一种实现最大功率点跟踪的方法、装置和光伏发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种实现最大功率点跟踪的方法、装置和光伏发电系统，以较为简便的计算方式实现对光伏发电系统最大功率点进行跟踪。所述方法包括：检测光伏阵列和逆变器之间的耦合电容上电压纹波极大值Uin_max和极小值Uin_min，以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点PMPP；在最大功率点PMPP偏移时，通过耦合电容中存储能量的增加或释放，将最大功率点PMPP移动至光伏阵列功率输出曲线上新的位置P；根据新的位置P上对应的功率值与最大功率点PMPP上对应的功率值的关系，确定是否将新的位置P作为光伏发电系统稳定工作时新的工作点。一方面，本发明降低了逆变器的成本和提高了系统的可靠性；另一方面，本发明计算简便并免去了振荡，提高了光伏发电系统的发电效率。
【专利说明】一种实现最大功率点跟踪的方法、装置和光伏发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能应用领域，具体涉及一种实现最大功率点跟踪的方法、装置和光伏发电系统。
【背景技术】
[0002]太阳能光伏阵列是光伏发电系统的重要组成部分，其输出特性具有非线性的特点，并且输出受太阳幅照度、环境温度和负载影响，只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点(Maximum Power Point，MPP)。为了有效地利用光伏电池，对光伏发电进行最大功率点跟踪(Maximum Power Point Ttracking, MPPT)就显得尤为重要。
[0003]MPPT的工作原理为:在一个规定的周期内，微处理器定期地主动调节PWM的占空比D，改变太阳能光伏阵列的输出电流，从而引起太阳能电池的输出电压变化，检测太阳能电池输出电压及输出电流，计算出太阳能光伏阵列的输出功率，然后根据最大功率点跟踪策略寻找最大功率点的位置。
[0004]现有技术提供的一种实现最大功率点跟踪的方法是:结合电容特性，通过计算每个开关周期光伏阵列一侧电容电流和控制输入的电流，间接得到光伏发电系统的输出电流，进而再得出输出功率。
[0005]然而，上述现有技术提供的方法，其电流的计算过程较为复杂，对于实际应用，要求微处理器计算处理能力有较高的要求。
【发明内容】
[0006]本发明实施例提供一种实现最大功率点跟踪的方法、装置和光伏发电系统，以较为简便的计算方式实现对光伏发电系统最大功率点进行跟踪。
[0007]本发明实施例提供一种实现最大功率点跟踪的方法，所述方法包括:
[0008]检测光伏阵列和逆变器之间的耦合电容上电压纹波极大值Uin max和极小值Uin min，以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点Pmpp ;
[0009]在所述最大功率点Pmpp偏移时，通过所述耦合电容中存储能量的增加或释放，将所述最大功率点Pmpp移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P ；
[0010]根据所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值的关系，确定是否将所述新的位置P作为光伏发电系统稳定工作时新的工作点。
[0011]本发明另一实施例提供一种实现最大功率点跟踪的装置，所述装置包括:
[0012]工作点获取模块，用于检测光伏阵列和逆变器之间的耦合电容上电压纹波极大值Uin max和极小值Uin min,以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点Pmpp ；
[0013]工作点移动模块，用于在所述最大功率点Pmpp偏移时，通过所述耦合电容中存储能量的增加或释放，将所述最大功率点Pmpp移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P ；
[0014]工作点重确定模块，用于根据所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值的关系，确定是否将所述新的位置P作为光伏发电系统稳定工作时新的工作点。
[0015]从上述本发明实施例可知，一方面，由于检测光伏阵列和逆变器之间的耦合电容上电压纹波极大值Uinniax和极小值Uinniin,以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点
因此，在对最大功率点Pmpp跟踪时无需电流传感器，降低了逆变器的成本和提高了系统的可靠性；另一方面，由于在最大功率点Pmpp偏移时，通过耦合电容中存储能量的增加或释放，将最大功率点Pmpp移动至光伏阵列输出曲线上新的位置P，如此，在外界环境发生变化时能及时作出调整，重新找到最大功率点，并在新的最大功率点上稳定工作，计算简便，并且免去了振荡，提高了光伏发电系统的发电效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例提供的实现最大功率点跟踪的方法的基本流程示意图；
[0017]图2是本发明实施例提供的光伏发电系统示意图；
[0018]图3是本发明实施例提供的光伏发电系统的逆变器的输出功率波形图；
[0019]图4是本发明实施例提供的光伏阵列功率输出曲线；
[0020]图5是本发明另一实施例提供的光伏阵列功率输出曲线；
