CN104953948A - 一种光伏逆变器动态mppt效率测试的误差修正方法 - Google Patents

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曹磊
董玮
李红涛
董颖华
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

本发明提出一种光伏逆变器MPPT效率测试的误差修正方法，所述方法包括：根据被测光伏逆变器容量和匹配组件类型，选择在STC条件下光伏仿真模拟器输出的P-V曲线模型；以P-V曲线模型为基础，根据开路电压UOC；STC、短路电流ISC；STC与辐照度G之间的关系，获得辐照度变化时光伏阵列模拟器输出的I-V曲线；根据EN50530标准中对动态MPPT测试辐照度的要求，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线；构建光伏逆变器动态MPPT效率测试平台，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线测试数据，并上传至上位机；利用所述上位机修正其误差；从而实现了光伏逆变器动态MPPT效率的精细、准确测试。

Description

一种光伏逆变器动态MPPT效率测试的误差修正方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种光伏逆变器动态MPPT效率测试的误差修正方法。
背景技术
近年来，以风能、太阳能为代表的新能源在全球得到迅猛发展。截止2011年底，全球太阳能发电累计装机容量达到6740万千瓦。其中，光伏组件产量增速惊人，2010年太阳电池组件出货量达20GW，2011年光伏组件出货量达27.7GW，预计至2020年，光伏组件年产量将达40GW。在此情况下，光伏系统的发电效率也正受到广泛重视。而影响光伏系统发电效率的重要因素就是光伏逆变器对光伏阵列I-V曲线的最大功率点跟踪精度。
为评价并网光伏逆变器在辐照度波动下的MPPT跟踪性能，标准EN50530：2010《Overall efficiency of grid connected photovoltaic inverters》设置在辐照度不同变化速率的情况下对逆变器进行MPPT测试。标准采用梯形坡对光伏逆变器动态MPPT效率进行测试分析。模拟辐照度波动的测试曲线如附图2所示。其中，t0与t1的时间间隔为辐照度上升时间，t1与t2的时间间隔为辐照度峰值保持时间，t2与t3时间间隔为辐照度下降时间，t3与t4时间间隔为辐照度谷值保持时间。
考虑到逆变器的MPPT动态性能与初始条件有关，因此针对图2所示，动态MPPT辐照度波动曲线，设定低辐照度动态MPPT效率测试和高辐照度动态MPPT效率测试。其中，低辐照度为辐照度由100W/m2到辐照度500W/m2，辐照步长为400W/m2，稳定时间为200s，等待时间为150s；高辐照度为辐照度由300W/m2到1000W/m2，辐照步长为700W/m2，稳定时间与等待时间与低辐照度相同。
光伏阵列模拟直流源是一种输出特性与被模拟的光伏电池或阵列一致的特殊电源，它可以代替真实的光伏阵列用于光伏产品研发与测试。
电子负载是通过控制内部功率MOSFET或晶体管的导通量(占空比大小)实现电能消耗的设备。电子负载能够在使用时准确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以实现模拟负载短路。
目前，针对光伏逆变器动态MPPT效率测试存以下问题，严重影响了光伏逆变器动态MPPT效率测试的准确率：
1)光伏方阵模拟直流源与逆变器之间存在较长直流连接线缆，在实际测试时由于 线缆损耗造成实际输入到逆变器直流侧的功率降低；
2)由于光伏方阵模拟直流源自身原因，其输出I-V曲线与EN50530标准要求曲线之间存在差异性。
发明内容
本发明提出一种光伏逆变器动态MPPT效率测试的误差修正方法，解决了光伏逆变器动态MPPT效率测试不准确的难题。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种光伏逆变器动态MPPT效率测试的误差修正方法，所述方法包括：
(1)根据被测光伏逆变器容量和匹配组件类型，选择在STC条件下光伏仿真模拟器输出的P-V曲线模型；
(2)以P-V曲线模型为基础，根据开路电压UOC；STC、短路电流ISC；STC与辐照度G之间的关系，获得辐照度变化时光伏阵列模拟器输出的I-V曲线；
