流侧线路、交流侧线路的等效阻抗；ua、ub分别为开关器件形成的两个桥臂(分别为s1和s2形成的第一桥臂、s3和s4形成的第二桥臂)的中点的电压，u0为ua和ub之差也是滤波前的输出电压。
32.基于图2所示的等效电路模型及上述参数，本技术的发明人对光储协调控制进行了研究，在研究中发现，为了更好地调节各端口之间的功率传输并控制系统多个目标变量，需要在传统的全桥逆变控制的基础上增加一个自由度，本技术的发明人选择了两个桥臂的中点电压ua和ub作为受控变量，作为增加的自由度。
33.下面以具体实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
34.本技术实施例提供了一种光储变换器的控制方法，如图3所示，该控制方法包括：
35.s301，获取当前采样周期内光储变换器的输入端和输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值。
36.可选的，获取当前采样周期内光储变换器的第一直流输入端、第二直流输入端、交流输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值；获取当前采样周期内光储变换器中各直流侧储能单元的电流采样值。
37.参照图2所示的光储变换器的等效电路模型及其参数，第一直流输入端可以是光伏电池端，第一直流输入端的电流采样值和电压采样值可分别为图2中i
pv
和u
pv
的采样值；第二直流输入端可以是蓄电池端，第二直流输入端的电流采样值和电压采样值可分别为图2中i
bat
和u
bat
的采样值；交流输出端的电流采样值和电压采样值可分别为图2中i
ac
和u
ac
的采样值；直流侧储能单元可以是图2所示的直流侧储能电感，各直流侧储能单元的电流采样值可分别为图2中i
l1
和i
l2
的采样值。
38.基于上述各端口的电流采样值和电压采样值可构建各端口之间的参数关系，可实现该各端口和开关器件之间耦合性较强的光储变换器控制，进而可实现对得端口的功率和能量流动的控制，使得系统具有较高的控制稳定性和动态性能。
39.s302，根据输入端和输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值确定光储变换器在各工作模态下的输入输出误差值，根据最小的输入输出误差值控制光储变换器，使光储变换器的工作模态为最小的输入输出误差值对应的工作模态。
40.可选的，如图4所示，根据电流采样值和电压采样值确定光储变换器在各工作模态下的输入输出误差值，包括如下步骤s401-s403：
41.s401，获取各工作模态的模态参数。
42.参照图2所示的光储变换器的等效电路模型，本技术实施例中光储变换器的工作模态可由光储变换器中各桥臂(第一桥臂和第二桥臂)的开关状态来表示，模态参数可以是开关状态量。参照图2的示例，每个桥臂均涉及两种开关状态，分别为上桥臂导通、下桥臂关断和上桥臂关断、下桥臂导通，此处的桥臂的“上”和“下”以图2所示的上下关系为准，对于由s1和s2形成的第一桥臂，其上桥臂为由s1形成的一个半桥臂，下桥臂为由s2形成的一个半桥臂，对于由s3和s4形成的第二桥臂，其上桥臂为由s3形成的一个半桥臂，下桥臂为由s4形成的一个半桥臂。
43.据此，如图2所示光储变换器的两个桥臂具有四种开关状态，基于四种开关状态可建立如下开关函数：
[0044][0045]
在表达式(1)中，si表示光储变换器中第i个桥臂的开关状态，其中i表示桥臂的编号，若对第一桥臂和第二桥臂分别编号为a和b，则在针对不同的桥臂确定开关状态时，si可具体表示为sa或sb；0和1分别表示光储变换器中某个桥臂的开关状态量，每个开关状态量表示该桥臂的一种开关状态，其中0表示的开关状态为上桥臂导通、下桥臂关断，1表示的开关状态为下桥臂导通、上桥臂关断。
[0046]
对于光储变换器的每一个桥臂，其中点电压均可表示为：
[0047]
ui＝si·upv
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
表达式(2)
[0048]
在表达式(2)中，ui表示光储变换器中第i个桥臂的中点电压，i表示桥臂的编号，若对第一桥臂和第二桥臂分别编号为a和b，则在针对不同的桥臂确定中点电压时，ui可具体表示为ua或ub；si和u
pv
的含义同前。
[0049]
光储变换器在上述四种开关状态下可实现直流侧和交流侧的内部能量交换，光储变换器的输出电压u0在不同的开关状态下具有三种矢量值，能够合成正弦电压，如表1所示。
[0050]
表1光储变换器不同开关状态下输出电压
[0051][0052]
在表1所示的第一种开关状态下，开关器件s1至s4的开关状态量分别为1、0、0、1，表示开关器件s1至s4的开关状态分别为关断、导通、导通、关断，即第一桥臂a的上桥臂关断、下桥臂导通，第二桥臂b的上桥臂导通、下桥臂关断，根据表达式(1)可得sa＝1、sb＝0，根据表达式(2)及u0与ua、ub的关系可得u0的矢量值为 u
