CN103069354B

CN103069354B - 用于在最大功率的操作点处操作光伏发电装置的方法

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Publication number: CN103069354B
Application number: CN201180038952.7A
Authority: CN
Inventors: G·贝藤沃特; J·克雷恩; M·霍普夫
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2031-08-11
Also published as: DE102010036966A1; US20130134955A1; CN103069354A; WO2012020103A2; WO2012020103A3; US8860358B2; JP5979502B2; JP2013535754A; DE102010036966B4

Abstract

一种用于在最大功率的操作点处操作光伏发电装置的方法，所述方法包括如下步骤：（S1）基于具有宽变化范围的系统负载变化搜寻最大功率点，（S2）将所述最大功率点设定为所述光伏发电装置的瞬时操作点，（S4）基于具有窄变化范围的负载变化跟踪操作点，（S5,S6）分析所述光伏发电装置的操作变量，以确定瞬时操作点偏离最大功率点的概率水平，（S7,S1）中断跟踪方法并且执行搜索方法，以根据操作变量的分析结果确定最大功率点，以及（S2,S4）将最大功率点设定成瞬时操作点，并且重新继续跟踪方法。

Description

用于在最大功率的操作点处操作光伏发电装置的方法

技术领域

本发明涉及用于在最大功率的操作点处操作光伏发电装置的方法，该方法包括如下子方法：基于具有宽变化范围的系统负载变化搜寻最大功率点，将该最大功率点设定为光伏发电装置的瞬时操作点，以及基于具有窄变化范围的负载变化跟踪该操作点。

背景技术

在存在入射光时，光伏发电装置产生电能。为了使光伏发电装置产生的DC电压能够被馈送到公共电网供电系统中，需要逆变器。借助跟踪设备通过功率输出的变化连续地跟踪光伏发电装置的操作点，用于对该逆变器进行操作性管理，使得尽可能地一直在具有最大功率输出的点处操作该光伏发电装置，其中该跟踪设备也被称为最大功率点（MPP）跟踪器。诸如用于上述目的的MPP跟踪器，MPP跟踪器使光伏发电装置产生的电流（I）或电压（U）少量地变化，在每种情况下，计算功率（P）作为电流和电压的乘积，并且，可能地朝着更高功率的方向重新调整电流值或电压值。希望的最优操作点是由P/U特性或P/I特性的全局极大值形成的。

在以下文章中提供了对用于MPP跟踪设备的各种已知跟踪方法的概述，该文章是“Comparison of Photovoltaic Array MaximumPower Point Tracking Techniques”（“光伏阵列最大功率点追踪技术的比较”），IEEE Transactions on Energy Conversion（能量转换IEEE学报），Vol.22，No.2，pages439-449，2007。

如果光伏发电装置被部分地遮蔽，那么典型地在P/U或P/I特性中将出现两个或更多的局部最大值。当使用MPP跟踪时，在这种情况下，可以将操作点重新调整至局部最大值，该局部最大值不一定也是全局极大值，优选地应该在该操作点处操作光伏发电装置。实际上，取决于遮蔽的出现的历史，如果MPP跟踪器“弯曲前进”（wind）至局部最大值并且保持在该局部最大值处，这将导致产出损耗。

在这种情况下，已知的是，MPP跟踪器的跟踪模式按照预定的固定时间间隔被中断，并且针对P/U特性上的全局极大值执行系统搜索。举例来说，这种搜索可以基于至少遍布以下范围的U/I特性的记录，在该范围内，可预期有全局极大值。然后，在该搜索中发现的全局极大值被用作跟踪模式的初始操作点，随后重新继续（resume）跟踪模式。虽然这不能防止由于操作点跟踪局部最大值而导致的能量损耗，但是它降低了这种能量损耗，因为局部最大值处的滞留时间（dwelltime）限于两个连续搜索之间的时间间隔。

但是，在搜寻全局极大值时还是不可避免地会出现能量损耗，因为对于搜寻操作点时的大部分搜索时间，操作点不同于全局极大值。这些能量损耗的大小随着搜索频率的增加而增加，同时，与此相反，由于滞留在局部最大值处而导致的潜在能量损耗的风险随着搜索频率而降低。因此，针对搜索频率的每一个值仅表示一种折衷，其适合于仅在特定的入射辐射条件下保持能量损耗低。

下述文章公开了一种用于在具有最大功率的操作点处操作光伏发电装置的操作，其中，在跟踪操作期间针对突变监视光伏发电装置的功率，该文章是“Maximum Power Point Tracking Scheme for PVSystems Operating Under Partially Shaded Conditions”（“在部分遮蔽条件下PV系统操作的最大功率点追踪方案”）,IEEE Transactions onIndustrial Electronics（工业电子IEEE学报）,Vol.55,No.4,pages1689-1698,2008。如果观察到的变化率超过了被认为是临界值的给定变化率时，发起对全局MPP的搜寻。因此，功率突变被看作是需要搜寻全局MPP的一种指示。由此，执行对全局MPP的搜寻的频率高度地取决于预定临界率的值，其自身通常是光伏发电装置所特定的并且需要手动来确定。

