CN103995557A

CN103995557A - 用于部分遮阴的光伏阵列的产量优化的方法

Info

Publication number: CN103995557A
Application number: CN201410052709.6A
Authority: CN
Inventors: T.布雷斯坦纳; M.豪格; K.雷赫
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2034-02-17
Also published as: US9608439B2; DE102013202600A1; DE102013202600B4; CN103995557B; US20140232206A1

Abstract

本发明涉及一种用于具有逆变器的光伏阵列的产量优化的方法，包括如下步骤：a）在根据MPP（Maximum Power Point）法控制逆变器的情况下周期地测量电流和中间电路电压，并存储所测量的电流值，b）将中间电路电压降低到这样的值，该值超过容许逆变器运行的最小中间电路电压不多于100%，c）在减小的中间电路电压的情况下测量电流并且与前面存储的电流的当前值相比较，d）在两个电流之间的差超过预定的阈值的情况下导入搜索全局MPP的搜索方法，e）否则，在极大功率的情况下以最后存储的电流的电流值来继续运行。

Description

用于部分遮阴的光伏阵列的产量优化的方法

技术领域

本发明涉及一种用于部分遮阴的光伏阵列（Photovoltaik-Feld）的产量优化（Ertragsoptimierung）的方法。

背景技术

通常根据控制方法来运行光伏阵列（PV阵列），其中在极大功率MPP（Maximum Power Point（最大功率点））的情况下获得最大能量产出，因此为此也使用术语MPP法。在通过遮阴一个或多个光伏模块来部分遮阴（Teilverschattung）光伏阵列的情况下改变了所涉及的光伏阵列的电流-电压特性曲线（IU特性曲线），因为遮阴的光伏模块表示高欧姆的电阻。在此，作为电压是指可借助逆变器调节的中间电路电压U。由此导致在遮阴的光伏模块上的相应低的光伏电流和强的电压降。为了避免这一点，分别借助旁路二极管分流在遮阴的光伏模块上的电流，该旁路二极管允许以相对较高的电流运行。由于遮阴造成的IU特性曲线变化导致按照IU特性曲线产生的能量产出不再仅具有一个极大值，而是具有按照图1的多个极大值（MPP）。利用所谓的MPP跟踪器来按照MPP法控制光伏逆变器。在此，这样设置中间电路电压，使得给出极大功率MPP。

在没有搜索方法的条件下可能仅找到局部极大值。这会导致极大的产量损失。然而如果在不存在遮阴情况下开始搜索方法，则产生产量损失。但是应当尽可能地避免这一点。

WO2006/081038A2公开了用于确定运行区域内的变化的特征值的一种系统和一种方法。WO2006/081038A2的图4示出了一种用于在部分遮阴光伏阵列的情况下应用的搜索方法，其中以有规律的间隔实施关于特性曲线的完整的搜索过程。在此，光伏设备的逆变器遍历整个运行区域并且在此使用电流作为调节的调节参数。

按照DE102010036966A1执行一种搜索过程，依据的是当前使用的工作点不再位于全局极大值的概率。在此，光伏设备的逆变器也遍历整个运行区域。将基于在过去的和当前的全局极大值之间的电压差搜索全局极大值用作搜索的初始化。

另外的文献（DHOPLE,BELL,DAVOUDI,CHAPMAN,DOMINGUEZ-GARCIA:A global maximum power point tracking method forPV module integrated converters.In:Energy Conversion Congress andExposition(ECCE),2012IEEE,2012,4762-4767页）示出了一种装置，其中仅当至少一个旁路二极管导通时，对于全局极大值实施搜索过程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，建议一种用于光伏阵列的产量优化的方法，该方法在遮阴光伏模块的情况下确保了尽可能小的产量损失。

