专利名称：与包括串联的光伏模块的光伏发电装置有关的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及串联连接的光伏模块，并且特别地涉及识别具有两个最大功率点的状况。
背景技术：
光伏发电系统变得越来越流行。该系统包括最大功率点跟踪器(MPPT)以用于从光伏模块获取最大可用功率。最大功率点跟踪器以如下方式工作，该方式使得模块的输出电压和电流在使从模块输出的功率最大化的工作点处。存在有基本上通过改变模块的输出电压进行操作并计算从所述模块输出的功率是增加还是降低的多种可用的已知跟踪方法。该计算在光伏发电装置工作期间进行，这是因为工作条件可能发生变化。例如，由于云层遮蔽模块或由于太阳的相对位置的变化，所以最大功率点可能发生变化。通常将光伏模块串联连接或并联连接以增大发电装置的额定功率。当将模块串联连接时，系统的电压增大，并且因此系统的额定功率也增大。模块的串联连接可能产生如下状况:在该状况中串联连接的模块不均匀地接收辐照。这些状况可能导致如下状态:在该状态中最大功率点跟踪器将串联连接的模块的输出端处的转换器的工作点设定成不是最大功率点的功率点。均匀辐照度条件下光伏(PV)发电装置的电特性具有唯一一个局部最大功率点(MPP)并且因此具有全局最大功率点，在该最大功率点处可以获取最大可用功率。这在图1(a)中示出，图1 (a)示出了发电装置的功率作为电压的函数。如果发电装置例如被局部地遮挡(串联连接的PV模块的一部分被遮挡)，则电特性具有两个局部MPP。在图1 (b)中示出了在这样的条件下的电特性的示例。在图1 (b)中可以看出，可获得的功率如何具有两个被标记为MPP的局部最大点。如上所述，最大功率点跟`踪器可能会将太阳能光伏功率系统的转换器设定成在不是全局最大功率点的最大功率点处工作。如果系统包括光伏模块的串联连接并且系统可能具有多个最大功率点，则MPP跟踪器可以以如下方式进行操作，该方式使得MPP跟踪器扫描该串联连接的各个工作点以找出是否存在可以从其获取更多功率的工作点。这种对工作点的扫描是费时的，这是因为即使系统的工作处于唯一的最大功率点或全局最大功率点，也必须照常地执行该扫描。此外，对工作点进行扫描所花费的时间浪费在最大功率点处的操作上。在重复扫描期间，损失了一些能量。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法以及一种用于实施该方法的设备以缓解上述缺点。本发明的目的是通过以独立权利要求中所陈述的内容为特征的方法和设备来实现的。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。本发明基于以下构思:估计最大功率点电压并将估计的最大功率点电压与作为局部最大功率点之一的当前工作点的电压进行比较。比较这两个电压并根据该比较来判断是否存在当前工作点不是实际的全局最大功率点的可能性。本发明的方法和设备的优点是:如果本方法判断出存在唯一一个最大功率点或当前工作点是全局工作点，则不需要执行对各个工作点的扫描。
在下文中，将参照附图借助于优选实施方式对本发明进行更加详细地描述，在附图中:图1示出了(a)在均匀条件下和(b)在局部遮挡条件下工作的PV发电装置的电特性；图2示出了 18个串联连接的PV模块的最大功率点电压和最大功率点电流；图3示出了(a)在较高电压处的MPP以及(b)相应的电特性；图4示出了(a)在较高电压处的MPP情况下测得的MPP电压与估计的MPP电压之间的电压差以及(b )较高电压处的MPP与较低电压处的MPP之间的功率差；以及图5示出了利用 本方法的实施方式的最大功率点跟踪算法的框图。
具体实施例方式本公开内容涉及一种用于对包括串联连接的PV模块的PV发电装置的两个最大功率点条件进行识别的方法和设备。该方法基于将测得的MPP电压与均匀辐照度条件下的估计的MPP电压进行的比较。在该方法中，对最大功率点电压和最大功率点电流进行确定。该确定是通过使用能够产生PV发电装置可以以其进行工作的最大功率点的方法来进行的。最大功率点跟踪方法的示例包括导纳增量法和扰动观察法。基本地，对所述模块的工作点即最大功率点电流和电压进行测量，并且将测量值继续用于根据公开内容的方法。在该方法中，对环境温度进行确定，并使用最大功率点电流Impp和所确定的环境温度来计算估计的最大功率点电压。将估计的最大功率点电压与所确定的最大功率点电压进行比较。基于估计的最大功率点与所确定的最大功率点之间的比较，确定PV发电装置是在均匀条件下工作还是在具有两个最大功率点的条件下工作。