发明内容

因此，本发明的一个方面是提供一种用于在具有最大功率的操作点处操作光伏发电装置的优化的方法，其中，无论预定的发电装置特定设置如何，能量损耗尽可能地低。

这一目的通过最初提到的类型的方法来实现，该方法包括作为子方法的跟踪方法和搜索方法，该方法具有以下步骤。分析光伏发电装置的操作变量，以确定瞬时操作点偏离最大功率点的概率水平。取决于对操作变量的分析的结果中断跟踪方法，并且执行搜索方法以确定最大功率点。然后，该最大功率点被设定为瞬时操作点，并且重新继续跟踪方法。该方法进一步考虑先前搜索方法的结果，以确定瞬时操作点偏离最大功率点的概率，这些先前搜索方法是在存在可比较的操作变量的情况下被执行的。

通过分析操作变量来确定瞬时操作点偏离最大功率点的概率，可以实现仅在如下情况时执行搜索方法，该情况是：与搜索关联的能量损耗超出作为将操作点变化到最大功率点的结果而预期的能量增益的补偿的概率大。通过考虑先前搜索方法的结果，本方法与需要手动确定的预定的发电装置特定设置无关。

在本方法的有利的实施例中，在跟踪操作点的期间记录分析的操作变量。因此，在跟踪MPP的同时可以发起对全局MPP的搜索。

在本方法的又一有利的实施例中，分析光伏发电装置的功率和/或电压和/或电流，作为操作变量。由此，这些命名参数非常适合于确定由于执行搜索方法而导致的能量损耗可以由能量增益来补偿的概率。

在本方法的又一有利的实施例中，针对操作变量预先确定公差范围，并且其中，在所述操作变量位于所述公差范围之外的前提条件下，开始所述搜索方法。

在本方法的又一有利的实施例中，针对所述操作变量的变化率预先确定公差范围，并且其中，在所述操作变量的变化率位于所述公差范围之外的前提条件下，开始所述搜索方法。

在本方法的又一有利的实施例中，针对不同的操作变量彼此之间的依赖性预先确定公差范围，并且其中，在所述不同的操作变量彼此之间的依赖性位于所述公差范围之外的前提条件下，开始所述搜索方法。优选的是，当第一操作变量或第二操作变量变化时，所述不同的操作变量彼此之间的依赖性是所述第一操作变量的变化与所述第二操作变量的变化的商。

在这些有利的实施例中，确定的操作值或相关的量与预先确定的公差范围之间的比较提供了用于控制所述方法的办法。

在这些情况下，还优选的是，提供等待时间（latency time），其中，在所述公差范围被保留超过所述等待时间的时间段的前提条件下，开始所述搜索方法。在更加优选的实施例中，所述等待时间的长度自身取决于光伏发电装置的操作变量。在又一优选的实施例中，所述等待时间的长度是通过考虑所述概率来确定的。

在本方法的又一有利的实施例中，所述先前搜索方法的结果是一个概率，利用所述结果，考虑到相应的操作变量，所述先前搜索方法每一个导致设定不同的操作点。

在本方法的又一有利的实施例中，所述先前搜索方法的结果是相应的新的操作点的预期值或在相应的新的操作点处光伏发电装置的操作变量的预期值，利用该结果，考虑到相应的操作变量，所述先前搜索方法每一个导致设定不同的操作点。尤其优选的是，考虑到光伏发电装置的对应瞬时操作变量和预期值之间的差异，执行概率的确定。

这些实施例提供考虑先前搜索方法的结果的直接的且易懂的方式。

在本方法的又一有利的实施例中，分析入射至光伏发电装置上的辐射的参数作为操作变量。优选的是，所述参数涉及辐射方向。进一步优选的是，基于瞬时时间来确定所述辐射方向。所述入射辐射也是光伏发电装置的操作变量，并且影响由于执行所述搜索方法而导致的能量损耗是否被由于改变的操作点而导致的能量增益补偿。

在从属权利要求中详细地说明了各种改良和有利的发展。

附图说明

以下，使用实施例并且参照附图详细地阐述本发明，其中，在该情况下：

图1示出了光伏装置的等效电路的示例；

图2以图表的形式示出了光伏发电装置的P/U特性的示例的图示；

图3以图表的形式示出了在用于操作光伏发电装置的方法的第一实施例中光伏发电装置的电压的时间分布图的示例的图示；

图4示出了作为一天的时间的函数的光伏发电装置的预期功率的示意图，以图解本方法的另一实施例；

图5示出了如图4所示的方法的另一实施例的流程图；

图6示出了随着一天时间的推移光伏模块的预期功率的图示，以图解图5所示的实施例的替代改良；

图7示出了随着一天时间的推移光伏模块的重新调整的电压的预期分布图的图示，以图解本方法的另一实施例；

图8以图表的形式示出了P/U特性的图示，以图解本方法的另一实施例；以及

图9以图表的形式示出了I/U特性的图示，以图解本方法的另一实施例。

具体实施方式

图1示出了用于产生能量的光伏装置的等效电路的示例。

光伏发电装置PV例如包括一个或多个串，每个串进而具有多个串联的光伏模块，该光伏发电装置PV作为理想电流源PV’示出，其与二极管D并联并且与内阻R_i串联。变动负载R_L连接至光伏发电装置PV，来自光伏发电装置PV的电流I_PV流过该负载R_L，并且在该负载R_L两端，电压U_PV下降。

