CN102608413A - 光伏发电最大功率点的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种光伏发电最大功率点的检测装置，包括：逆变单元、MPPT控制单元、直流电压传感器、直流电流传感器、交流电压互感器和交流电流互感器，逆变单元连接在光伏电池和电网或负载之间，并与MPPT控制单元的控制端相连，光伏电池输出端电路中分别接直流电压传感器的输入端和直流电流传感器的输入端，在逆变单元交流输出电路中分别接交流电压互感器的输入端和交流电流互感器的输入端，所述的直流电压传感器、直流电流传感器、交流电压互感器和交流电流互感器的输出端与MPPT控制单元的输入端相连；及光伏发电最大功率点的检测方法，实现进行变步长搜索MPPT，速度快，提高了发电量。

Description

光伏发电最大功率点的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电领域，具体涉及一种一种光伏发电最大功率点的检测装置及其检测方法。

背景技术

能源是人类社会存在和发展的物质基础。目前能源紧缺、环境恶化的日趋严重是关乎人类生存及发展的全球性问题。可再生能源属于可循环使用的清洁能源，由于其资源十分丰富，且不受地域限制，可就地利用，具有巨大的发展潜力和应用前景，是未来能源系统的希望。

太阳能是一种巨量的可再生能源，太阳直接辐射到地球的能量十分丰富，分布广泛，不会污染环境，清洁干净。中国也拥有丰富的太阳能资源，目前可开发的太阳能是21039亿千瓦，若将1%的中国沙漠装上光伏，总容量将达到13亿千瓦，超过我国目前所有能源发电的装机容量。

当今世界各国特别是发达国家对光伏发电技术十分重视，其开发和利用已经历了几十年，逐渐成为绿色能源领域的前沿技术。国际上，光伏发电无论从技术上还是从规模上已经比较成熟，已进入商业化运作阶段，并且已主要用于城市的并网发电。我国太阳能光伏发电起步较晚，80年代中后期初具规模，90年代以来技术在不断成熟，无论是产业化方面还是应用方面都发展很快，目前多应用在边远无电地区独立式发电，例如在甘肃、西藏、新疆等地建立了以光伏发电为基础的电力设施。而并网发电及城市应用起步较晚，随着国家对新能源的日益重视及一系列优惠政策的颁布，我国太阳能发电增长迅速，为了使光伏电池得到最大效率的使用，光伏发电系统希望能够输出最大功率。

光伏发电系统主要由光伏电池板和逆变系统构成，光伏电池板将太阳能转化成电能，在日照强度和温度一定时，太阳电池的输出电流和输出电压之间存在一定的关系，简称伏安特性。该伏安特性曲线具有强烈的非线性，它既非恒压源，也非恒流源，也不可能为负载提供任意大的功率，是一种非线性直流电源，其输出电流在大部分工作电压范围内近似恒定，在接近开路电压时，电流下降率很大。因此，需要对光伏电池输出功率进行控制,使得光伏电池工作在最大功率点，输出最大功率，即为最大功率点跟踪（MPPT, maximum power point tracking）技术。

然而光伏阵列的伏安特性除了受温度影响外，在很大程度上还与日照强度有关。在光伏阵列的伏安特性曲线中，不同日照时的光伏电池最大功率点位置不同。因此，光伏电池最大功率点的位置是动态变化的，特别是受云层阴影影响时，其最大功率点位置变化更加剧烈。

因此，光伏发电系统需要保证系统不论在何种日照及温度条件下，始终使光伏阵列工作在最大功率点处，并且是动态跟踪。已有的MPPT方法，如扰动法、电导增量法等采取定步长控制方法、动态响应不够快，为了尽可能地利用太阳能，跟踪光伏电池的最大功率点位置，充分利用电池板的效率，需要对光伏电池最大功率点位置进行快速、动态地跟踪。

图2是太阳能光伏电池功率-电压特性曲线图，由图可知，在某一电压值存在一最大功率点。当前工作点在最大功率点左边与右边，其搜索方向相反，采取固定步长，会导致搜索失败；若先判断在最大功率点左边或右边，虽然不会导致搜索失败，步长太大会搜过头，太小则搜索时间长。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光伏发电最大功率点的检测装置及其检测方法，以解决目前的光伏发电系统的对光伏电池最大功率跟踪慢的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的技术解决方案如下：