(3)根据EN50530标准中对动态MPPT测试辐照度的要求，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线；
(4)构建光伏逆变器动态MPPT效率测试平台，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线测试数据，并上传至上位机；
(5)利用所述上位机修正其误差。
优选的，所述步骤(1)中选择在STC条件下光伏仿真模拟器输出的I-V曲线模型如下式所示：
I P V = I S C - I 0 ( e U P V U O C C A Q - 1 ) - - - ( 1 )
式(1)中，IPV为光伏阵列模拟器的输出电流、ISC为光伏阵列模拟器的短路电流、I0为二极管饱和电流、UPV为光伏阵列模拟器的输出电压、UOC为光伏阵列模拟器的开路电压、CAQ为通过光伏组件填充因子计算得到的常数；
所述光伏组件填充因子的计算公式为：
C A Q = FF U - 1 l n ( 1 - FF I ) - - - ( 2 )
式(2)中，FFI为电压填充因子，FFU为电流填充因子；
所述FFI和FFU分别由STC条件下最大功率点电压UMPP；STC、开路电压UOC；STC、最大功率点电流IMPP；STC和短路电流ISC；STC确定，其表达式为：
FF U = U M P P ; S T C U O C ; S T C - - - ( 3 )
FF I = I M P P ; S T C I S C ; S T C - - - ( 4 ) .
优选的，所述步骤(2)中开路电压UOC；STC、短路电流ISC；STC与辐照度G之间的关系表达式为：
I S C = I S C , S T C G G S T C - - - ( 5 )
U O C = U O C , S T C ( l n ( G C G + 1 ) · C V - C R · G ) - - - ( 6 )
式(5)和(6)中，CR、CV和CG皆为依据EN50530标准设定的常数；GSTC为标准条件下的辐照度，取值为1000。
优选的，所述步骤(3)获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线包括，根据EN50530标准中对动态MPPT测试辐照度的要求，结合式(5)和式(6)完成光伏阵列模拟器输出的I-V曲线的获取；并记录所述光伏阵列模拟器输出的I-V曲线电压Udc、电流Idc和功率Pdc。
优选的，所述步骤(4)构建光伏逆变器动态MPPT效率测试平台，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线测试数据包括，将光伏阵列模拟器输出端和逆变器输入端断开，在断开处接入电子负载，与光伏阵列模拟器输出端相连；利用所述电子负载测试所述光伏阵列模拟器输出的I-V曲线，获得测试数据，包括直流电压Udc’、直流电流Idc’和直流功率Pdc’。
优选的，所述步骤(5)利用所述上位机修正其误差包括，所述上位机将测试数据与符合EN50530标准的I-V曲线输出的电压Uen、电流Ien和功率Pen进行逐差比较；根据差值确定提升或降低光伏阵列模拟器I-V曲线输出的电压Udc、电流Idc和功率Pdc大小。
进一步地，在全功率区间内按一定步长步重复步骤(4)和步骤(5)，直至光伏阵列模拟器输出的I-V曲线达到EN50530标准要求；并断开电子负载，将光伏逆变器接入光伏阵列模拟器输出端；利用修正后的I-V曲线对光伏逆变器动态MPPT效率进行测试。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1)该方法通过建立光伏逆变器动态MPPT效率测试平台，并利用电子负载对光伏阵列模拟器输出I-V曲线进行测试，获得光伏阵列模拟器实际输出到逆变器直流侧I-V曲线值。
2)将电子负载测试结果传输到上位机，分析光伏阵列模拟器实际输出I-V曲线与 标准曲线之间差异，并根据标准要求对曲线进行修正，有效解决了由于线缆损耗以及光伏阵列模拟器精度而造成的输出I-V曲线偏差问题，实现了光伏逆变器动态MPPT效率的精细、准确测试。
附图说明
图1为本发明提供的光伏逆变器动态MPPT效率测试的误差修正方法流程图；
图2为背景技术提供的标准动态MPPT测试曲线示意图；
图3为本发明提供的光伏逆变器动态MPPT测试结构示意图；
图4为本发明提供的光伏阵列模拟器I-V曲线校准结构示意图；