通常，光伏发电装置之后是作为变动负载R_L的设备，优选的是整体上被称为“逆变器”的布置，该“逆变器”例如包括DC/DC转换器和DC/AC转换器。该逆变器主要是用于将PV发电装置产生的直流（DC）转换成交流（AC），该交流可以被馈送至电网供电系统。此外，在DC/DC转换器的输入端处，操作点被设定成光伏发电装置PV的功率/电压特性（P/U特性）上的最大功率点，在下文中简称为MPP（最大功率点）。

图2示出了光伏发电装置PV的P/U特性的示例的示意性图示。当电压U_PV从零至最大电压（也被称为空载电压U₀）变化时，未遮蔽的光伏发电装置PV的额定特性11通常具有最大值。在下文中，该最大值被称为全局极大值1。

图2还示出了实际特性11，作为在光伏发电装置被部分遮蔽的情况下的P/U特性的示例。总体上，部分遮蔽导致多个最大值出现在P/U特性中。在当前情况下，在不同的电平处形成了最大值2和3。在这些最大值中，最大值2还表示全局极大值，因此在下文中被称为全局极大值2。与此相对，最大值3仅是局部的最大值，并且对应地被称为局部最大值3。

使用两个不同的子方法来确定最佳操作点，这两个不同的子方法是搜索方法和跟踪方法。用于逆变器的操作管理的控制设备对应地在两种模式下操作，即，搜索模式和跟踪模式。这两个子方法和这两个模式以广泛不同的形式凭借自身均是已知的。

在下文中，参照图3，举例说明了两个子方法的每一个的一种形式。此处，应该注意到，为了使阐述简化，以下描述基于电压预设。当然，也可以将该方法转换成电流预设。

图3示出了在搜索方法4或跟踪方法5期间作为时间t的函数的光伏发电装置的电压U_PV的分布图。

首先，在时间段t_a＜t＜t_a’中，执行第一轮a的搜索方法4。在第一轮a的搜索方法4中，合适的负载变化连续地（或者在数控方法的情况下准连续地）从预定下限值U_L至上限值U_H通过光伏发电装置的电压U_PV（也被称为操作电压）。在这种情况下，选择下限值U_L和上限值U_H使得它们限制（bound）光伏发电装置的操作范围中通常可以预期MPP的一部分，例如，在空载电压U₀的25％至80％之间的范围。在该轮中，测量由光伏发电装置产生的电流I_PV，并且确定功率输出作为U_PV和I_PV的乘积，记录其大小作为电压U_PV的函数。所记录的测量值被用于确定全局极大值作为MPP，并且将操作点改变至这个值。举例来讲，图3是基于以下假设的，即，在第一搜索4a期间光伏发电装置没有被遮蔽，并且具有如图2所示的额定特性11。相应地，全局极大值1被发现为MPP，并且相关联的电压U₁被改变作为新的操作电压。

然后，从时间t＝t_a’开始，第一次（a）执行跟踪方法5。出于此目的，电压U_PV朝向更高和更低的电压值以预定大小一点点地变化，并且将该变化之后的新得到的功率值与之前存在的值进行比较。如果功率增加了，那么在同样的预定的短等待时间之后沿相同的方向（也就说，朝着更高或更低的电压）执行另一逐步（step）的电压变化。如果响应于该变化功率没有改变或者功率削弱，那么再次采用先前的电压值。这样，操作电压在MPP的电压值附近振荡，也就是说，在当前情况下，首先是在电压U₁的值的附近振荡。

如果MPP的位置变化，但是P/U特性没有任何质变，那么在跟踪方法期间操作电压遵循MPP的位置。例如，在加热的情况下，变动MPP的位置，尽管原则上P/U特性保持其特性，并且，例如，最大值的数目也没有改变。在这样的情况下，跟踪方法确保在MPP处操作光伏发电装置。

然而，在P/U特性的特性发生根本改变时，跟踪方法无法确保在MPP处操作光伏发电装置。例如，由于在部分遮蔽的情况下出现的多个最大值，导致特性的变化。假定，这种遮蔽（导致如图2中所示从额定特性11至实际特性12的变化）开始于图3中的时间t_11/12。当形成了两个最大值2和3时，跟踪方法追随所形成的两个极大值中的一个，但是不一定是两个极大值中较大的那个。在当前情况下，操作电压不断地上升，当形成了两个最大值2和3时，这指示了跟踪方法正在追随局部最大值3而不是全局极大值2。