[0021]图6是本发明另一实施例提供的光伏阵列功率输出曲线；
[0022]图7是本发明实施例提供的实现最大功率点跟踪的装置结构示意图；
[0023]图8是本发明另一实施例提供的实现最大功率点跟踪的装置结构示意图；
[0024]图9_a是本发明另一实施例提供的实现最大功率点跟踪的装置结构示意图；
[0025]图9_b是本发明另一实施例提供的实现最大功率点跟踪的装置结构示意图；
[0026]图ΙΟ-a是本发明另一实施例提供的实现最大功率点跟踪的装置结构示意图；
[0027]图ΙΟ-b是本发明另一实施例提供的实现最大功率点跟踪的装置结构示意图；
[0028]图ΙΙ-a是本发明另一实施例提供的实现最大功率点跟踪的装置结构示意图；
[0029]图ΙΙ-b是本发明另一实施例提供的实现最大功率点跟踪的装置结构示意图；
[0030]图12是本发明实施例提供的光伏发电系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]本发明实施例提供一种实现最大功率点跟踪的方法，包括:检测光伏阵列和逆变器之间的稱合电容上电压纹波极大值Uinjiax和极小值Uinjlin,以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点Pmpp ;在所述最大功率点Pmpp偏移时，通过所述耦合电容中存储能量的增加或释放，将所述最大功率点Pmpp移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P ;根据所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值的关系，确定是否将所述新的位置P作为光伏发电系统稳定工作时新的工作点。本发明实施例还提供相应的实现最大功率点跟踪的装置和光伏发电系统。以下分别进行详细说明。
[0032]本发明实施例的实现最大功率点跟踪的方法的基本流程可参考附图1，该方法可以应用于附图2示例的光伏发电系统。附图1示例的实现最大功率点跟踪的方法主要包括如下步骤SlOl至步骤S103:
[0033]S101，检测光伏阵列和逆变器之间的耦合电容上电压纹波极大值Uin max和极小值Uinjlin,以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点Pmpp。
[0034]具体地，所述检测光伏阵列和逆变器之间的耦合电容上电压纹波极大值Uinmax和极小值Uin min，以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点Pmpp包括如下步骤SlOll至步骤 S1012:
[0035]S1011，检测到耦合电容上电压纹波极大值Uin max和极小值Uin min。
[0036]在附图2示例的光伏发电系统中，光伏(PV)阵列一侧作为光伏电池输出端给逆变器提供能量，Cpv为光伏阵列和逆变器之间的耦合电容。由于逆变器输出为正弦交流，因此，逆变器瞬时输出功率PJt)是变化的，可知逆变器输入端功率Pin(t)也是瞬时变化的，则耦合电容起着能量缓冲的作用，以保证输入电压稳定在一个微小变换范围之内，使光伏(PhotoVoltaic, PV)阵列输出点稳定。
[0037]已知逆变器输出端与电网相连，电压同相，现假设电流也与电压同相，有:
[0038]
【权利要求】
1.一种实现最大功率点跟踪的方法，其特征在于，所述方法包括: 检测光伏阵列和逆变器之间的耦合电容上电压纹波极大值Uin _和极小值Uin min，以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点Pmpp ; 在所述最大功率点Pmpp偏移时，通过所述耦合电容中存储能量的增加或释放，将所述最大功率点Pmpp移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P ; 根据所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值的关系，确定是否将所述新的位置P作为光伏发电系统稳定工作时新的工作点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测光伏阵列和逆变器之间的耦合电容上电压纹波极大值Uin max和极小值Uin min，以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点Pmpp，包括: 检测到所述耦合电容上电压纹波极大值Uin max和极小值Uin min ； 计算
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在所述最大功率点Pmpp偏移时，通过所述耦合电容中存储能量的增加或释放，将所述最大功率点Pmpp移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P，包括: 若所述最大功率点Pmpp移动后的位置在所述光伏阵列输出曲线上的功率值大于所述最大功率点Pmpp在所述光伏阵列功率输出曲线上的功率值，则通过将功率差值增加至所述耦合电容中，以不断升高所述耦合电容的电压Upv，或者，若所述最大功率点Pmpp移动后的位置在所述光伏阵列功率输出曲线上的功率值大于所述最大功率点Pmpp在所述光伏阵列输出曲线上的功率值，则通过释放所述耦合电容中存储能量，以不断降低所述耦合电容的电压Upv，直至将所述最大功率点Pmpp移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值的关系，确定是否将所述新的位置P作为光伏发电系统稳定工作时新的工作点，包括: 若所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值相等，则将所述新的位置P确定为光伏发电系统稳定工作时新的工作点。