图5为本发明提供的光伏阵列模拟器I-V曲线测试与校准曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图1所示，一种光伏逆变器动态MPPT效率测试的误差修正方法，所述方法包括：
(1)根据被测光伏逆变器容量和匹配组件类型，选择在STC条件下光伏仿真模拟器输出的P-V曲线模型；所述步骤(1)中选择在STC条件下光伏仿真模拟器输出的P-V曲线模型如下式所示：
I P V = I S C - I 0 ( e U P V U O C C A Q - 1 ) - - - ( 1 )
式(1)中，IPV为光伏阵列模拟器的输出电流、ISC为光伏阵列模拟器的短路电流、I0为二极管饱和电流、UPV为光伏阵列模拟器的输出电压、UOC为光伏阵列模拟器的开路电压、CAQ为通过光伏组件填充因子计算得到的常数；
所述光伏组件填充因子的计算公式为：
C A Q = FF U - 1 l n ( 1 - FF I ) - - - ( 2 )
式(2)中，FFI为电压填充因子，FFU为电流填充因子；
所述FFI和FFU分别由STC条件下最大功率点电压UMPP；STC、开路电压UOC；STC、最大功率点电流IMPP；STC和短路电流ISC；STC确定，其表达式为：
FF U = U M P P ; S T C U O C ; S T C - - - ( 3 )
FF I = I M P P ; S T C I S C ; S T C - - - ( 4 ) .
(2)以P-V曲线模型为基础，根据开路电压UOC；STC、短路电流ISC；STC与辐照度G之间的关系，获得辐照度变化时光伏阵列模拟器输出的I-V曲线；所述步骤(2)中开路电压UOC；STC、短路电流ISC；STC与辐照度G之间的关系表达式为：
I S C = I S C , S T C G G S T C - - - ( 5 )
U O C = U O C , S T C ( l n ( G C G + 1 ) · C V - C R · G ) - - - ( 6 )
式(5)和(6)中，CR、CV和CG皆为依据EN50530标准设定的常数；GSTC为标准条件下的辐照度，取值为1000。
(3)根据EN50530标准中对动态MPPT测试辐照度的要求，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线；如图3所示，所述步骤(3)获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线包括，根据EN50530标准中对动态MPPT测试辐照度的要求，结合式(5)和式(6)完成光伏阵列模拟器输出的I-V曲线的获取；并记录所述光伏阵列模拟器输出的I-V曲线电压Udc、电流Idc和功率Pdc。
(4)构建光伏逆变器动态MPPT效率测试平台，如图4所示，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线测试数据，并上传至上位机；所述步骤(4)构建光伏逆变器动态MPPT效率测试平台，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线测试数据包括，将光伏阵列模拟器输出端和逆变器输入端断开，在断开处接入电子负载，与光伏阵列模拟器输出端相连；利用所述电子负载测试所述光伏阵列模拟器输出的I-V曲线，获得测试数据，包括直流电压Udc’、直流电流Idc’和直流功率Pdc’。
(5)利用所述上位机修正其误差。所述步骤(5)利用所述上位机修正其误差包括，所述上位机将测试数据与符合EN50530：2010《Overall efficiency of grid connected photovoltaic inverters》标准曲线输出的电压Uen、电流Ien和功率Pen进行逐差比较；如图5所示，根据差值确定提升或降低光伏阵列模拟器I-V曲线输出的电压Udc、电流Idc和功率Pdc大小。
在全功率区间内按一定步长步重复步骤(4)和步骤(5)，直至光伏阵列模拟器输出的I-V曲线达到EN50530标准要求；并断开电子负载，将光伏逆变器接入光伏阵列模拟器输出端；利用修正后的I-V曲线对光伏逆变器动态MPPT效率进行测试。其测试结果如下表1所示：
表1动态MPPT效率测试结果
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种光伏逆变器动态MPPT效率测试的误差修正方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)根据被测光伏逆变器容量和匹配组件类型，选择在STC条件下光伏仿真模拟器输出的P-V曲线模型；