一种光伏发电最大功率点的检测装置，特点在于其构成包括：逆变单元、MPPT控制单元、直流电压传感器、直流电流传感器、交流电压互感器和交流电流互感器，上述部件的连接关系如下：

所述的逆变单元连接在光伏电池和电网或负载之间，该逆变单元的控制端与所述的MPPT控制单元的控制端相连。

在所述的光伏电池和逆变单元之间的光伏电池输出端电路中分别接所述的直流电压传感器的输入端和所述的直流电流传感器的输入端，所述的直流电压传感器的输出端与所述的MPPT控制单元的第一输入端相连，所述的直流电流传感器的输出端与所述的MPPT控制单元的第二输入端相连。

在所述的逆变单元和电网或负载之间的逆变单元交流输出电路中分别接所述的交流电压互感器的输入端和交流电流互感器的输入端，所述的交流电压互感器的输出端与所述的MPPT控制单元的第三输入端相连，所述的交流电流互感器的输出端与所述的MPPT控制单元的第四输入端相连。

所述的逆变单元为三相逆变或单相逆变。

利用所述的检测装置对光伏发电最大功率点的检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1.初始化，对MPPT控制单元设定以下参数，所有功率与电压参数采用标么值：

初始搜索步长值∆V_{dc 0}；

初始直流电压给定值V_{dc 0}。

步骤2. 启动MPPT控制单元，测得光伏电池输出功率值P ₀。

步骤3. 根据初始搜索步长∆V_{dc 0}计算直流电压给定值：V_{dc 1}= V_{dc 0}+∆V_{dc 0}，通过MPPT控制单元，测得相应的功率值P ₁。

步骤4. 根据最近相邻两步直流电压给定值与功率，计算功率与直流电压的斜率k=（P ₁- P ₀）/（V_{dc 1}- V_{dc 0}），确定下一步最佳搜索步长值：∆V_dc =(1+k)∆V_{dc 0}。

步骤5. 根据最佳搜索步长∆V_dc ，计算下一步直流电压给定值：V_{dc 2}= V_{dc 1}+∆V_dc ，执行MPPT控制单元，测得相应的功率值P ₂。

步骤6. 比较所测的三个相邻步长的功率值P ₀ 、P ₁ 和P ₂，判断是否找到最大功率点，如果中间点功率值P ₁最大，即找到最大功率点；否则，令P ₀ =P ₁，P ₁=P ₂，V_{dc 0} = V_{dc 1}，V_{dc 1}= V_{dc 2}，并返回步骤4。

本发明的技术效果及特点如下：

1．根据光伏电池板的输出特性，进行变步长搜索MPPT。

2．寻找MPPT快，提高了发电量。

附图说明

图1是光伏发电系统的示意图。

图2是 光伏电池功率-电压特性图。

图3是本发明光伏发电最大功率点的检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请先参阅图1，图1是光伏发电系统的示意图，如图所示，一种光伏发电最大功率点的检测装置，其构成包括：逆变单元1、MPPT控制单元2、直流电压传感器3、直流电流传感器4、交流电压互感器5和交流电流互感器6，上述部件的连接关系如下：

所述的逆变单元1连接在光伏电池8和电网9之间，该逆变单元1的控制端与所述的MPPT控制单元2的控制端相连。

在所述的光伏电池8和逆变单元1之间的光伏电池输出端电路中分别接所述的直流电压传感器3的输入端和所述的直流电流传感器4的输入端，所述的直流电压传感器3的输出端与所述的MPPT控制单元2的第一输入端相连，所述的直流电流传感器4的输出端与所述的MPPT控制单元2的第二输入端相连。

在所述的逆变单元1和电网9或负载之间的逆变单元交流输出电路中分别接所述的交流电压互感器5的输入端和交流电流互感器6的输入端，所述的交流电压互感器5的输出端与所述的MPPT控制单元2的第三输入端相连，所述的交流电流互感器6的输出端与所述的MPPT控制单元2的第四输入端相连。