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值的关系，确定是否将所述新的位置P作为光伏发电系统稳定工作时新的工作点，包括: 若不断升高或降低所述耦合电容的电压Upv后，所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值仍然不相等，则快速下调控制功率参考值； 通过所述耦合电容中存储能量的增加或释放，将所述最大功率点Pmpp移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P’ ；在所述新的位置P’上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值相等，则将所述新的位置P’确定为光伏发电系统稳定工作时新的工作点。
6.一种实现最大功率点跟踪的装置，其特征在于，所述装置包括: 工作点获取模块，用于检测光伏阵列和逆变器之间的耦合电容上电压纹波极大值Uin_和极小值Uin niin,以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点Pmpp ； 工作点移动模块，用于在所述最大功率点Pmpp偏移时，通过所述耦合电容中存储能量的增加或释放，将所述最大功率点Pmpp移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P ； 工作点重确定模块，用于根据所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值的关系，确定是否将所述新的位置P作为光伏发电系统稳定工作时新的工作点。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述工作点获取模块包括: 检测单元，用于检测到所述耦合电容上电压纹波极大值Uin max和极小值Uinjdn ； 计算单元，用于计算Pdc;=w*CE ^tt ^ A V,所述w为市电电网角频率,所述Cpv为所述f禹合电容的电容量，所述Udc为un，所述
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述工作点移动模块包括: 移动单元，用于若所述最大功率点Pmpp移动后的位置在所述光伏阵列功率输出曲线上的功率值大于所述最大功率点Pmpp在所述光伏阵列功率输出曲线上的功率值，则通过将功率差值增加至所述耦合电容中，以不断升高所述耦合电容的电压Upv，或者，若所述最大功率点Pmpp移动后的位置在所述光伏阵列功率输出曲线上的功率值大于所述最大功率点Pmpp在所述光伏阵列功率输出曲线上的功率值，则通过释放所述耦合电容中存储能量，以不断降低所述耦合电容的电压Upv，直至将所述最大功率点Pmpp移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述工作点重确定模块包括: 第一确定单元，用于若所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值相等，则将所述新的位置P确定为光伏发电系统稳定工作时新的工作点。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述工作点重确定模块包括: 参考值下调单元，用于若不断升高或降低所述耦合电容的电压Upv后，所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值仍然不相等，则快速下调控制功率参考值； 重移动单元，用于通过所述耦合电容中存储能量的增加或释放，将所述工作APw移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P’ ； 重确定单元，用于在所述新的位置P’上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值相等，则将所述新的位置P’确定为光伏发电系统稳定工作时新的工作点。
11.一种光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括权利要求6至10中任意一项所述的实现最大功率点跟踪的装置、光伏阵列、耦合电容和逆变器；所述实现最大功率点跟踪的装置，用于检测所述光伏阵列和逆变器之间的耦合电容上电压纹波极大值Uinmax和电压纹波极小值Uinmin检测，以获取光伏发电系统稳定工作时的最大功率点Pmpp,在所述最大功率点Pmpp偏移时，通过所述耦合电容中存储能量的增加或释放，将所述最大功率点Pmpp移动至所述光伏阵列功率输出曲线上新的位置P，根据所述新的位置P上对应的功率值与所述最大功率点Pmpp上对应的功率值的关系，确定是否将所述新的位置P作为光 伏发电系统稳定工作时新的工作点。
【文档编号】G05F1/67GK103677067SQ201310700385
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】翦志强, 戴路加, 吴秀彬 申请人:深圳市金宏威技术股份有限公司