CN102914693B - 最大功率点跟踪器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种最大功率点跟踪器。提供了一种用于确定用于可再生能源的转换器的电力输出的值的方法。该方法包括获得表示转换器的电力输出的信号，其中该电力输出具有初始值。该方法进一步包括将脉冲信号施加到表示电力输出的信号，其中脉冲信号包括正部分和负部分。该方法进一步包括：获得在施加脉冲信号期间由转换器产生的电力的测量结果，去除脉冲信号，然后获得在没有脉冲信号的情况下由转换器产生的电力的测量结果。根据获得的电力测量结果确定误差值，并且该误差值被施加到初始值，以获得用于逆变器的电力输出的目标值。

Description

最大功率点跟踪器
技术领域
本发明涉及一种用于监视源自可再生能源的电力来源的输出功率的系统和方法。特别但不排他地涉及太阳能。
背景技术
使用光伏(PV)电池将太阳能转换成电能。成排的这种电池常常部署在一起作为PV阵列。PV阵列的电力输出典型地被馈送到AC供电网。通过体(bulk)逆变器或并网(grid-tie)逆变器将阵列的直流（DC）电压转换成供电网的交变电流（AC）电压。并网或体逆变器被用来产生供应到正确频率和电压的电网的电力。已知范围的并网逆变器由位于Newtown，Powys，Wales的Control Techniques制造。电能有时也被供应给DC储存网络而不是AC电网。
对于给定级别的辐照（暴露于阳光下）和温度，每个PV电池和PV串、面板或阵列具有最优DC工作电压，其中，使用在相关的功率处理系统中运行的自动最大功率点(MPP)跟踪算法，可以找到和跟踪该最优DC工作电压。
MPP（最大功率点）跟踪器是所有PV系统中的标准要求，无论它驻留在太阳能阵列之内的PV电池的每个串的末端处的体并网功率逆变器中还是分立的DC-DC转换器中。它的目的是要跟踪针对太阳能阵列的温度和来自太阳的辐照级别的最优功率点，作为其结果，来自太阳能阵列的DC电压被调节，以便从系统中得到最好的总功率。
正如辐照增加那样，温度的降低将会增加针对太阳能电池、串、阵列或面板的由MPP跟踪器计算的最优DC电压（MPP VDC）。相反地，温度的增加或辐照的降低将会减少MPP VDC。当辐照级别大幅变化时，这仅会引起MPP VDC相对小的变化。
图1示出了由典型的太阳能阵列提供的DC电压(VDC)与其电流(IDC)和功率(WDC)之间的关系。如从图1中可以看到的那样，用于典型太阳能阵列的关系（或者称为“功率特性”）不是线性的，因此简单的PID控制器不能用于控制阵列上的电压，因为取决于VDC的当前值，电压的正增加可能导致功率(WDC)的正变化或负变化。为了解决这个问题，传统上使用被称为“扰动和观察”（P&O）的普通工业技术，由此通过在用于太阳能阵列的调节的VDC电平的顶部调制测试图来导出跟踪误差项，以便当调制的VDC相对于当前MPPVDC为正和负时可以测量功率。
图2示出了施加到用于太阳能阵列的调节电压电平（VDC）的调制测试图的效果。
根据传统的P&O技术，阵列的平均功率在正负测试脉冲周期期间被采样并且被组合，以形成具有量值和方向两者的跟踪误差项。跟踪误差项可以用于在负方向或正方向上将MPPVDC调整具体的量，因此可以为即将到来的时间段设置MPPVDC。
然而，当存在由辐照引起的显著功率变化时，单独使用P&O方法可能导致不准确的结果，因为由测试图造成的功率变化将会被由辐照引起的功率变化的效果淹没，从而给出错误的跟踪误差值。这可能导致MPP跟踪器在错误的方向上改变MPPVDC。
可能引起太阳能阵列显著功率变化的辐照变化是普遍的。因此使用P&O控制用于MPP跟踪的传统系统易于出错。这减少了太阳能阵列的总体效率和成本效益。
发明内容
在权利要求书中阐述了发明。
根据一方面，提供了一种用于确定用于可再生能源的转换器的电力输出的值的方法。该方法包括：获得表示转换器的电力输出的信号，其中该电力输出具有初始值；以及将脉冲信号如调制的测试图施加到表示电力输出的信号，其中脉冲信号至少包括第一正部分和第二负部分。正部分和负部分应当优选地具有相等量值。该方法进一步包括：获得在施加脉冲信号期间由转换器产生的电力的测量结果，然后从表示电力输出的信号中去除脉冲信号。该方法进一步包括：获得在没有脉冲信号的情况下由转换器产生的电力的测量结果，并且使用电力的测量结果来获得误差值，其中所述误差值被施加到转换器的电力输出的初始值，以便获得用于逆变器的电力输出的新的目标值。