(2)以P-V曲线模型为基础，根据开路电压UOC；STC、短路电流ISC；STC与辐照度G之间的关系，获得辐照度变化时光伏阵列模拟器输出的I-V曲线；
(3)根据EN50530标准中对动态MPPT测试辐照度的要求，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线；
(4)构建光伏逆变器动态MPPT效率测试平台，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线测试数据，并上传至上位机；
(5)利用所述上位机修正其误差。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中选择在STC条件下光伏仿真模拟器输出的P-V曲线模型如下式所示：
I P V = I S C - I 0 ( e U P V U O C C A Q - 1 ) - - - ( 1 )
式(1)中，IPV为光伏阵列模拟器的输出电流、ISC为光伏阵列模拟器的短路电流、I0为二极管饱和电流、UPV为光伏阵列模拟器的输出电压、UOC为光伏阵列模拟器的开路电压、CAQ为通过光伏组件填充因子计算得到的常数；
所述光伏组件填充因子的计算公式为：
C A Q = FF U - 1 ln ( 1 - FF I ) - - - ( 2 )
式(2)中，FFI为电压填充因子，FFU为电流填充因子；
所述FFI和FFU分别由STC条件下最大功率点电压UMPP；STC、开路电压UOC；STC、最大功率点电流IMPP；STC和短路电流ISC；STC确定，其表达式为：
FF U = U M P P ; S T C U O C ; S T C - - - ( 3 )
FF I = I M P P ; S T C I S C ; S T C ( 4 ) .
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中开路电压UOC；STC、短路电流ISC；STC与辐照度G之间的关系表达式为：
I S C = I S C , S T C G G S T C - - - ( 5 )
U O C = U O C , S T C ( l n ( G C G + 1 ) · C V - C R · G ) - - - ( 6 )
式(5)和(6)中，CR、CV和CG皆为依据EN50530标准设定的常数；GSTC为标准条件下的辐照度，取值为1000。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线包括，根据EN50530标准中对动态MPPT测试辐照度的要求，结合式(5)和式(6)完成光伏阵列模拟器输出的I-V曲线的获取；并记录所述光伏阵列模拟器输出的I-V曲线电压Udc、电流Idc和功率Pdc。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)构建光伏逆变器动态MPPT效率测试平台，获取光伏阵列模拟器输出的I-V曲线测试数据包括，将光伏阵列模拟器输出端和逆变器输入端断开，在断开处接入电子负载，与光伏阵列模拟器输出端相连；利用所述电子负载测试所述光伏阵列模拟器输出的I-V曲线，获得测试数据，包括直流电压Udc’、直流电流Idc’和直流功率Pdc’。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)利用所述上位机修正其误差包括，所述上位机将测试数据与符合EN50530标准的I-V曲线输出的电压Uen、电流Ien和功率Pen进行逐差比较；根据差值确定提升或降低光伏阵列模拟器I-V曲线输出的电压Udc、电流Idc和功率Pdc大小。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在全功率区间内按一定步长步重复步骤(4)和步骤(5)，直至光伏阵列模拟器输出的I-V曲线达到EN50530标准要求；并断开电子负载，将光伏逆变器接入光伏阵列模拟器输出端；利用修正后的I-V曲线对光伏逆变器动态MPPT效率进行测试。
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Applicant after: China Electric Power Research Institute

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