pv
。在表1所示的第二种开关状态下，开关器件s1至s4的开关状态量分别为1、0、1、0，表示开关器件s1至s4的开关状态分别为关断、导通、关断、导通，即第一桥臂a的上桥臂关断、下桥臂导通，第二桥臂b的上桥臂关断、下桥臂导通，根据表达式(1)可得sa＝1、sb＝1，根据表达式(2)及u0与ua、ub的关系可得u0的矢量值为0。
[0053]
在表1所示的第三种开关状态下，开关器件s1至s4的开关状态量分别为0、1、1、0，表示开关器件s1至s4的开关状态分别为导通、关断、关断、导通，即第一桥臂a的上桥臂导通、下桥臂关断，第二桥臂b的上桥臂关断、下桥臂导通，根据表达式(1)可得sa＝0、sb＝1，根据表达式(2)及u0与ua、ub的关系可得u0的矢量值为-u
pv
。在表1所示的第四种开关状态下，开关器件s1至s4的开关状态量分别为0、1、0、1，表示开关器件s1至s4的开关状态分别为导通、关断、导通、关断，即第一桥臂a的上桥臂导通、下桥臂关断，第二桥臂b的上桥臂导通、下桥臂关断，根据表达式(1)可得sa＝0、sb＝0，根据表达式(2)及u0与ua、ub的关系可得u0的矢量值为0。
[0054]
s402，对于每个工作模态，根据该工作模态的模态参数、各直流侧储能单元的电流采样值以及输入端和输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值，通过预测模型对下一个采样周期内交流输出端的电流值、第二直流输入端的电流值和第一直流输入端的电压值进行预测，得到交流输出端的电流预测值、第二直流输入端的电流预测值和第一直流输入端的电压预测值。
[0055]
可选的，对于每个工作模态，根据该工作模态的模态参数、第一直流输入端的电压采样值、交流输出端的电流采样值和电压采样值，通过第一电流预测模型对下一个采样周期内交流输出端的电流值进行预测，得到交流输出端的电流预测值；根据该工作模态的模态参数、第一直流输入端的电压采样值、第二直流输入端的电流采样值和电压采样值，通过第二电流预测模型对下一个采样周期内第二直流输入端的电流值进行预测，得到第二直流输入端的电流预测值；根据该工作模态的模态参数、第一直流输入端的电压采样值、第一直流侧储能单元的电流采样值和第二直流侧储能单元的电流采样值，通过电压预测模型对下一个采样周期内第一直流输入端的电压值进行预测，得到第一直流输入端的电压预测值。
[0056]
基于当前采样周期各输入端和输出端的电流采样值和电压采样值，通过预测模型(包括第一电流预测模型、第二电流预测模型和电压预测模型)对下一采样周期的同样端口的电流值和电压值进行预测，可提高预测效率；预测模型的构建比较全面地考虑了不同端口参数的相互影响，基于该构建出的预测模型进行预测，可提高预测精度。
[0057]
在一种可选的实施方式中，可通过预先构建的第一电流预测模型、第二电流预测模型和电压预测模型，对下一个采样周期内交流输出端的电流值、第二直流输入端的电流值和第一直流输入端的电压值进行预测。
[0058]
在一个示例中，第一电流预测模型和第二电流预测模型可通过如下方式预先构建：
[0059]
参照图2所示的等效电路模型，可构建出光储变换器中交流输出端的电流和第二直流输入端(即蓄电池端)的电流的动态矢量方程，该方程如下：
[0060][0061]
在表达式(3)中，表示对交流输出端的电流i
ac
求微分，表示对第二直流输入端的电流i
bat
求微分，l
dc
表示直流侧的储能电感l1和l2的并联总电感，其余参数的含义同前。
[0062]
设对光储变换器进行采样的采样周期为ts，对表达式(3)中的微分项采用前相差分法，可以得到离散化后的第一电流预测模型和第二电流预测模型：
[0063][0064]
在表达式(4)中，i
ac
(k)和i
ac
(k 1)分别表示第k个采样周期和第k 1个采样周期光储变换器中交流输出端的电流，u
pv
(k)表示第k个采样周期第一直流输入端(即光伏电池端)的电压，u
ac
(k)表示第k个采样周期交流输出端的电压，i
bat
(k)和i
bat
(k 1)分别表示第k个采样周期和第k 1个采样周期第二直流输入端(即蓄电池端)的电流，u
bat
(k)表示第k个采样周期第二直流输入端的电压，其余参数含义同前。
[0065]
对于第k个采样周期，将光储变换器中两个桥臂的开关状态量代入表达式(4)中的sa和sb，第一直流输入端的电压采样值代入表达式(4)中的u
pv
(k)，交流输出端的电流采样值和电压采样值分别代入表达式(4)中的i
ac
(k)和u
ac
(k)，第二直流输入端的电流采样值和电压采样值分别代入表达式(4)中的i
bat
(k)和u
bat
(k)，可得到i
ac
(k 1)和i
bat
(k 1)的值，即为第k 1采样周期内交流输出端的电流预测值和第二直流输入端的电流预测值。