因为既在脉冲信号的施加期间又在没有脉冲信号的情况下获得由转换器产生的电力的测量结果，所以当确定用于逆变器的电力输出的目标值时，环境条件如辐照级别变化的影响可以被计入。
该方法可以进一步包括：控制转换器的电力输出以等于或尽可能地接近于脉冲信号被施加之前的预定初始值，并且/或者控制用于转换器的电力输出的值以等于或尽可能地接近于已确定的目标值。因此可以根据已确定的目标值来控制诸如太阳能阵列之类的转换器的操作。
根据一方面，提供了一种电力生成系统。电力生成系统包括将可再生能源转换成电力的转换器，并且包括：用于提供指示可从转换器得到的电力的信号的装置；用于提供指示由转换器输出的电压的信号的装置；用于将脉冲信号施加到指示由转换器输出的电压的信号的装置；以及确定装置，用于计算用于由转换器输出的电压的目标值。
根据一方面，提供了一种用于确定用于太阳能阵列的目标电压值的方法。该方法包括：将用于阵列的电压电平设置为初始值；将调制的测试图施加到用于阵列的输出电压电平，其中调制的测试图包括正脉冲、负脉冲和零脉冲（在零脉冲期间测试图实际上不存在)。该方法包括：获得针对测试图的正脉冲的正扰动值；获得针对测试图的负脉冲的负扰动值；以及获得表示在测试图的零部分期间由辐照引起的功率变化的辐照功率变化值。该方法进一步包括：从辐照功率变化值与正扰动值和负扰动值的组合之间的差中获得误差值。可选地，该方法可以进一步包括：将所述误差值施加到用于阵列的输出电压的初始值以确定新目标值，以及可选地，控制阵列的输出电压以等于或尽可能地接近于该新目标电压。
因为在误差值的计算中使用了扰动值和辐照功率变化值两者，所以传统的扰动和观察(P&O)技术结合了辐照变化或暴露于阳光下对太阳能阵列操作的影响的考虑。结果，太阳能阵列的操作可以被控制以便尽可能地有效。
附图说明
现在相对于附图经由例子来描述实施例，在附图中：
图1示出了典型太阳能阵列的电压、电流和功率；
图2示出了通过测试图调制的用于太阳能阵列的调节电压电平(VDC)；
图3示意性地示出了用于辐照补偿最大功率点(IC-MPP)跟踪的系统；
图4示出了将调制的测试图施加到第一和第二时间段之上的调节电压电平；
图5示出了图4中施加的调制测试图的更详细的视图；
图6示出了用于IC-MPP跟踪过程的流程图；
图7示出了随着时间过去由辐照引起的功率变化；以及
图8示出了在局部遮蔽下用于太阳能阵列的MPP VDC的范围。概述
在概述中提供了一种用于将电能从一个或多个光伏(PV)电池传递到电力网上的方案。
该方案包括用于针对包括一个或多个PV电池的阵列执行辐照补偿最大功率点(IC-MPP)跟踪的方法和系统。IC-MPP跟踪将扰动和观察（P&O）方法与考虑到阵列附近的辐照变化来控制用于阵列的目标电压的方法相结合，所述P&O方法用于确定用于阵列的目标电压应当变化的方向，以便该阵列最佳地工作。
通过以下来实施该方法：将脉冲信号(这里称为测试图)施加到用于阵列的被控制的电压电平，并且观察测试图的正负部分两者的影响，还有测试图的“零”部分亦即当测试图实际上不存在时的影响。该方法使用从太阳能阵列和/或诸如逆变器之类的传统上与其一起使用的部件容易地获得的功率测量结果，以便确定可以施加到第一电压值的误差值，以便获得用于阵列的更新的目标电压值。
该方法允许辐照的影响和测试图的正负脉冲的影响在误差值的计算中被等同地计入，而不必在实际上获得测量值时向测试图的施加和测试图的不存在这两种情况分配相等长度的时间。测试图可以具有任何适当的形状，其约束条件为正脉冲应当具有与负脉冲相等的量值。该方法承认，在从用于太阳能阵列的电压信号改变、添加或去除脉冲或测试图之后，诸如用于太阳能阵列的电流值、电压值和功率值之类的测量值将会花费时间来安置。因此一旦测量值已充分安置，该方法就确保了在施加测试图期间或之后在适当的点采取测量。
因此，该方案是计算用于太阳能阵列的电压电平的目标值的直接而有效的方式，作为其结果，可以控制阵列的操作，以便其输出电压等于或者尽可能接近于目标电压。因此，该方法使得太阳能阵列的最佳效率操作成为可能。
具体实施方式