确定并且分析光伏发电装置的操作变量，从而估计瞬时操作点偏离全局MPP的概率。取决于这种分析的结果，如果瞬时操作点偏离全局MPP的概率高并且更新的搜索导致更好的操作点的概率也高，中断跟踪方法，并且执行又一轮的搜索方法，该更好的操作点与能量增益相关联，该能量增益超出对由于执行该搜索而导致的能量损耗的弥补。如在本说明书的最后一段所描述的，考虑先前搜索方法的结果，从而确定瞬时操作点偏离最大功率点的概率，这些先前操作方法是在存在可比较的操作变量的情况下执行的。

在图3所示的示例中，在时间t_b处中断跟踪方法5a,并且开始又一轮（b）的搜索方法4。按照如上所述的第一轮（a）的搜索方法4类似的方式执行该又一轮（b）的搜索方法4，并且，导致发现全局极大值2并且操作点被设定成相关联的电压U₂。在搜索方法结束并且改变至新的操作点之后，在时间t_b’处，重新继续跟踪方法5（在附图中标注为5b）。

在参照图3阐述的第一实施例中，分析在跟踪操作点时光伏发电装置的电压U_PV的变化，作为操作变量。在这种情况下，该变化率（每单位时间电压的变化）是对瞬时跟踪的操作点偏离MPP的概率的量度。这个背景是：诸如加热光伏发电装置之类的保持P/U特性的特性不被改变的过程发生在比从未遮蔽光伏发电装置至部分遮蔽光伏发电装置的变化大的时间量程上。举例来讲，在跟踪过程中形成电压U_PV的变化率的滑动平均值，并且，如果该变化率超过预定值，发起搜索方法4。举例来讲，通过考虑跟踪方法5期间电压变化的先前步的预定数目（例如，18步）并且当该预定数目的步中特定比例的步（例如，该预定数目的步中的2/3的步）趋于相同方向（电压增加或电压下降）时发起搜索方法4，来确定该变化率的滑动平均值。在所示的示例中，在时间t_b处超出该比例，中断跟踪方法5a以执行搜索方法4b。

下面，参照图4和5描述用于在具有最大功率的操作点处操作光伏发电装置PV的方法的第二实施例。图4图示了在一天时间中作为时间t的函数的光伏发电装置PV产生的功率P_PV。在这种情况下，时间t_A标记日出的时间，时间t_M标记中午，并且时间t_U标记日落的时间。以示意图的坐标上的水平线示出了光伏发电装置P_N的额定功率以及该值的一半。

极近似地，来自光伏发电装置的最大功率输出具有遵循一天中的时间的抛物线分布图。与之类似的抛物线分布图在图4中用虚线的额定功率曲线21来示出，该抛物线分布图具有在底部开口并且在中午时到达其峰值的抛物线。仅在光伏发电装置没有被遮蔽的理想状况下才能实现该额定功率曲线21。日出的时间t_A、日落的时间t_U以及在抛物线的峰值点处的最大额定功率取决于一年中的时间。可以以表格的形式预先确定用于生成额定功率曲线21的对应参数，或者根据在先前一天或多个先前天测量的数据来构建这些对应参数。例如，可以通过将预期的额定功率曲线21乘以小于1的预定因子来创建阀值曲线22。在本示例中，该预定因子是0.5，作为其结果，阀值曲线22的峰值点在时间t_M处并且是额定功率的一半。

在本方法的该改良中，在执行跟踪方法5的同时，确定光伏发电装置PV的瞬时功率P_PV，并且比较该瞬时功率P_PV和阀值曲线22。如果该瞬时功率P_PV落入在阀值曲线22的值的下方，并且由此位于图4中的示意图所示的公差范围21’之外且进入范围22’，那么中断跟踪方法5，并且运行搜索方法4，以确定MPP。如在先前描述的示例中那样，一旦搜索完成，被发现的对应的最大功率点被设定为光伏发电装置PV的新的操作点，并且使用该新的操作点继续跟踪方法5。在这种情况下，只有当在大于预定时间段（等待时间）期间满足所指定的标准才开始搜索方法4。出于此目的，相比于阀值曲线22，可以在比较之前经由积分器（例如，低通滤波器）执行瞬时功率P_PV。

在本方法的另一改良中，通过计数器来提供诸如此类的等待时间，如将在下文中参照图4使用图5所示的流程图描述的那样的。

在第一步骤S1中，针对最大功率点（MPP）执行搜索。在第二步骤S2中，将用于操作光伏发电装置的操作点设定成在步骤S1中发现的最大功率点。具体来讲，在这种情况下，可以如同以下结合图3所描述的那样来执行步骤S1和步骤S2。

在随后的步骤S3中，在初始值c₀处初始化计数器c，例如，该初始值c₀等于360。在随后的步骤S4中，在预定的时间段（例如，一秒钟内）执行用于跟踪MPP的操作点的跟踪方法。在该环境中，还参考之前已经描述过的细节。