图3是本发明光伏发电最大功率点的检测方法流程图，如图所示，该方法包括如下步骤：

步骤1.初始化，对MPPT控制单元设定以下参数，所有功率与电压参数采用标么值：

初始搜索步长值∆V_{dc 0}；

初始直流电压给定值V_{dc 0} 。

步骤2. 启动MPPT控制单元，测得光伏电池输出功率值P ₀。

步骤3. 根据初始搜索步长∆V_{dc 0}计算直流电压给定值：V_{dc 1}= V_{dc 0}+∆V_{dc 0}，通过MPPT控制单元，测得相应的功率值P ₁。

步骤4. 根据最近相邻两步直流电压给定值与功率，计算功率与直流电压的斜率k=（P ₁- P ₀）/（V_{dc 1}- V_{dc 0}），确定下一步最佳搜索步长值：∆V_dc =(1+k)∆V_{dc 0}。

步骤5. 根据最佳搜索步长∆V_dc ，计算下一步直流电压给定值：V_{dc 2}= V_{dc 1}+∆V_dc ，执行MPPT控制单元，测得相应的功率值P ₂。

步骤6. 比较所测的三个相邻步长的功率值P ₀ 、P ₁ 和P ₂，判断是否找到最大功率点，如果中间点功率值P ₁最大，即找到最大功率点；否则，令P ₀ =P ₁，P ₁=P ₂，V_{dc 0} = V_{dc 1}，V_{dc 1}= V_{dc 2}，并返回步骤4。

经试验表明，采取本发明方法对光伏发电最大功率点进行检测，能大大提高搜索速度，同时避免搜索过头问题。

Claims (3)

1.一种光伏发电最大功率点的检测装置，特征在于其构成包括：逆变单元（1）、MPPT控制单元（2）、直流电压传感器（3）、直流电流传感器（4）、交流电压互感器（5）和交流电流互感器（6），上述部件的连接关系如下：

所述的逆变单元（1）连接在光伏电池（8）和电网（9）或负载之间，该逆变单元（1）的控制端与所述的MPPT控制单元（2）的控制端相连；

在所述的光伏电池（8）和逆变单元（1）之间的光伏电池输出端电路中分别接所述的直流电压传感器（3）的输入端和所述的直流电流传感器（4）的输入端，所述的直流电压传感器（3）的输出端与所述的MPPT控制单元（2）的第一输入端相连，所述的直流电流传感器（4）的输出端与所述的MPPT控制单元（2）的第二输入端相连，

在所述的逆变单元（1）和电网（9）或负载之间的逆变单元交流输出电路中分别接所述的交流电压互感器（5）的输入端和交流电流互感器（6）的输入端，所述的交流电压互感器（5）的输出端与所述的MPPT控制单元（2）的第三输入端相连，所述的交流电流互感器（6）的输出端与所述的MPPT控制单元（2）的第四输入端相连。

2.根据权利要求1所述的光伏发电最大功率点的检测装置，其特征在于所述的逆变单元（1）为三相逆变或单相逆变。

3.利用权利要求1或2所述的检测装置对光伏发电最大功率点的检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1.初始化，对MPPT控制单元设定以下参数，所有功率与电压参数采用标么值：

初始搜索步长值∆V_{dc 0}；

初始直流电压给定值V_{dc 0}；

步骤2. 启动MPPT控制单元，测得光伏电池输出功率值P ₀；

步骤3. 根据初始搜索步长∆V_{dc 0}计算直流电压给定值：V_{dc 1}= V_{dc 0}+∆V_{dc 0}，通过MPPT控制单元，测得相应的功率值P ₁；

步骤4. 根据最近相邻两步直流电压给定值与功率，计算功率与直流电压的斜率k=（P ₁- P ₀）/（V_{dc 1}- V_{dc 0}），确定下一步最佳搜索步长值：∆V_dc =(1+k)∆V_{dc 0}；

步骤5. 根据最佳搜索步长∆V_dc ，计算下一步直流电压给定值：V_{dc 2}= V_{dc 1}+∆V_dc ，执行MPPT控制单元，测得相应的功率值P ₂；

步骤6. 比较所测的三个相邻步长的功率值P ₀ 、P ₁ 和P ₂，判断是否找到最大功率点，如果中间点功率值P ₁最大，即找到最大功率点；否则，令P ₀ =P ₁，P ₁=P ₂，V_{dc 0} = V_{dc 1}，V_{dc 1}= V_{dc 2}，并返回步骤4。

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