[0066]
基于与表达式(3)至(4)相似的原理，可构建出如下的电压预测模型：
[0067]
在表达式(5)中，u
pv
(k)和u
pv
(k 1)分别表示第k个采样周期和第k 1个采样周期光储变换器中第一直流输入端的电压，i
pv
(k)表示第k个采样周期第一直流输入端的电流，i
l1
(k)和i
l2
(k)分别表示第k个采样周期流经如图2所示的电感l1和l2的电流，c为如图2所示的稳压电容的电容值，其余参数含义同前。
[0068]
对于第k个采样周期，将光储变换器中两个桥臂的开关状态量代入表达式(5)中的sa和sb，第一直流输入端的电压采样值和电流采样值分别代入表达式(5)中的u
pv
(k)和i
pv
(k)，两个储能支路的电流采样值分别代入表达式(5)中的i
l1
(k)和i
l2
(k)，交流输出端的电流采样值代入表达式(5)中的i
ac
(k)，可得到u
pv
(k 1)的值，即为第k 1采样周期内第一直流输入端的电压预测值。
[0069]
s403，根据各工作模态下的各电流预测值和电压预测值，确定第一直流输入端、第二直流输入端和交流输出端在各工作模态下的总体误差值，作为光储变换器的输入输出误差值。
[0070]
可选的，第一直流输入端、第二直流输入端和交流输出端在某一工作模状态下的总体误差可由代价函数来表示。代价函数表示光储变换器中受控变量的总体误差，是判断系统每个采样时刻下工作模态是否最优的依据。在一种可选的实施方式中，针对如图2所示的光储变换器，代价函数表示的是交流输出端的电流i
ac
、第二直流输入端的电流i
bat
和第一直流输入端的电压u
pv
的总体误差，该代价函数的构建规则如下：
[0071]
交流输出端的电流i
ac
作为光储变换器逆变成功与否、谐波含量达标与否的判断标
准，是评估变换器性能的一项重要参数，故可将其与参考值的误差作为代价函数的第一部分。第二直流输入端的电流i
bat
作为蓄电池充放电的评判指标，可用于控制蓄电池充放电功率的大小，且与交流输出端的电流i
ac
间接控制了光伏电池输出电流的稳定，故可将其与参考值的误差作为代价函数的第二部分。第一直流输入端的电压u
pv
作为光伏电池稳定工作的指标，有利于光伏电池的最大功率跟踪和逆变系统正常工作，故可将其与参考值的误差作为代价函数最后一部分。
[0072]
根据该构建规则可构建出光储变换器的如下代价函数：
[0073][0074]
在表达式(6)中，λ1表示第二直流输入端的电流预测值的权重因子，λ2表示第一直流输入端的电流预测值的权重因子，表示交流输出端的电流参考值，表示第二直流输入端的电流参考值，表示第一直流输入端的电压参考值，j(k 1)表示光储变换器在第k 1个采样周期的代价函数值，其余参数含义同前。其中，权重因子λ1和λ2可根据实际情况确定，例如根据经验值确定，或实际应用中根据实际需求调试得到。
[0075]
可选的，根据各工作模态下的各电流预测值和电压预测值，确定第一直流输入端、第二直流输入端和交流输出端在各工作模态下的总体误差值，包括：
[0076]
获取第一直流输入端的输入功率和电压参考值，并获取交流输出端的输出功率和电流参考值；根据第一直流输入端的输入功率、交流输出端的输出功率和第二直流输入端的电压采样值，确定第二直流输入端的电流参考值；根据各电流预测值、各电流参考值、电压预测值和电压参考值，确定第一直流输入端、第二直流输入端和交流输出端在各工作模态下的总体误差值。
[0077]
在一种可选的实施方式中，第一直流输入端的电压参数值可根据最大功率跟踪算法确定，例如通过扰动观察法确定；交流输出端的电流参考值可通过功率计算得以，例如可由负载(例如图2中所示的交流侧负载r)的功率和电压相除得到。
[0078]
在另一种可选的实施方式中，第一直流输入端的电压参考值和交流输出端的电流参考值可根据实际需求或经验值预先设置。
[0079]
在一种可选的实施方式中，第二直流输入端的电流参考值可根据如下方式确定。
[0080]
光储变换器通过引入蓄电池缓冲了光伏电池输出功率的波动，也使得系统功率分配更加灵活。光储变换器系统中，第一直流输入端的输入功率(即光伏电池的输出功率)、第二直流输入端的输入功率(即蓄电池的输出功率)以及交流输出端的输出功率(即光储变换器的输出功率)三个功率始终保持平衡，只需控制其中两个功率的流动情况，根据能量守恒定律第三个功率源会自动匹配系统功率差。根据功率平衡可得：
[0081]
p
pv
p
bat
＝p
ac
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
表达式(7)
[0082]
在表达式(7)中，p
pv
表示第一直流输入端的输入功率，p
bat
表示第二直流输入端的输入功率，p
ac
表示交流输出端的输出功率。光伏电池作为单向功率源，其输出功率p
pv
恒为正值；当蓄电池充电时p
bat
为负值，蓄电池放电时p
bat