提供了一种用于为太阳能阵列提供辐照补偿最大功率点(IC-MPP)的系统和方法。为了确定用于一个PV电池、多个PV电池、串、阵列或面板（以下称为太阳能“阵列”）的最优DC工作电压(MPP VDC)，系统测量辐照的变化对阵列的输出功率的影响，并且将这与扰动和观察（P&O）技术相结合，以便提供修改的误差值。修改的误差值可以用于修改阵列的DC电压电平。因此，用于阵列的最大功率点的真实变化被跟踪，并且它的电压被相应地调节。
正如本领域技术人员所熟悉的那样，通过在电池的输出端施加电阻(负载)，可以改变PV电池的电压。这实际上限定了并网逆变器应当从电池中汲取以便供应给电力网的电流，以便在任何给定时间从PV电池得到最大可能功率，因为功率等于电压乘以电池的电流。
并网逆变器借助于DC电压控制回路来控制阵列DC电压，其中，将DC总线电压设置点与实际的DC总线电压相比较，以导出DC电压误差项，亦即VDC误差=VDC设置点-VDC反馈。将这个误差项输入到标准的PID控制算法，其输出直接改变从PV阵列汲取的电流并发送到AC电网。以这种方式，与电流需要成反比地控制DC电压，其中，增加的电流需要将会造成电压下降，而降低的电流需要则会造成DC电压增加。
图3示出了用于太阳能阵列的IC-MPP系统10。使用任何适当的软件和/或硬件装置，可以用任何适当的处理器或者控制器实现系统10。例如，它可以通过针对整个PV面板操作的体功率逆变器或并网逆变器来实现，或者它可以通过在各个PV电池串的末端处的一个或多个分立的DC-DC转换器来实现。
系统10旨在调节用于阵列的电压VDC以等于或尽可能地接近于使用IC-MPP跟踪计算的最优电压(MPP VDC)。
图3所示的系统10使用用于太阳能阵列向其供应电力的电网的AC电流和电压作为输入。然而，可以代替地使用DC输入，以便实施在此描述的方法。如从以下详细描述中将会更好地理解的那样，使用电流和电压的测量结果以便获得功率和功率变化的量度。因此，是使用AC还是DC电流和电压测量结果不应当影响结果。实际上，AC分量典型地可用于结合太阳能阵列使用的体逆变器中，因此在这样的情形下可能更加便于利用AC电压和电流测量结果。在其中DC分量易于可用而AC分量不易于可用的代替格局中，会更加便于利用DC分量。
系统10包括用于生成测试图的P&O图发生器12，以便在有限的时间段内调制阵列上的调节电压VDC。下面给出了关于使用的测试图的形式的细节。系统10进一步包括用于测量由阵列随着时间过去而输出的功率的功率测量装置14。此外还提供了辐照补偿装置16。如下面更详细地描述的那样，辐照补偿装置16与P&O图发生器12并与功率测量装置14同步或者与它们相结合，以便为阵列提供增强的最大功率点(MPP)跟踪。结果，系统10可以计算用于阵列的更精确的最优电压(MPP VDC)的值，并且可以相应地调节阵列上的DC电压。
参考图4和5可以进一步理解IC-MPP跟踪。图4示出了在第一(“样本1”）和第二(“样本2”）连续的时间段内施加到用于太阳能阵列的调节DC电压的调制测试图的形状。如在其中可以看到的那样，对于第一各个时间段将MPPVDC设置为第一级别。在图4中被指示为“样本1”的该第一时间段之上，调制的测试图被施加到调节的电压信号。在第一时间段上的用于阵列的功率测量被采取并用于确定新的最优电压(MPP VDC)，对于在图4中被指示为“样本2”的第二随后时间段，阵列的电压应当被调节到该新的最优电压(MPP VDC)。
在图4和图5中，测试图被示出为包括形状为方形的正负脉冲和“0”部分，在所述“0”部分期间，测试图并不改变调节的电压电平，因此实际上不存在。然而，测试图的正负脉冲实际上可以采取不同的形状。例如，脉冲在形状方面可以是三角形、梯形或者正弦形。在实践中对于方形形状而言，正弦形状事实上可能是优选的，因为与相应的方形波相比，当正弦形的测试图的正部分被施加时的初始电压变化较不陡峭，因此不会汲取这样的大电流。可以使用任何其它适当形状的正负脉冲而不背离在此描述的方法。形状应当是对称的，以便测试图的正负部分具有相同的量值。如图4和图5中可以看到的那样，通过从一个直接过渡到另一个，正负脉冲彼此紧跟。在正负脉冲之间没有其中测试图不存在的0部分。在图示的方形脉冲的例子中，两个脉冲没有延迟地从一个步进到另一个。
再次参考图4，调制的测试图被分成四个时间段：TA、TB、TC、TD。