在随后的步骤S5中，基于阀值曲线22（比较图4）比较光伏发电模块P_PV的瞬时功率和阀值功率P₂₂。如果瞬时功率P_PV不低于阀值曲线22上的对应值，则该方法跳回步骤S3，此处计数器c被再次设定成初始值c₀。然后，通过再次执行步骤S4，在没有任何中断的情况下有效地继续跟踪方法。

但是，如果在步骤S5中发现瞬时功率P_PV低于来自阀值曲线22的对应阀值功率P₂₂，也就是说瞬时功率P_PV在图4中的范围22’内，那么方法继续至步骤S6，其中，以预定值Δc（例如，值1）递减计数器c的计数。

在随后的步骤S7中执行校对，以确定计数器c是否到达计数0。如果不是这样，那么通过再次继续跟踪方法，方法跳回步骤S4。

如果在步骤S7中发现已经到达计数0，那么方法跳回开始处，以再次执行步骤S1中对全局功率极大值MPP的搜索。

在本方法中，当使用例如值360作为初始值c₀并且使用1作为每一秒的间隔计数器的增量Δc时，仅在6分钟的等待时间之后由计数器C发起新的搜索过程，在该6分钟的等待时间之内功率必须持续在范围22’中。这确保了（不是由在局部最大值处跟踪引起的）短暂的功率波动以及操作变量中的短暂扰动均不会发起搜索。同时，这意味着如果在执行另一个搜索时即使发现具有较高功率的操作点的概率增大也不会频繁地执行搜索。在这种情况下，在替代的改良中，当超出阀值曲线22时计数器c可以不用复位至初始值c₀，而只是在预定的间隔增加预定的计数器增量，其中计数受限于作为最大值的初始值c₀。同样可行的是，使计数器c负增长，使得，在取决于操作变量的时间段之后，执行对全局功率最大值MPP的搜索。在这种情况下，在这个时间段上考虑对搜索被成功执行的概率的预测。

在另一个改良中，可以通过引入多个阀值曲线使等待时间取决于光伏发电装置PV的测量的操作变量。这在图6中示出，并且类似于图4中的图示。

图中示出了一系列阀值曲线22至27，在这些阀值曲线中，曲线22实际上对应于图3中的阀值曲线22。按照相同的方式根据额定功率曲线21（比较图4，此处未示出）创建其它的阀值曲线23至26，但将是越来越小的因子。

在与图5所示的方法对应的方法中，在这个改良中，使计数器减量（decrement）Δc的大小（图5中的步骤S6）取决于光伏发电装置PV的测量的瞬时功率P_PV。如果P_PV在阀值曲线22和阀值曲线23之间的范围22’中，那么Δc等于1。如果P_PV相对较低并且在阀值曲线23和阀值曲线24之间的范围23’中，那么计数器减量是Δc＝2。随着功率下降，减量上升至值4，8和16，如在图6中所看见的。在这种情况下，步的数目（也就是说，基本阀值曲线22至27的数目）以及计数器减量Δc的相关的大小应该被理解为仅仅是示例。总体上，图6中所示的方法导致用于执行搜索的等待时间随着光伏发电装置的瞬时功率和预期额定功率之间的差异的增大而减小。该差异越大，跟踪方法被越频繁地中断并且发起对MPP的新的搜索。在这种情况下，同样可行的是，通过根据在前所述的操作变量的计算，而不是计数器减量Δc的离散选择，来执行连续的确定过程。

参照图3所描述的方法的第一实施例固有地已经具有等待时间，该等待时间由跟踪方法中的步的数目来控制，针对它们的方向的改变来分析这些步。在这种情况下，考虑在方向（电压增加或电压下降）方面电压步（voltage steps）的分布与统一的分布之间的差异的程度，等待时间对所考虑的变量的依赖性本身可以由用于发起搜索方法的过程引入。

在结合图4至6描述的方法中，在一个可能的替代改良中，可行的是，额外地考虑功率变化，其中，这些方法基于对作为光伏发电装置的操作变量的功率的分析。这基于以下认识，即，光伏发电装置产生的功率中的主要波动一般认为是指示改变云覆盖（cloud cover）。在诸如此类的状况下，经常比较好的是，在云覆盖阶段期间通过尽可能地跟踪局部最大值来接受可能的能量损耗，这在任何情况下相比于发起搜索都会仅持续短时间。因此，这种改良使得当检测到大量变化的功率电平时抑制搜索方法4的发起。举例来讲，可以通过在预定时间段的期间上（例如，一分钟）持续地检测功率，形成测量的最大值功率与测量的最小值功率之间的相对差，并且将该相对差与预定的阀值（例如2％）进行比较，来检测大量变化的功率电平。只要作为功率波动的量度的该相对差超过预定的阀值，则不中断跟踪方法5，并且不发起搜索方法。可以进一步地将确定的功率波动的大小包括在等待时间中。例如，可以选择更大的计数器减量Δc，所确定的功率波动较小，因为如果功率波动小的话在阀值曲线下方的功率的下跌是遮蔽的一个明显指示。