上述技术问题通过具有按照本发明的特征的方法来解决。其包括如下步骤：

a）在根据MPP（Maximum Power Point）法控制逆变器的情况下周期地测量电流Iakt和中间电路电压U，并存储所测量的电流值，

b）将中间电路电压U降低到这样的值，该值超过容许逆变器运行的中间电路电压的最小值Umin不多于100%，

c）在减小的中间电路电压的情况下测量电流Ired并且与前面存储的电流Iakt的当前值相比较，

d）在电流Ired和Iakt之间的差超过预定的阈值的情况下导入搜索全局MPP（Maximum Power Point）的搜索方法，

e）否则，在MPP的情况下以最后存储的电流Iakt的电流值来继续运行。

附图说明

下面对照附图对本发明的实施例作进一步的说明。附图中：

图1和图2示出了光伏阵列的部分遮阴对其IU特性曲线（电流-电压特性曲线）的影响，

图3示出了光伏阵列的部分遮阴对其功率特性曲线的影响，

图4示出了光伏阵列的部分遮阴对在小的中间电路电压UMPPmin的情况下的电流IMPPmin的影响，

图5示出了在周期地采样IU特性曲线以搜索全局极大功率时伴随有产量损失的功率变化，

图6示出了通过周期地跳至具有小的中间电路电压UMPPmin的最小MPPmin引起的伴随有产量损失的功率变化，

图7示出了按照本发明的用于具有逆变器的光伏阵列的产量优化的方法的流程图。

具体实施方式

在没有部分遮阴光伏模块的理想的光伏阵列（PV阵列）的情况下，如在图1中通过实线所示的那样，通过通常的搜索方法能够相对简单地确定最大能量产量（Maximum Power Point MPP）。但是按照图1在部分遮阴的情况下得到多个极大值。由此当前找到的运行点可能仅表示局部极大功率MPPlocal。但全局极大功率MPPglobal位于另外的位置并且还取决于是存在具有旁路二极管的光伏模块的布线（如通过虚线所示的那样）还是不存在具有旁路二极管的光伏模块的布线（参见点线）。为了找到全局极大功率MPPglobal，必须脱离局部极大功率MPPlocal，例如方法是以相应待定义的采样步骤遍历整个IU特性曲线（电流-电压特性曲线），其中对于究竟是否存在全局极大功率MPPglobal的假定是不可靠的。在MPP之外进行IU特性曲线的该遍历并且将其与按照图5的产量损失结合。产量损失较大或较小，取决于有多频繁地搜索到“可能存在”但不“保证存在”的极大值（通过遮阴引起）。

通常的遮阴算法参考当前的PV阵列功率。这样的算法在特定情况下不能找到全局极大功率MPPglobal。在该算法的情况下可以跳过全局极大功率MPPglobal。由此，所驶向的功率点可以比在遮阴搜索过程之前的功率点更低。相应地，调节到局部极大功率MPPlocal并且不调节到全局极大功率MPPglobal。

当在串联电路中的光伏模块被遮阴时，由于IU特性曲线的辐照相关性，电流极其强烈地降低。因为电流必须流过所有在串联中连接的光伏模块，所以所有另外的光伏模块不再在其MPP处工作。

图2示出了由16个光伏模块组成的PV发电机的IU特性曲线，这些光伏模块没被遮阴（实线的特性曲线）。在遮阴3个光伏模块的情况下电流降低（虚线的特性曲线）。遮阴的光伏模块表示大的欧姆电阻，其限制电流。因为由于强的热生成会导致损坏单个的光电元件，在光伏模块中以公知的方式使用旁路二极管，该旁路二极管分流在遮阴的光伏模块上的电流。如果旁路二极管动作，则该光伏模块不再为PV发电机的功率提供份额。在总电压中缺少该光伏模块的电压，但又可以无危险地流过大的电流。在图2中以点线示出了带有激活的旁路二极管的在遮阴条件下的IU特性曲线。