TA是P&O测试图的正脉冲被施加到调节的电压信号VDC的时间。TB是P&O测试图的负脉冲被施加到VDC的时间。在TA和TB两者期间测量阵列的功率，以便监视电压的增加和降低对阵列输出的功率的影响。
在TB之后去除测试图（即它的值减少为零），并且电压电平被允许安置。TC跟随着TB，并且是“停留时间”，以允许DC电压电平返回到为“样本1”时间段预定的MPP VDC。TC的长度取决于系统的响应时间。特别地，停留时间TC可以设置成这样一个值，所述值允许用于控制器的时间对P&O测试图做出响应，并且使DC电压电平返回到当测试图被去除时的预定MPP VDC。例如，较慢的系统将会需要用于DC电压电平的较长时间段TC以返回到预定MPP VDC。相反，较快的系统将会需要用于DC电压电平的较短时间段TC以返回到预定MPP VDC。使用短的时间段TC，系统的功率输出的随后测量在时间方面更接近于TA和TB期间的测量而发生，因此与TA和TB期间采取的先前的功率测量更相关。如下面说明的那样，使用具有快速响应时间的系统，TC可以等于零。因此，停留时间可以变化以适合于应用。
在停留时间TC(如果有的话)已结束之后，电压保持在MPP VDC，并且在时间TD期间采取阵列输出功率的进一步测量，时间TD在这里称为“辐照期”，其紧随在TC之后。因为在时间TD期间没有正或负测试脉冲施加到电压信号，所以在那期间遭遇的任何功率变化都应当归因于辐照。如上所述，对于其中较短的TC值即足以允许DC电压电平在P&O测试图已被去除之后返回到预定MPP VDC的较快系统而言，在时间TD期间采取的阵列输出功率的测量与当P&O测试图被施加时采取的先前的功率测量更相关。因此，较短的TC值具有增加当测试脉冲实际上不存在时（TD）归因于辐照而采取的测量和在测试图的正(TA)负(TB)脉冲期间采取的功率测量的相关性的优点。使用增加的相关性，实现了更加精确的功率点跟踪。
在图4所示的测试图中，TA=TB=TD。为了施加测试图和采取测量的目的，TA、TB和TD的时间长度可以彼此不同。然而为了计算的目的（其细节下面讨论），在TA、TB和TD期间获得的测量值应当被操纵以便具有公共时基，以允许在每个时间段期间采取的测量之间进行公平的比较。例如，每个时间段中的测量可以被操纵以给出每单位时间的值，其中针对TA、TB和TD中的每一个使用相同的单位。
系统10处理在时间TA至TD期间获得的功率测量，以便获得修改的误差值并计算新的MPP VDC的值。在图4中的点E处，用于阵列的MPP VDC被更新到用于随后“样本2”时间段的新的值。以与相对于样本1在上面描述的相同的方式，将调制的测试图施加到用于样本2测试周期的电压信号。系统10再次处理在样本2时间段期间测量的功率数据，并且在该时间段的末端为阵列的最优电压(MPP VDC)设置新的值。
因为既在将正负脉冲施加到调节电压期间又在调节电压未被测试脉冲改变的时间期间针对每个样本周期采取功率测量，所以IC-MPP跟踪可以计入辐照变化的影响，并且可以确定阵列的电压应当如何调节，以便增强它在任何给定时间的功率输出。特别地，IC-MPP跟踪可以确定在随后的时间段内是增加还是减少最优阵列电压(MPP VDC)的值。单独的PV电池或串的操作因此可以被动态地控制，以便(设法)在任何给定时间提供该最优电压。
如图5所示，调制的测试图之内的时间段TA、TB和TD中的每一个可以进一步分成两个子段。贯穿TA、TB和TD获得用于阵列的功率值。另外，在每个时间段之内的两个子段中之一期间获得的测量值被用来获得用于该时间段的平均功率值。所述平均优选地应用于在每个时间段的后半部分期间获得的测量，以便允许用于测量条件的一些时间在所述平均发生之前安置。
时间段TA，TB和TD之内的“功率平均”子段在图5中被分别示出为时间段TF、TG和TH。在图5所示的例子中，TF=TG=TH。结果，用于功率平均的时间段的比例对于TA、TB和TD中的每一个而言相同。
为了获得太阳能阵列的操作期间的测量结果的目的，TF=TG=TH并非必要。但是在计算误差值时使用那些值以便更新用于太阳能阵列的调节电压信号的电平之前，在那些子段中的每一个之内获得和平均化的值应当被操纵以便具有公共时基，并从而彼此可直接比较。TF、TG和TH的值可以改变以适合于应用，并且理想地将会尽可能地短，以便系统波动在这些时间期间最小化。
TF是时间段TA之内的子段，在该TF内，P&O测试图的正脉冲期间的测量功率值被平均。时间TF期间的作为结果的平均功率在这里表示为Pp。