为正值；当光储变换器向负载侧输出功率时p
ac
为正值，反之为负值。
[0083]
对于负载参数可知的独立负荷，本技术实施例提供的控制策略仍适用于控制负载
电流。根据功率平衡，蓄电池的电流参考值由当前第一直流输入端的输入功率和交流输出端的输出功率之差所决定，为了防止蓄电池充、放电电流过大，在电流参考值前加入限幅环节，可得电流参考值为：
[0084][0085]
表达式(8)中的各参数含义同前。
[0086]
在另一种可选的实施方式中，第二直流输入端的电流参考值可以根据实际需求或经验值预先设置。
[0087]
可选的，在步骤s302中，根据最小的输入输出误差值控制光储变换器，包括：根据最小的输入输出值，通过驱动电路控制光储变换器。参照图2所示的光储变换器，可根据最小的输入输出误差值控制驱动电路，使驱动电路输出针对开关器件s1至s4的开关驱动信号，以驱动开关器件s1至s4的开关状态组合为最小的输入输出误差值对应的开关状态。
[0088]
在一种可选的实施方式中，在步骤s302中，根据电流采样值和电压采样值确定光储变换器在各工作模态下的输入输出误差值，根据最小的输入输出误差值控制光储变换器，包括：
[0089]
遍历各工作模态，在遍历到的每个工作模态下执行以下操作：
[0090]
根据输入端和输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值确定光储变换器在当前遍历到的工作模态下的输入输出误差值，作为当前输入输出误差值；确定当前输入输出误差值是否小于初始输入输出误差值；在当前输入输出值小于初始输入输出误差值的情况下，将初始输入输出误差值更新为当前输入输出误差值，否则，继续遍历下一工作模态；
[0091]
根据遍历结束时得到的初始输入输出误差值，控制光储变换器。
[0092]
本技术实施例中的初始输入输出误差值可由初始代价函数值表示，初始代价函数值可根据实际情况或经验值预先设置。
[0093]
上述遍历各工作模态的方式可对每个工作模态的输入输出误差值均进行计算和大小的比较，避免遗漏某个工作模态。
[0094]
在另一种可选的实施方式中，可同时确定各个工作模态下的输入输出误差值，通过比较确定各输入输出误差值中最小的一个输入输出误差值。
[0095]
在一种可选的实施方式中，基于上述表达式(1)至(8)，本技术实施例可实现基于mpc(model predictive control，模型预测控制)的控制策略，该控制策略的整体系统架构如图5所示，该控制策略的具体算法流程图6所示，参照图5和图6，该控制策略可以包括以下过程：
[0096]
1)系统控制环在当前采样周期kts(即第k个采样周期)采集得到交流输出端的电流采样值i
ac
(k)、第二直流输入端的电流采样值i
bat
(k)以及第一直流输入端的电压采样值u
pv
(k)；
[0097]
2)利用表达式(9)的功率计算方式，计算第二直流输入端的电流参考值并计算交流输出端的电流参考值和第一直流输入端的电压参考值
[0098]
3)设置初始代价函数值j
opt
为 inf，初始开关状态为第0个开关状态，即i＝0，此处
的i表示开关状态的编号；
[0099]
4)通过在线枚举，计算下一采样周期(k 1)ts光储变换器在各开关状态下的代价函数值，基于代价函数最小原则在其中选取得到下一采样周期(k 1)ts局部最优的一组开关状态量，将该组开关状态量作用于所对应的驱动电路，通过驱动电路作为光储变换器中的开关器件。
[0100]
参照图6，在实现上述步骤4)时，具体地，当i＝i 1即当前开关状态由初始开关状态变更为第1个开关状态时，利用表达式(5)和(6)的预测模型，计算下一采样周期(k 1)ts光储变换器的各开关状态下对应的交流输出端的电流预测值i
ac
(k 1)、第二直流输入端的电流预测值i
bat
(k 1)以及第一直流输入端的电压预测值u
pv
(k 1)。根据表达式(7)计算当前开关状态下的代价函数得到代价函数值ji，在ji《j
opt
即当前的代价函数值ji小于初始代价函数值j
opt
时，令j
opt
＝ji即将初始代价函数值j
opt
更新为当前的代价函数值ji，并令xi＝i，表示最优开关状态xi为第i个开关状态。确定是否满足i＝4即当前开关状态是否为最后一种开关状态，若是，则将当前确定出的最优开关状态量(即最小的代价函数值对应的开关状态量)通过驱动电路作为于光储变换器中的开关器件；若否，则令i＝i 1使当前开关状态由第1个开关状态变更为第2个开关状态，再次重复上述操，后续开关状态的操作依次类推。
[0101]
通过上述控制策略，可达到下一采样周期(k 1)ts系统输出的i
ac
(k 1)、i
bat
(k 1)和u
pv
(k 1)总体误差最小的控制目标，在此基础上，根据给定的光伏电池的输出参考电压可使光伏电池工作于最大功率点处，以实现最大限度的能量利用。
[0102]