图3分别取自功率的变化，其中实线表示没有遮阴的情况。典型的遮阴场景如下：

遮阴首先是小的，因此电流仅稍微减小。MPP在此移至较大的电压。在逆变器中的MPP跟踪器遵循该方向并且在遮阴情况中停留在小的极大功率（在图2中虚线曲线）。

MPP跟踪器是否找到更大得多的极大功率（点线曲线）取决于该MPP跟踪器的算法，该更大得多的极大功率在遮阴的光伏模块的旁路二极管导通时出现。在极大功率MPP的情况下的电压U（中间电路电压）在此明显较小，因为恰好仅未遮阴的光伏模块主要为总电压提供份额。在旁路二极管导通的情况下未遮阴的光伏模块的剩余的总电压还必须对于逆变器的工作区来说足够大。如果不是这种情况，则MPP跟踪器不能找到极大功率。

在PV阵列部分遮阴的情况下IU特性曲线以如下形式变化，即在最小可能的中间电路电压Umin（通过逆变器的特性数据确定）的情况下的电流Imin尽可能明显比在当前存在的局部极大功率MPPlocal处的电流更大。由此可以识别按照图4的部分遮阴。这意味着，当存在遮阴时，在最小容许的中间电路电压Umin的情况下或也在位于其上一些的中间电路电压的情况下测量的电流给出提示。中间电路电压U被降低到这样的值，该值按照本发明超过容许逆变器运行的最小中间电路电压Umin不多于20%。优选地，将中间电路电压设置为Umin，因为全局极大功率MPPglobal可以位于Umin附近。

在图1、图2和图4中在横坐标上描绘了单位为伏特的电压U并且在纵坐标上描绘了单位为安培的电流I。在图3中在横坐标上描绘了单位为伏特的电压U并且在纵坐标上描绘了单位为瓦特的功率P。

功率测量不是明显的特征，因为（例如在最小可能的MPP处的）功率比在目前存在的局部MPP处的功率更小。因此，必须为此采样整个特性曲线，以便确定是否给出另外的全局极大功率。如果否，则按照图5由于在MPP之外的采样而失去一定的产量。相反，按照图6对于电流测量的短时的跳变仅导致最小的产量损失。在图5和图6中在横坐标上描绘了时间t并且在纵坐标上描绘了功率P。

比较电流测量具有如下优点，即，如果测量的电流近似相等，则仅短时地脱离MPP并且随后就回跳到最后的MPP，

在按照图7的流程图中概括了用于具有逆变器的光伏阵列的产量优化的方法。基本上包括如下方法步骤：

b）将中间电路电压U降低到这样的值，该值超过容许逆变器运行的最小中间电路电压Umin不多于100%，

d）在电流Ired和Iakt之间的差超过预定的阈值的情况下导入搜索全局MPPglobal（Maximum Power Point）的搜索方法，

在该方法的情况下周期地测量电流I，即在测量时间点的当前电流，因此通过Iakt表示该电流。然后将中间电路电压U降低到这样的值，该值超过容许逆变器运行的最小中间电路电压Umin不多于100%。利用Ired表示在减小或降低的中间电路电压U的情况下的电流。将其与电流Iakt的最后存储的、当前的值相比较。按照本发明，电流Ired比电流Iakt的所存储的值高大约20%。在超过该阈值的情况下导入搜索全局极大功率MPPglobal的搜索方法。精确的百分比说明是不可能的，因为可以特定于客户或特定于设备地规定百分比值。

Claims

1.一种用于具有逆变器的光伏阵列的产量优化的方法，包括如下步骤：

a）在根据极大功率法控制逆变器的情况下周期地测量电流（Iakt）和中间电路电压（U），并存储所测量的电流值，

b）将中间电路电压（U）降低到这样的值，该值超过容许逆变器运行的最小中间电路电压（Umin）不多于100%，

c）在减小的中间电路电压的情况下测量电流（Ired）并且与前面存储的电流（Iakt）的当前值相比较，

d）在两个电流（Ired，Iakt）之间的差超过预定的阈值的情况下导入搜索全局极大功率的搜索方法，

e）否则，在极大功率（MPP）的情况下以最后存储的电流（Iakt）的电流值来继续运行。