TG是时间段TB之内的子段，在该TG内，P&O测试图的负脉冲期间的测量功率值被平均。时间TG期间的作为结果的平均功率在这里表示为PN。
贯穿TD获得功率值。另外，TH是时间段TD之内的子段，在该TH内，获得由辐照影响引起的功率变化的量度。在理想的系统中，紧接着在P&O测试图被去除之后，DC电压电平返回到对应于预定MPP VDC的DC电压电平，因此系统的响应时间是即时的。在这样的系统中，并且同样在响应时间快速的系统中，TC是不需要的，因为时间(TD-TH)长得足以允许电压电平进行安置。然而，如上面说明的那样，对于其中(TD-TH)小于允许电压电平进行安置的时间的系统而言，需要TC以考虑较慢的系统响应时间。在TD期间获得用于太阳能阵列的平均功率的量度，并且在较短的时期TH内获得峰值功率的平均值。时间段TH期间的平均峰值功率在这里表示为PI。在平均功率和平均峰值功率之间进行比较，以给出在TD期间由任何辐照变化引起的功率变化的方向和量值。
在包括正负脉冲两者的总体P&O脉冲周期之上的用于太阳能阵列的平均功率根据贯穿时间段TA和TB获得的测量功率值而被计算，并且在这里表示为PAP&O。如图4和5所示，正负脉冲优选地被施加，使得在负(或者正)脉冲和后来的正(或者负)脉冲之间没有延迟。通过将接着发生的脉冲之间的时间保持得尽可能地短，可以在TA和TB获得更相关并因而更精确的功率测量，因为外部的对系统的影响在采取测量时的时间期间将会保持粗略恒定。可以获得精确的平均时间值，因为例如当施加的测试图的电压信号分别在时间段TA和TB的开始时仍然还在安置时作为系统失真或超调的结果而获得的任何异常值跨越TA和TB的正负脉冲是相等且相反的，并且应当有效地彼此抵消。总辐照测量时期(TD)之上的用于太阳能阵列的平均功率也被计算，并且在这里表示为PAI。
如上所述，将扰动和观察(P&O)测量和辐照测量两者都计入，IC-MPP跟踪器计算用于太阳能阵列的最优电压(MPP VDC)的更新值。通过以下做到这一点：计算误差值，并且将它施加到MPP VDC的当前值，以便计算用于MPP VDC的新的更新值。已发现可以根据以下关系从上述功率测量中计算误差值：
误差值=(PP-PAP&O)+((PN-PAP&O)*-1)–((PI-PAI)*2)    (1)
可以看出上述方程1中的第一项是来自时间段TA的扰动结果。它包括正脉冲期间的平均功率和包括正负脉冲两者的总体扰动和观察(P&O)脉冲周期之上的平均功率之间的差。
方程1中的第二项是来自时间段TB的扰动结果。它包括负脉冲期间的平均功率和包括正负脉冲两者的总体P&O脉冲周期期间的平均功率之间的差。
上述方程1中的第三项表示在时间段TD之内由于辐照而经历的功率变化。它具有量值并且还有方向(正或负)。它包括TH期间的平均峰值功率和总体辐照时期TD之上的平均功率之间的差。如从这里的图7可以进一步理解的那样，这个差值在方程1中的第三项之内乘以2，以给出由辐照引起的功率变化的真实量度。
在图7的例子中，时间段TD期间的辐照变化在用于太阳能阵列的输出功率方面造成实质上恒定的上升。当在时间段TD之上使输出功率平均化以给出PAI时，PAI的值将会（近似或确切地）成为时间段TD期间的峰值功率的值的一半。用于PAI的值因此将会（近似或确切地）成为在时间段TH期间获得的平均峰值功率PI的值的一半。因此，PAI和PI的值之间的差实际上仅仅（近似或确切地）是由辐照变化引起的时间TD期间经历的实际功率变化(ΔP)的值的一半。因此，上面的方程1中的第三项中的差值乘以二以计入这一点。
在图7所示的例子中，作为时间TD期间的辐照变化的结果，用于阵列的功率上升，然而将会意识到的是，由于辐照变化而在TD期间可能会经历功率的降低，并且其中可以计算由该辐照引起的功率变化的方式等效于关于图7在上面描述的方法。进而，在图7中，功率被示出为在TD期间由于辐照变化而随着时间过去以恒定的速率上升。将会意识到的是，功率可以在时间段TD期间不以恰好恒定的速率上升，并且事实上在时间段TD期间由于辐照变化可能经历正负两者的功率波动。然而已发现的是，即使在时间段TD期间由辐照引起的功率变化是非恒定或波动的，对于辐照补偿最大功率点跟踪而言，上面的方程1仍然给出了良好的结果。