此时，应该注意，这种方式的对搜索方法发起的抑制可以在本方法的所有实施例中执行，本方法的所有实施例是在本申请的范围内提出的，而不仅仅是在其中使用功率作为所考虑的操作变量的情况下执行。

图7图示了用于在具有最大功率的操作点处操作光伏发电装置的方法的另一个实施例。

图7示出了针对随着一天时间的推移光伏发电装置PV的重新调整的电压U_PV的分布图的预期值曲线31。如同图4和图6所示的情况，时间t_A和时间t_u分别指示日出和日落。除了在紧邻日出之后和日落之前的短暂的时间段以外，预期值曲线31上的电压U_PV跟随第一近似，抛物线在顶部开口。一天中的该假设成立的时间由时间t’_A和t’_u表示。在一天中中午附近分布图中的下降是由于操作条件的改变，加热光伏发电装置的结果。按照与结合图4和图6描述的方式类似的方式，可以根据来自一个或多个先前天的测量数据，来确定在这些时间以及在预期值曲线31的峰值点上的电压值和时间t’_A和t’_u。

基于预期值曲线31，通过例如第一情况中乘以小于1的因子并且第二情况中乘以大于1的因子，可以确定两个阀值曲线32和33，在这两个阀值曲线32和33之间形成了针对电压U_PV的公差范围31’。从该公差范围31’至下阀值曲线32下方的范围32’或上阀值曲线33上方的范围33’，光伏发电装置的瞬时测量的电压U_PV中的差异指示光伏发电装置被部分遮蔽的概率增大，并且作为跟踪方法的结果操作点跟踪至少两个功率最大值中的一个的概率增大。因此，跟踪方法仅跟踪局部最大值而不是全局极大值的概率增大。根据该改良，监视范围32’或范围33’中的光伏电压以中断跟踪方法并且执行搜索方法。在这种情况下，用于确定下阀值曲线32和上阀值曲线33的合理因子分别是0.9和1.05。

以与结合图5描述的实施例中的方式类似的方式，还可以在此使用计数器，以引入用于搜索方法的发起的等待时间。在这种情况下，可以使用方法所基于的操作变量（也就是说，在这种情况下，光伏模块的电压）来影响等待时间。例如，可以将每单位时间的计数器减量选择为更大，并且光伏模块的测量电压U_PV与预期曲线31之间的差异越大。

图8示出了P/U特性，按照与图1所示的方式类似的方式，以图示本方法的另一个实施例。如同结合图2所描述的那样，在跟踪方法中逐步地增加或者减少光伏发电装置的电压U_PV，以测量随后设定的电流值I_PV，并且使用该电流值I_PV来确定功率值P_PV。改变电压U_PV之前的功率值与改变电压U_PV之后的电压值之间的比较形成了跟踪方法的基础。在这种情况下，功率变化与电压变化的商ΔP_PV/ΔU_PV指示与正被跟踪的相应最大值相邻的侧面（flank）上的梯度。这个梯度与最大值的宽度相关联：大的梯度对应窄的最大值，并且小的梯度对应宽的最大值。

图8示出了按照这种方式针对最大值1，2和3确定的梯度41，42和43。当在P/U特性中出现多个最大值时，例如，在这种情况下，在实际特性12的情况下，观察到的最大值2和3，存在如下趋势，即，这些最大值比未遮蔽的PV发电装置的P/U特性的唯一最大值（例如，此处是针对额定特性11的最大值1）窄。针对在跟踪方法期间按照这种方式确定的梯度ΔP_PV/ΔU_PV定义极限值，其中，超过极限值指示存在遮蔽。在该方法的这种改良中，当在跟踪方法期间观察到在最大值的侧面上超过针对梯度的极限值时，相应地开始搜索方法，在该最大值的侧面上，跟踪方法当前被用于跟踪操作点。在这种情况下，极限值可以取决于瞬时功率，例如，通过被确定为相对变化ΔP_PV/(ΔU_PV*P_PV)的梯度。如同在已经描述的实施例中那样，在这种情况下，一方面可以引入等待时间，另一方面可以使等待时间的大小取决于所观察到的陡度。举例来讲，当使用计数器来实现等待时间时，可以将计数器减量选择为取决于确定的梯度ΔP_PV/ΔU_PV的大小。或者，替代使用梯度，还可以根据在所观察的最大值1，2，和3的区域中的P/U特性11和12的高阶多项式系数（例如，第二阶系数）的确定，来确定陡度。

图9使用光伏发电装置的I/U特性的示例图示了本方法的又一个实施例。图示了未遮蔽的PV发电装置的额定特性51以及部分遮蔽的PV发电装置的实际特性52。在特性51和52拦截横坐标处的电压值指示光伏发电装置的空载电压U₀。特性51和52拦截纵坐标处的电流值被称为短路电流I₀。

如果使沿特性51和52的电流和电压彼此相乘并且按照P/U示意图的形式来示出，这将导致图1所示的特性11和12。在这种情况下，其上特性51和52从图9变化的肩部指示图1中最大值的位置。