当估计的最大功率点电压与所确定的最大功率点电压之间相差大于预定量时，则判断出存在两个最大功率点。本方法中估计的MPP电压是均匀条件下的MPP电压。该估计基于串联连接的PV模块的数目和类型以及工作条件，例如辐照度、环境温度以及PV模块的温度。所确定的MPP电流用于估计串联连接的PV模块的辐照度。通过使用所测得的MPP电流和环境温度，模块的温度可以通过使用温升系数来被估计，该温升系数用于确定PV模块由于辐照度而高于环境温度的温度上升。图2示出了包括18个串联连接的PV模块的PV发电装置在局部遮挡条件下的MPP电压和MPP电流。未被遮挡的PV模块的辐照度为800W/m2。在该示例中，通过每次对PV模块的一部分进行遮挡来实现对发电装置的局部遮挡。还改变遮挡的强度。图2还包含在所有PV模块都被遮挡的均匀条件下的MPP。这些情况下的MPP是一组高电压处的点中的最左边的点。可以看出，在这些情况下的MPP电流由于变化的遮挡强度而发生变化。图2中的实线示出了当温升系数为O (KT=0 (K/W/m2))时在均匀条件下的MPPJ^升系数为O意味着PV模块的温度没有因为辐照度而上升而是保持处于环境温度。这不是实际情况。根据PV模块的技术说明计算出温升系数KT=0.0325Km2/W, PV模块的技术说明给出了 PV模块在标称工作条件(NOC)下的温度。温升系数是依赖于PV模块的系数。在图2中可以看出，MPP在靠近6A的电流(对应于800W/m2的辐照度)处或者靠近450V的电压处。在靠近6A的电流处的MPP表不较低电压处的MPP,而在靠近450V的电压处的MPP表示较高电压处的MPP，如图1 (b)所示。可以看出，较低电压处的MPP的电压显著地不同于均匀条件下(红点M^mpp电压。对于较高电压处的mpp并非如此。对于较高电压处的ΜΡΡ,ΜΡΡ电压非常接近于均匀条件下的MPP电压。在图3中以扩展图示出了较高电压处的ΜΡΡ。灰度级表示不同的工作条件和遮挡条件。在图3 Ca)中可以看出，在均匀条件下的MPP附近的点31实际上是使得存在唯——个MPP的工作条件和遮挡条件下的MPP。这在图3 (b)中用曲线33示出。曲线33在180V附近发生弯曲，但是曲线33不含有局部MPP。在图3 Ca)中(从左到右)接下来的MPP用32标记。这些MPP为全局MPP，这意味着较高电压处的局部MPP与较低电压处的MPP相比具有更多的功率。这在图3 (b)中用曲线34示出。最后，其余点为局部MPP，它们与较低电压处的MPP相比具有更少的功率。这在图3 (b)中用曲线35示出。本发明基于具有两个最大功率点的PV发电装置的观察到的性能。因为MPP电流与由PV模块接收的辐照度几乎成正比，所以可以通过对系统以其工作的局部MPP的电流和环境温度进行测量并通过使用温升系数Kt计算PV模块的温度来准确地估计均匀条件下的MPP电压(图2中高电压处的最左边的MPP点)。
如前面所提到的那样，如果PV发电装置在较低电压处的MPP处工作，则MPP电压显著地不同于估计的MPP电压。对于较高电压处的MPP并非如此。但是在图3 (a)中可以看出，与均匀条件下的MPP最接近的MPP (区域31中的点)实际上是具有一个MPP情况下的MPP0其次最接近的MPP(区域32中的点)是全局MPP。这表明，尽管在估计的MPP电压微小误差的情况下可能不会识别出两个最大功率点的条件，但是PV发电装置仍然会在全局MPP处工作并且不会由于非最佳工作点而损失功率。所测得的MPP与估计的MPP之间相差越大，则越有可能具有在较低电压处有更多功率的MPP。这在图4 (a)和图4 (b)中示出，其中，系统遮挡表示被遮挡的PV模块的量，遮挡强度表示由于遮挡而引起的辐照度衰减(衰减的辐照度的量与由未被遮挡的PV模块接收的辐照度之比)。在图4 (a)中可以看出，当从该图的右下部向该图的左上角移动时，电压差增加。可以看出，图4 (b)中的功率差发生了相同的情况。在图4 (b)中可以看出，在接近对角线的某点处，功率差为O。在图4 (a)中，在相同对角线上，所测得的MPP与估计的MPP之间的电压差为约20V，这可以在包括串联连接的PV模块的PV发电装置的控制算法中用作为对局部遮挡条件的指示。对于18个串联连接的硅基PV模块来说，20V的电压差为标称开路电压的约4%。可以示出的是:如果不考虑由于辐照度而造成的温度变化，则电压差的限值约为Udiff=Nc (Umpp1-Umpp2),其中，N。