将会意识到的是，方程1向第一、第二和第三项中的每一个给出了相等的权重。这是基于下述假设：用于测试图的正脉冲的时间段(TA)、用于测试图的负脉冲的时间段(TB)和辐照时间段(TD)全都长度相等，或者如上所述它们具有不同的长度，但是测量值已经被操纵以提供公共时基。
可以从将会通常可用于太阳能阵列的功率测量中来计算误差值。如本领域技术人员将会认识到的那样，AC或DC电流和电压值将会总是可获得的，因此将会可以在任何给定时间计算功率。对误差值的计算因此并不需要来自太阳能阵列附近场地内的任何传感器或者来自任何其它复杂技术设备的测量结果。进而，不需要复杂的微控制器来运行测量结果和计算以便获得误差值。因此，这里提供的方案可以容易地实施，而不会招致显著的成本，也不会向太阳能阵列引入任何新的物理部件。
上面限定的误差值可以用来在阵列的操作期间动态地更新用于太阳能阵列的最优电压电平(MPP VDC)。这在此处的图6中的流程图中示出。阵列中的PV电池所产生的电压电平于是可以被调节以等于或尽可能地接近于MPP VDC。通过根据这种控制技术来控制阵列之内的PV电池的操作，阵列的效率可以维持在高水平。因此，阵列可以经由电网连接的逆变器以具有成本效率的方式为电力网提供电力。这种控制技术考虑到了贯穿阵列的操作来自太阳的辐照级别和太阳能阵列的温度。因此提供了一种用于监视来自可再生资源的电力源的输出功率的非常有用的技术。
使用任何适当的手段，用于太阳能阵列中的一个或多个PV电池的电压可以被控制以等于或尽可能地接近于目标值。如本领域技术人员所熟知的那样，电阻可以以任何适当的方式被施加到PV电池或者太阳能阵列以改变它的电压。
这里提供的方案可以应用于任何尺寸的太阳能阵列，从单个PV电池到多个PV面板或更大。这种方案因此是可升级的，并且因此可以为不同的场所和环境的范围内的太阳能电力来源提供增加的效率和改进的成本效益。
上面描述的系统被优化，使得测试图尽可能地短。这通过以下实现：使不必要的等待时间最小化，尤其是避免测试图的正负脉冲之间的延迟，并且优化优选为0的“停留”时间TC的长度。通过具有更快的测试图，随着最优电压电平(MPP VDC)被动态更新的频率增加，跟踪精确度被改进，因为采样时间（如图4和5所示）减少。从PV电池的能量传递因此更加有效。进而，使用较短的P&O测试图在其上重复的时间段，辐照补偿中的误差减少，因为TD期间采取的测量更加相关于以前在TA和TB期间采取的测量。这取消了对外部传感器的需要，所述外部传感器用于测量环境和其它条件以校正这些误差。这样的传感器显著增加了MPPT系统的成本，同时还增加了复杂性并减少了整个系统的可靠性。
在实践中，当太阳能阵列包括多于一个的PV电池时，该阵列可能遭受局部遮蔽效应，其中，与阵列中的某些其它PV电池相比，阵列之内的一些PV电池更少地暴露在阳光下。在这样的情形下，可能在DC电压的特殊值下检测到用于阵列的功率的错误峰值。为了克服这一点，例如当在开始如上所述的IC-MPP跟踪之前设置用于阵列的初始电压电平时，可以执行用于阵列的DC电压范围的扫描，以确定功率曲线中的最优峰值。如这里的图8所示，执行这样的扫描将会确保可以在任何给定时间确定真正的最大峰值功率并从而确定真正的MPP VDC。随后的跟踪于是可以在这个识别的峰值处或其附近开始，并且可以如上面详细地讨论的那样实施。
在实践中，可以使用任何适当的硬件或软件装置来实施这里描述的ICMPP跟踪和电压控制。控制可以通过计算机如膝上型计算机或个人计算机(PC)、微控制器、可编程逻辑控制器(PLC)或者任何其它适当的工业控制器来运行。
系统或计算机如通用计算机可以配置成或适合于执行描述的方法。在一个实施例中，系统包括处理器、存储器和显示器。典型地，这些连接到中央总线结构，显示器经由显示适配器进行连接。系统还可以包括一个或多个输入装置如鼠标和/或键盘和/或用于将计算机连接到其它计算机或网络的通信适配器。输入装置也典型地连接到中央总线结构，输入装置经由适当的输入装置适配器进行连接。
如上所述，系统可以是逆变器的一部分或者结合逆变器进行操作，所述逆变器将太阳能阵列产生的DC电力转换成AC电力以供应给电网。处理器也可以用来控制逆变器或其它部件的其它运行方面。处理器也可以用来记录和/或存储关于IC-MPP跟踪和/或关于其它操作的数据。