本技术实施例对上述各操作和步骤的顺序不作限定，可实现上述控制策略即可，图6所示的各步骤的先顺序仅作为一种示例，在实际应用中还可以调整其中部分步骤的顺序。图5作为示例，仅示出部分参数的采样操作，未示出全部参数的采样操作。
[0103]
本技术的发明人为了验证本技术实施例提供基于模型预测控制的光储协调控制策略对光储变换器控制的有效性，使用plecs软件(一种电力电子仿真软件)搭建了相应的电路模型并进行控制算法编写，对光储变换器不同工作模态进行了仿真实验验证，其涉及的仿真参数见表2。
[0104]
表2光储变换器仿真参数
[0105]
[0106][0107]
图7示出了光储变换器各端口的仿真波形图，其中，图(a)为光储变换器的输出电流的仿真波形示意图，图(b)为光储变换器的输出功率的仿真波形示意图，图(c)为光储变换器的蓄电池的输出电流的仿真波形示意图，图(d)为蓄电池的输出功率的仿真波形示意图，图(e)为光储变换器的光伏电池的输出电压(即直流母线电压)的仿真波形示意图，图(f)为光伏电池的输出功率的仿真波形示意图。
[0108]
参照图7所示，光储变换器的输出功率p
ac
恒为100w，在t＝0.5s时刻前光伏电池输出最大功率pm为50w，光伏电池的输出电压稳定在最大功率点电压380v处，蓄电池通过功率平衡来补齐差额功率，输出功率p
bat
约为50w，直流母线电压保持稳定；但在t＝0.5s时刻光照强度突然增大导致光伏电池输出最大功率pm突增为150w，此时光储变换器的输出功率保持恒定且输出电流波形稳定无畸变，同时蓄电池吸收光伏电池所发出的额外功率，吸收功率p
bat
约为50w，蓄电池端口电流为负。
[0109]
当光储变换器系统处于黑夜或极端天气情况下时，光伏电池因无法正常工作而退出系统，此时仅由蓄电池向负载提供电能，系统各参数仿真波形如图8所示，图8中图(a)至(f)所表示的参数分别与图7中的图(a)至(f)所表示的参数相同。由图8可知，当蓄电池输出功率p
bat
为100w时,负载侧功率p
ac
保持稳定由于线路阻抗损耗等原因略小于100w，光伏电池端口电压u
pv
约为380v并有所下降，而蓄电池输出电流始终为正，输出侧电流保持较好的正弦度且无明显畸变。
[0110]
本技术实施例提供的光储变换器的控制方法，至少能够实现如下有益效果：
[0111]
1)本技术实施例可基于光储变换器的输入端和输出端的电流采样值和电压采样值确定光储变换器在各工作模态下的输入输出误差值，进而基于输入输出误差实现光储协调控制而不需要pwm调制模块，系统的集成度较高且易于通过数字电路来控制，同时控制方法更为简单并可减小延迟，进而可提高系统的整体性能；
[0112]
2)本技术实施例通过选择最小的输入输出误差可选择出最优的工作模态，实现最优控制，降低光储变换器的损耗。
[0113]
3)本技术实施例两个直流输入端和一个交流输出端的电流值和电压值进行采集，基于采集到的电流采样值和电压采样值可构建该三个端口之间的参数关系，可实现该三个端口和开关器件之间耦合性较强的光储变换器控制，进而可实现对三个端口的功率和能量流动的控制，使得系统具有较高的控制稳定性和动态性能。
[0114]
4)本技术实施例可基于当前采样周期各输入端和输出端的电流采样值和电压采样值，通过预测模型对下一采样周期的同样端口的电流值和电压值进行预测，可提高预测效率；预测模型的构建比较全面地考虑了不同端口参数的相互影响，基于该构建出的预测模型进行预测，可提高预测精度。
[0115]
5)本技术实施例可考虑空间状态变量的各种约束条件，适用于非线性的复杂系统，通过实时在线优化达到对系统更高的控制精度，可充分利用电力电子电路的离散特性，便于构建电路输入、输出之间的相互影响参数关系，进而可直接操控电路的开关状态不需要pwm调制模块。
[0116]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种光储变换器的控制装置，如图9所示，该装置可以包括：数据获取模块901和驱动模块902。
[0117]
数据获取模块901，用于获取当前采样周期内光储变换器的输入端和输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值。
[0118]
驱动模块902，用于根据输入端和输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值确定光储变换器在各工作模态下的输入输出误差值，根据最小的输入输出误差值控制光储变换器，使光储变换器的工作模态为最小的输入输出误差值对应的工作模态。
[0119]
可选的，数据获取模块901具体用于：获取当前采样周期内光储变换器的第一直流输入端、第二直流输入端和交流输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值；获取当前采样周期内光储变换器中各直流侧储能单元的电流采样值。
[0120]