是串联连接的PV电池的总数目，Umppi是未被遮挡的PV电池的MPP电压，Umpp2是被遮挡的PV电池的MPP电压。如果考虑由于辐照度而造成温度上升对MPP电压的影响，则对于硅基PV电池来说电压差Umpp1-Umpp2为约0.021V，且电压差以下述方式受温升系数Kt的影响，所述方式为更高的Kt导致更低的Udiff。在18个串联连接的PV模块各自具有54个串联连接的PV电池的情况下，对应于图1至图4中给出的示例情况的Udiff约为 20.4V。在下文中，参照示出了本方法的实施方式的图5的框图来解释本公开内容。在框53和框54中，测量光伏(PV)发电装置的电流和电压以及该发电装置的环境温度，以便估计发电装置在均匀条件下会具有的MPP的电压。在图5的框图中，本方法开始于框51，框52中的IncCond指的是一种MPP跟踪算法，即导纳增量算法，该算法将工作点移动到PV发电装置的功率-电压曲线上最接近最大值处。Umpp和Impp是通过IncCond算法获得并在框53中被保存的局部MPP的电压和电流。Tamb为框54中测得的环境温度。如果PV发电装置在均匀条件下在与测得的MPP电流对应的辐照度的情况下工作，则本实施方式需要关于局部MPP和环境温度的信息以估计MPP的电压Uest。在本示例中，在框55中以下述方式计算Uest:
权利要求
1.一种与包括串联连接的光伏模块的光伏发电装置有关的方法，所述方法包括: 确定(52)最大功率点电压(Umpp)和最大功率点电流(Impp),其特征在于,所述方法还包括: 确定(54)环境温度(Tamb), 通过使用所述最大功率点电流(Impp)和所确定的环境温度(Tamb)来计算(55)估计的最大功率点电压(Uest)， 将所述估计的最大功率点电压与所确定的最大功率点电压(Umpp)进行比较(56)，以及根据所述比较来确定所述发电装置是在均匀条件下工作还是在具有两个最大功率点的条件下工作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述估计的最大功率点电压的步骤包括:使用与所使用的光伏模块有关的数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤:如果确定所述发电装置在所述具有两个最大功率点的条件下工作，则开始搜索(57 )另一个最大功率点。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤:如果确定所述另一个最大功率点是全局最大功率点，则将工作点移动到所述另一个最大功率点。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法被连续地重复。
6.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，其中，在计算机中执行所述程序代码使得所述计算机实施根据权利 要求1至6中任一项所述的方法的各个步骤。
7.—种与包括串联连接的光伏模块的光伏发电装置有关的设备，包括: 用于确定(52)最大功率点电压(Umpp)和最大功率点电流(Impp)的装置,其特征在于,所述设备还包括: 用于确定(54)环境温度(Tamb)的装置， 用于通过使用所述最大功率点电流(Impp)和所确定的环境温度(Tamb)来计算(55)估计的最大功率点电压(Uest)的装置， 用于将所述估计的最大功率点电压与所确定的最大功率点电压(Umpp)进行比较(56)的装置，以及 用于根据所述比较来确定所述发电装置是在均匀条件下工作还是在具有两个最大功率点的条件下工作的装置。
全文摘要
一种与包括串联连接的光伏模块的光伏发电装置有关的方法和设备，该方法包括确定(52)最大功率点电压(UMPP)和最大功率点电流(IMPP)。该方法还包括确定(54)环境温度(Tamb)，通过使用最大功率点电流(IMPP)和所确定的环境温度(Tamb)来计算(55)估计的最大功率点电压(Uest)，将估计的最大功率点电压与所确定的最大功率点电压(UMPP)进行比较(56)，以及根据该比较来确定该发电装置是在均匀条件下工作还是在具有两个最大功率点的条件下工作。
文档编号G05F1/67GK103226373SQ20131000201
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月4日 优先权日2012年1月31日
发明者安西·迈基, 塞波·瓦尔凯亚拉赫蒂 申请人:Abb公司