用于控制IC-MPP跟踪的指令可以记录在数字或模拟记录载体或计算机可读介质中，例如记录在载体盘或载体信号中。计算机可读介质可以具有计算机可执行指令，其适合于使计算机执行描述的方法。
磁记录载体如计算机硬盘驱动器可以用来储存用于控制IC-MPP跟踪的指令。代替地，可以使用固态存储或者任何适当的信号记录。
可以提供计算机程序用于实施IC-MPP跟踪。这样的计算机实施可以用来提供用于太阳能阵列的自动IC-MPP跟踪。代替地或者另外，可以使用自动的步骤和用户实施的步骤的任何适当组合来执行IC-MPP跟踪。
仅仅经由例子已描述了实施例。将会意识到的是，可以进行变更而不背离这里描述的（一个或多个）创造性概念。

Claims (26)

1.一种用于确定用于可再生能源的转换器的电力输出的值的方法，所述方法包括：
获得表示所述转换器的电力输出的信号，其中所述电力输出具有初始值；
将脉冲信号施加到表示所述电力输出的所述信号，所述脉冲信号至少包括第一正部分和第二负部分，其中这两个部分直接从一个过渡到另一个；
获得在所述脉冲信号的施加期间由所述转换器产生的电力的测量结果；
从表示所述电力输出的所述信号中去除所述脉冲信号；
获得在没有所述脉冲信号的情况下由所述转换器产生的电力的测量结果；
使用所述电力的测量结果以获得误差值；以及
将所述误差值施加到所述初始值，以获得用于所述转换器的电力输出的目标值，
其中，通过以下来确定所述误差值：
误差项＝(PP-PAP&O)+((PN-PAP&O)*-1)–((PI-PAI)*2)   (1)
其中：
PP是测试图的正部分的子段之上的平均功率；
PAP&O是包括负部分和正部分两者的总测试图之上的平均功率；
PN是测试图的负部分的子段之上的平均功率；
PI是其中在没有测试图的情况下(辐照时间段)获得测量值的时间段的子段期间测量的平均峰值功率；以及
PAI是其中在没有测试图的情况下(辐照时间段)获得测量结果的总时间段之上的平均功率。
2.如权利要求1所述的方法，包括：
在施加所述脉冲信号之前，控制所述转换器的电力输出以等于或尽可能地接近于预定初始值。
3.一种用于控制用于可再生能源的转换器的电力输出的值的方法，包括：
根据权利要求1或2所述的方法确定所述目标值；以及
控制所述转换器的电力输出以等于或尽可能地接近于所述目标值。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述转换器包括太阳能到电能的转换器。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述转换器包括以下中的任何一个：一个光伏(PV)电池、多个PV电池、PV串、PV阵列和PV面板。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，在所述脉冲信号的正部分期间获得由所述转换器产生的电力的第一测量结果(PP)，并且在所述脉冲信号的负部分期间获得由所述转换器产生的电力的第二测量结果(PN)。
7.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
计算针对由以下中的任何一个限定的时间段的平均功率值：所述脉冲信号的正部分；所述脉冲信号的负部分；所述脉冲信号的正部分和负部分；或者没有所述脉冲信号。
8.如权利要求7所述的方法，其中，使用仅仅在所述时间段的各自一部分期间获得的功率测量值来计算针对所述时间段中的一个或多个的平均功率值。
9.如权利要求8所述的方法，其中，针对以下中的每一个，其中功率测量值被用来计算各自的平均功率值的时间段的部分具有相同的时间长度：所述脉冲信号的正部分；所述脉冲信号的负部分；以及没有所述脉冲信号。
10.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括以下步骤：
在从表示所述电力输出的所述信号中去除所述脉冲信号之后，在获得在没有所述脉冲信号的情况下由所述转换器产生的电力的测量结果之前，等待预定的时间段消逝。
11.如权利要求1或2所述的方法，其中，获得在没有所述脉冲信号的情况下由所述转换器产生的电力的测量结果的步骤包括：
获得在没有所述脉冲信号的情况下的第一预定时间段期间的平均功率的测量结果；以及