在这个实施例中，在执行跟踪方法的同时，按照与图7中所示的方法相似的方式确定特性51和52的对应肩部上的梯度。按照与梯度ΔP/ΔU类似的方式，梯度ΔI/ΔU也是对基本特性的一种测量。在这种情况下，可以针对梯度定义极限值，超过极限值指示存在部分遮蔽。当超越极限值时，可以以高概率来预测，跟踪发生在非全局功率最大值处。相应地，中断跟踪方法，以执行搜索方法。

此外，在跟踪方法的过程中，可以朝向更高的值来改变电压，例如，使这些更高的值在与I/U示意图中对应肩部相邻的右侧侧面上位于更远处。诸如此类的变化使得可以近似I/U示意图中右侧的边下降侧面，并且以进入横坐标的直线的形式将其外推。在未遮蔽的光伏发电装置的情况中，外推直线拦截横坐标处的值接近光伏发电装置的空载电压U₀。当在部分遮蔽时P/U特性上存在多个最大值并且U/I特性上存在多个肩部时，外推指示光伏发电装置的控制特性的这个区域的部分的各自的空载电压。

在图9中的实际特性52的情况中，左侧肩部上的右侧边外推导致预测的空载电压U’₀，该空载电压U’₀可以与光伏发电装置的遮蔽部分相关联。观察到空载电压U’₀显著低于所预期的空载电压U₀指示存在部分遮蔽。在这种情况下，可以通过对未遮蔽的光伏发电装置的测量或者通过跟踪额定特性51的肩部时的外推来提前确定空载电压U₀。预测的空载电压U’₀与预期的空载电压U₀之间的差异指示使用不是光伏发电装置的最大功率的点的操作点进行跟踪的概率增大。对应地，中断跟踪方法，以执行搜索方法。

按照相同的方法能够根据I/U特性的肩部的右侧边侧面上的梯度的确定来预测空载电压，外推肩部的左侧边侧面上的梯度至纵坐标类似地使得可以推导出短路电流。

在存在遮蔽时，实际曲线52的右侧肩部上的对应外推导致显著不同于预期短路电流I₀的预测短路电流I’₀。可以在未遮蔽的情况下提前测量短路电流I₀，或者可以在额定特性51的肩部上进行跟踪时通过外推来确定短路电流I₀。在这种情况下，预测的短路电流I’₀与预期的短路电流I₀之间的观察到的差异再次成为存在部分遮蔽的指示。如果超过了针对该差异的预定极限值，则发起搜索方法。

如同在已经描述的实施例中那样，也可以在结合图9描述的实施例中引入用于发起搜索方法的等待时间。在这种情况下，使该等待时间的大小例如取决于所确定的梯度ΔI/ΔU，预测的空载电压U’₀，以及预测的短路电流I’₀。

可以以组合的形式来使用预测的空载电压U’₀与预期的空载电压U₀之间的差异以及预测的短路电流I’₀与预期的短路电流I_O之间的差异，从而发起搜索方法。出于此目的，在本方法的又一实施例中，可以形成U’₀和I’₀的乘积，并且可以将该乘积与对应的预期值的乘积进行比较。这些乘积之间的差异再次成为存在部分遮蔽的指示。这有利地使得可以识别遮蔽，而无论两个或多个最大值中的哪个被跟踪方法用来跟踪操作点。

在到目前为止所描述的实施例中，搜索方法的发起取决于对操作变量的评估，其中，在执行跟踪方法的同时由合适的跟踪设备记录这些操作变量，该合适的跟踪设备例如可以被整合在连接至光伏发电装置的逆变器中。除了这些操作变量或者作为这些操作变量的替代，还可以考虑存在于光伏装置中的其它光伏发电装置的操作变量和/或外部供给的信息，以发起又一轮的搜索方法。

例如，如果可以在光伏装置中彼此独立地确定多个光伏发电装置的操作变量，可以评估这些操作变量的差（例如，与其相应额定功率大不相同的光伏发电装置功率）作为可能遮蔽的指示，并且，对应地可以中断跟踪方法，以针对正在产生过低的相对电功率的光伏发电装置执行搜索方法。可以在对应的逆变器中提供外部触发信号，以发起搜索方法，该外部触发信号是从中央设备输出的，该中央设备监视多个光伏发电装置的操作变量。这可以进一步地考虑另外的外部可获得的信息项。例如，可以将光伏发电装置瞬时产生的功率电平和基于瞬时天气数据预期的功率电平进行比较。在这种情况下，所观察到的任何差异同样地可以用来发起搜索方法。