可选的，驱动模块902包括：状态量获取单元、预测单元和误差确定单元。
[0121]
状态量获取单元，用于获取各工作模态的模态参数。
[0122]
预测单元，用于对于每个工作模态，根据该工作模态的模态参数、各直流侧储能单元的电流采样值以及输入端和输出端中每个端口的电流采样值和电压采样值，通过预测模型对下一个采样周期内交流输出端的电流值、第二直流输入端的电流值和第一直流输入端的电压值进行预测，得到交流输出端的电流预测值、第二直流输入端的电流预测值和第一直流输入端的电压预测值。
[0123]
误差确定单元，用于根据各工作模态下的各电流预测值和电压预测值，确定第一直流输入端、第二直流输入端和交流输出端在各工作模态下的总体误差值，作为光储变换器的输入输出误差值。
[0124]
可选的，预测单元具体用于：根据该工作模态的模态参数、第一直流输入端的电压采样值、交流输出端的电流采样值和电压采样值，通过第一电流预测模型对下一个采样周期内交流输出端的电流值进行预测，得到交流输出端的电流预测值；根据该工作模态的模态参数、第一直流输入端的电压采样值、第二直流输入端的电流采样值和电压采样值，通过第二电流预测模型对下一个采样周期内第二直流输入端的电流值进行预测，得到第二直流输入端的电流预测值；根据该工作模态的模态参数、第一直流输入端的电压采样值、第一直流侧储能单元的电流采样值和第二直流侧储能单元的电流采样值，通过电压预测模型对下一个采样周期内第一直流输入端的电压值进行预测，得到第一直流输入端的电压预测值。
[0125]
可选的，误差确定单元具体用于：获取第一直流输入端的输入功率和电压参考值，并获取交流输出端的输出功率和电流参考值；根据输入功率、输出功率和第二直流输入端的电压采样值，确定第二直流输入端的电流参考值；根据各电流预测值、各电流参考值、电
压预测值和电压参考值，确定第一直流输入端、第二直流输入端和交流输出端在各工作模态下的总体误差值。
[0126]
可选的，驱动模块具体用于：
[0127]
遍历各工作模态，在遍历到的每个工作模态下执行以下操作：根据电流采样值和电压采样值确定光储变换器在当前遍历到的工作模态下的输入输出误差值，作为当前输入输出误差值；确定当前输入输出误差值是否小于初始输入输出误差值；在当前输入输出值小于初始输入输出误差值的情况下，将初始输入输出误差值更新为当前输入输出误差值；
[0128]
根据遍历结束时得到的初始输入输出误差值，控制光储变换器的驱动电路。
[0129]
本发明实施例各装置中的各模块的功能可以参见上述方法中的对应描述，在此不再赘述。
[0130]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种光储变换器的控制设备，如图10所示，该控制设备包括：存储器1001和处理器1002，存储器1001中存储有计算机程序，该计算机程序可由处理器1002加载并运行，以实现本技术任一实施例提供的光储变换器的控制方法。存储器1001和处理器1002的数量可以为一个或多个。
[0131]
在一种可选的实施方式中，该控制设备还可包括：
[0132]
通信接口1003，用于与外界设备进行通信，进行数据交互传输。
[0133]
如果存储器1001、处理器1002和通信接口1003独立实现，则存储器1001、处理器1002和通信接口1003可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。该总线可以是工业标准体系结构(industry standard architecture，isa)总线、外部设备互连(peripheral component interconnect，pci)总线或扩展工业标准体系结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10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。
[0134]
可选的，在具体实现上，如果存储器1001、处理器1002及通信接口1003集成在一块芯片上，则存储器1001、处理器1002及通信接口1003可以通过内部接口完成相互间的通信。
[0135]
在一个示例中，本技术提供的光储变换器的控制设备可与驱动电路连接，驱动电路与光储变换器电连接，该控制设备可通过驱动电路对光储变换器的工作模态进行控制。
[0136]
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本技术实施例中提供的方法。
[0137]
本技术实施例还提供了一种芯片，该芯片包括，包括处理器，用于从存储器中调用并运行存储器中存储的指令，使得安装有芯片的通信设备执行本技术实施例提供的方法。
[0138]
本技术实施例还提供了一种芯片，包括：输入接口、输出接口、处理器和存储器，输入接口、输出接口、处理器以及存储器之间通过内部连接通路相连，处理器用于执行存储器中的代码，当代码被执行时，处理器用于执行申请实施例提供的方法。
[0139]
应理解的是，上述处理器可以是中央处理器(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者是任何常规的处理器等。值得说明的是，处理器可以是支持进阶精简指令集机器(advanced risc machines，arm)架构的处理
器。本领域技术人员可根据具体需求选择处理器，本技术实施例对此不作限定。
[0140]
进一步地，可选的，上述存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，还可以包括非易失性随机存取存储器。该存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以包括只读存储器(read-only memory，rom)、可编程只读存储器(programmable rom，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable prom，eprom)、电可擦除可编程只读存储器(electrically eprom，eeprom)或闪存。易失性存储器可以包括随机存取存储器(random access memory，ram)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的ram可用。例如，静态随机存取存储器(static ram，sram)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)、同步动态随机存取存储器(synchronous dram，sdram)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data date sdram，ddr sdram)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced sdram，esdram)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink dram，sldram)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambus ram，dr ram)。
[0141]
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。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计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术的流程或功能。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。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。
[0142]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本技术的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0143]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0144]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分。并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能。
[0145]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。
[0146]
应理解的是，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上
述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。上述实施例方法的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0147]
此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。上述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读存储介质中。该存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0148]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。