获得在没有所述脉冲信号的情况下的第二时间段期间的平均峰值功率的测量结果。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述第二时间段是所述第一预定时间段的子段。
13.如权利要求1或2所述的方法，其中，获得在所述脉冲信号的施加期间由所述转换器产生的电力的测量结果的步骤包括：
计算针对所述脉冲信号的正部分的正功率值(PP)；
计算所述脉冲信号的负部分期间的负功率值(PN)；以及
计算包括正部分和负部分两者的整个脉冲信号之上的平均功率值(PAP&O)。
14.如权利要求1或2所述的方法，其中，使用所述电力的测量结果以获得误差值的步骤包括：
获得针对所述脉冲信号的正部分的正扰动值；
获得针对所述脉冲信号的负分别的负扰动值；以及
获得表示在没有所述脉冲信号的情况下由辐照引起的功率变化的辐照功率变化值。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述误差值被计算为所述辐照功率变化值与所述负扰动值和所述正扰动值的组合之间的差。
16.如权利要求14所述的方法，其中，在计算所述误差值之前，向所述辐照功率变化值、所述正扰动值或所述负扰动值中的至少一个施加乘数因子，以计入所述脉冲信号的负部分、所述脉冲信号的正部分和没有所述脉冲信号中的任何两者之间在时间长度方面的差异。
17.如权利要求1或2所述的方法，其中，用于所述转换器的电力输出的所述值是电压值。
18.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法是计算机实施的方法。
19.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法由控制器实施，所述控制器包括以下中的任何一个：微控制器、可编程逻辑控制器(PLC)、膝上型计算机或个人计算机(PC)。
20.一种电力生成系统，包括将可再生能源转换成电力的转换器，所述系统包括：
用于提供指示可从所述转换器得到的电力的信号的装置，其中所述电力具有初始值；
用于提供指示由所述转换器输出的电压的信号的装置；
用于将脉冲信号施加到指示由所述转换器输出的电压的信号的装置，其中所述脉冲信号至少包括第一正部分和第二负部分，并且其中这两个部分直接从一个过渡到另一个；
用于获得在所述脉冲信号的施加期间由所述转换器产生的电力的测量结果的装置；
用于从所述指示由所述转换器输出的电压的信号中去除所述脉冲信号的装置；
用于获得在没有所述脉冲信号的情况下由所述转换器产生的电力的测量结果的装置；
用于从所述电力的测量结果获得误差值的装置；
用于将所述误差值施加到所述初始值的装置；以及
确定装置，用于通过将所述误差值施加到所述初始值来计算用于由所述转换器输出的电压的目标值，其中，通过以下来确定所述误差值：
误差项＝(PP-PAP&O)+((PN-PAP&O)*-1)–((PI-PAI)*2)   (1)
其中：
PP是测试图的正部分的子段之上的平均功率；
PAP&O是包括负部分和正部分两者的总测试图之上的平均功率；
PN是测试图的负部分的子段之上的平均功率；
PI是其中在没有测试图的情况下(辐照时间段)获得测量值的时间段的子段期间测量的平均峰值功率；以及
PAI是其中在没有测试图的情况下(辐照时间段)获得测量结果的总时间段之上的平均功率。
21.如权利要求20所述的系统，其中，所述转换器包括太阳能阵列，所述太阳能阵列包括一个或多个光伏(PV)电池。
22.如权利要求20或21所述的系统，进一步包括：
控制装置，用于控制由所述转换器输出的电压以等于或尽可能地接近于所述目标值。
23.如权利要求20或21所述的系统，进一步包括：
开关装置，用于将电力连接到输出级。
24.如权利要求22所述的系统，其中，用于提供指示由所述转换器输出的电压的信号的装置包括：
用于创建所述转换器的输出端的电压降的装置；以及
用于将指示所述电压降的信号提供给所述控制装置的装置。
25.如权利要求23所述的系统，其中，所述输出级包括：
逆变器，其可操作用于将来自所述转换器的DC输出改变成AC电源。
26.如权利要求22所述的系统，其中，所述控制装置可操作用于在所述转换器的输出端施加电阻，以便控制由所述转换器输出的电压以等于或尽可能地接近于所述目标值。
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