根据本发明，在控制搜索方法的其它轮的发起时，考虑被执行的搜索方法在特定（环境）条件下取得的成功。

例如，可以在立体角图表中输入一轮成功的搜索方法。一轮成功的搜索方法的特征在于，它导致发现具有更大产出的操作点。例如，可以在立体角图表上示出搜索成功，作为入射辐射方向的函数，也就是说，此处太阳是日期和时间的函数。如果随着时间的推移在立体角图表中输入与所执行的搜索方法的重复相关联的信息，那么立体角图表使得可以针对特定入射辐射方向做出关于又一轮的搜索方法是否可以导致功率增加以及该又一轮的搜索方法导致功率增加的概率的明细。可以直接使用这种信息来发起一轮搜索方法，或者可以间接地使用这种信息以结合之前描述的方法中的一个经由等待时间的变化来影响搜索方法的发起。作为与搜索成功相关联的信息的替代或者除了与搜索成功相关联的信息以外，还可以在立体角图表中存储新的操作点和/或新的操作点处的操作变量，使得随着时间的推移立体角图表包含涉及针对该新的操作点和/或新的操作点处的操作变量的预期值的更精确的信息，根据该信息可以获得针对搜索成功的概率预测。如上所述，可以使用该概率预测来决定是否执行搜索方法。

在另一个改良中，在预定的第一时间段（例如，一天），按照固定时间间隔循环地执行多轮的搜索方法。取决于在该时间段中这些多轮的搜索方法有多成功，要么在更长的第二时间段定期地执行该循环搜索，要么在该第二时间段的整个期间抑制该循环搜索。一旦经过该第二时间段，再次在第一时间段的期间循环地执行搜索，评估其成功，并且相应地重复该方法。由此，确定重复定期的搜索方法的成功的概率，该概率随着（一年）时间的推移而变化，并且基于这种概率控制执行进一步搜索方法的过程。

附图标记列表

1，2 全局极大值

3 局部最大值

4 搜索方法

5 跟踪方法

11，51 额定特性

12，52 实际特性

21 额定功率曲线

21’ 公差范围

22－27 阀值曲线

22’－26’ 范围

31 预期值曲线

31’ 公差范围

32，33 阀值曲线

32’,33’ 范围

41－43 梯度

PV 光伏发电装置

PV’ 理想光伏发电装置

D 二极管

R_i 内阻

R_L 负载电阻

U_PV 光伏电压

I_PV 光伏电流

P_PV 光伏功率

U₀ 空载电压

I₀ 短路电路电流

U’₀ 预测空载电压

I’₀ 预测短路电流

t 时间

t_A 日出时间

t_M 中午

t_U 日落时间

c 计数器

c₀ 初始值

Δc 计数器减量

Claims

1.一种用于借助如下子方法在最大功率的操作点处操作光伏发电装置(PV)的方法，

-基于具有第一变化范围的系统负载变化来搜索最大功率点，

-将所述最大功率点设定为所述光伏发电装置(PV)的瞬时操作点，

-基于具有第二变化范围的负载变化来跟踪操作点，所述第二变化范围小于所述第一变化范围，

所述方法包括以下步骤：

-分析所述光伏发电装置(PV)的操作变量，以确定所述瞬时操作点偏离所述最大功率点的概率水平，

-中断跟踪方法并且执行搜索方法，从而根据所述操作变量的分析结果确定所述最大功率点，以及

-将所述最大功率点设定为所述瞬时操作点，并且重新继续所述跟踪方法，

其中，考虑先前搜索方法的结果，以确定所述瞬时操作点偏离所述最大功率点的概率，所述先前搜索方法是在存在可比较的操作变量的情况下执行的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在跟踪操作点的期间记录所分析的操作变量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光伏发电装置的功率(P_PV)和/或电压(U_PV)和/或电流(I_PV)被作为一个或多个操作变量分析。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述操作变量预先确定公差范围，并且其中，在所述操作变量位于所述公差范围之外的前提条件下开始所述搜索方法。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述操作变量的变化率预先确定公差范围，并且其中，在所述操作变量的变化率位于所述公差范围之外的前提条件下开始所述搜索方法。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，对不同的操作变量彼此之间的依赖性预先确定公差范围，并且其中，在所述不同的操作变量彼此之间的依赖性位于所述公差范围之外的前提条件下开始所述搜索方法。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，当第一操作变量或第二操作变量变化时，所述不同的操作变量彼此之间的依赖性是所述第一操作变量的变化与所述第二操作变量的变化的商。

8.根据权利要求4至7中任何一个所述的方法，其中，提供等待时间，在所述公差范围被保留超过所述等待时间的时间段的前提条件下开始所述搜索方法。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述等待时间本身的长度取决于所述光伏发电装置(PV)的操作变量。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，通过考虑所述概率来确定所述等待时间的长度。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述先前搜索方法的结果是一种概率，利用所述概率，所述先前搜索方法考虑各个操作变量分别导致设定不同的操作点。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，入射至所述光伏发电装置上的辐射的参数被作为操作变量分析。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述参数涉及辐射方向。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，基于瞬时时间来确定所述辐射方向。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述先前搜索方法的结果是各个新的操作点的预期值或所述光伏发电装置在所述各个新的操作点处的操作变量的预期值，利用所述预期值，所述先前搜索方法考虑各个操作变量而导致设定不同的操作点。

16.根据权利要求15所述的方法，所述概率的确定考虑所述光伏发电装置的所述预期值和对应瞬时操作变量之间的差异来执行。