CN105700614A - 一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能发电技术，特别是一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，至少包括：多个功率优化模块构成的阵列，阵列中的每一个功率优化模块输入端口与太阳能电池板相连，功率优化模块之间通过无线数据传输链接；功率优化模块串并联阵列输出端与DC/AC逆变器输入端直流电电连接；DC/AC逆变器输出端与交流电网端交流电电连接；串并联阵列中的功率优化模块输入端与光伏组件输出端电连接，解决了由于各种因素使太阳能系统内部出现失衡时，最大限度的提高光伏系统的发电效率。

Description

一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电技术，特别是一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法。
背景技术
随着能源的短缺和环境的污染，太阳能作为一种无公害、无污染的绿色能源越来越多的被人们所重视，太阳能光伏发电的应用也越来越广。随着可再生能源的发展，太阳能光伏发电的应用也越来越倍受人们的关注，太阳能发电领域也成为热门研究领域。不过，目前现有的太阳能光伏发电系统架构极易受到实际工作环境和现场条件的影响，从而导致太阳能系统内部出现失衡。如，住宅旁边如果种了一棵大树，树阴、落叶、树皮等各类碎片，天空中飞快运动的云朵，以及不时掉落下来的鸟粪、虫子等杂物都会遮挡住阳光照射太阳能板的强度，并且会逐步减少光伏系统的总发电量。对于太阳能光伏发电系统而言，只要几块电池板有阴影或树叶等杂物遮蔽，整个系统的发电量便会大幅地下跌。具体来说，只要有10%的太阳能电池板面积被遮盖，系统的总发电量便会下跌50%。另外，尽管新安装的太阳能光伏系统不会有电池板失配的问题，但随着时间的流逝，电池板也会不断老化，并且老化的速度参差不齐，太阳能系统内部也必然会出现失衡。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，以便解决由于各种因素使太阳能系统内部出现失衡时，最大限度的提高光伏系统的发电效率。
本发明的目的是这样实现的，一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，至少包括：多个功率优化模块构成的阵列，阵列中的每一个功率优化模块输入端口与太阳能电池板相连，功率优化模块之间通过无线数据传输链接；功率优化模块串并联阵列输出端与DC/AC逆变器输入端直流电电连接；DC/AC逆变器输出端与交流电网端交流电电连接；串并联阵列中的功率优化模块输入端与光伏组件1输出端电连接；开机之后，功率优化模块首先进行自检和设置等初始化动作，之后对功率优化模块输入端和输出端的电流电压进行采样，计算当前功率优化模块功率值；若无线通讯指令中有数据采集器下发的功率点设置指令，则按照功率点设置要求计算所需占空比，并调整占空比至目标值，然后检测调整之后的功率是否达到设置命令的要求，如果没达到则继续调整，如果已达到则当前程序循环结束，返回主程序；
功率优化模块主程序中如果没有接收到数据采集器下发的功率点设置指令，则增大当前占空比，之后计算占空比增大后功率是否变大，如果功率变大则继续增大占空比，至功率不会变大；
之后功率优化模块减小占空比并计算功率是否变大，如变大则继续减小占空比，如变小则判定已经工作在最大功率点状态；
此时记录当前工作点并通过无线通信将此工作点上报给数据采集器，并完成本次程序循环。
所述的数据采集器中主程序会对阵列中各个功率优化器模块的工作点进行分析，若发现其中某一优化模块功率明显低于其余模块则判断该模块对应电池板被阴影遮挡，此时数据采集器会对该模块所在组串下达功率点指令，使该模块所在组串的其余模块调整其工作点，可以在阴影遮挡情况下产生组串的最大发电量，同时上报阴影遮挡告警给上位机，使工作人员可以及时到现场排除阴影。
输入电流电压采样电路3和输出电流电压采样电路5实现端口电流电压采样，为PWM逻辑电路6的MPPT算法提供输入数据；PWM逻辑电路6根据采样信息和通过无线通信电路接收其它编码功率优化模块的连接的光伏组件1电压和电流信息，通过分析和处理数据，产生PWM波给PWM驱动电路4，由PWM驱动电路4驱动直流功率变换电路2，直流功率变换电路2最终执行功率变换动作，完成太阳能功率优化。
功率优化模块包括输入电流电压采样电路3、输出电流电压采样电路5、PWM驱动电路4、直流功率变换电路2、PWM逻辑电路6、辅助电源7与无线通信电路8，输入电流电压采样电路3的输入端、直流功率变换电路2的输入端、辅助电源7的输入端同时与光伏组件1输出端电连接；输入电流电压采样电路3的输出端与PWM逻辑电路6输入端电连接，PWM逻辑电路6至少有两路输入输出控制端分别与无线通信电路8和直流功率变换电路2电连接；在直流功率变换电路2的输出端电连接有输出电流电压采样电路5。
辅助电源7产生PWM驱动电路4、PWM逻辑电路6与无线通信电路8需要的电压，供给PWM驱动电路4、PWM逻辑电路6与无线通信电路8的电源端。
所述的直流功率变换电路2包括前置电容和后置电容，前置电容和后置电容一端同时接地，另一端串联连接有电感L和二极管D，二极管p端接前置电容，二极管n端接后置电容；在电感L和二极管D之间有MOS管的漏极，MOS管的源极与地电位连接，MOS管的栅极与PWM驱动电路4输出端电连接。
前置电容和后置电容或是并联电连接的多个电容组成。
二极管D或是并联连接的两个二极管，正极相连接，负极相连接。
所述的PWM驱动电路4包括两个MOS管和两个三极管，第一MOS管的栅极通过电阻R1与PWM逻辑电路6控制端电连接，第一MOS管的源极接地，第一MOS管的漏极通过电阻R3与辅助电源7电连接；第一MOS管的漏极与第二MOS管的栅极电连接；第二MOS管的源极接地，第二MOS管的漏极通过电阻R4与辅助电源7电连接；第二MOS管的漏极通过电阻R5与第一三极管和第二三极管的基极电连接；第二三极管的发射极和第三三极管的发射极电连接，第二三极管的发射极和第三三极管的发射极共同与直流功率变换电路2的控制端电连接，第三三极管的集电极通过电阻R6与辅助电源7电连接。
本发明的优点是：太阳能优化器在光伏发电基站系统中的连接位置。从它在光伏发电基站系统中的连接位置我们就可以看出太阳能优化器在光伏极板串联时可以解决由于遮阴等因素导致能量降低而出现的电流瓶颈问题，在支路并联时可以解决由于遮阴等因素导致能量降低而出现的电压差异问题，从而使整个光伏发电系统的效率得到提高。
附图说明
图1是本发明实施例1电路图；
图2是功率优化模块元电路原理图；
图3是本发明实施例2电路图；
图4是直流功率变换电路电路图；
图5是PWM驱动电路原理图。
图中，1、光伏组件；3、输入电流电压采样电路；5、输出电流电压采样电路；4、PWM驱动电路；2、直流功率变换电路；6、PWM逻辑电路；7、辅助电源；8、无线通信电路；9、DC/AC逆变器；10、数据采集器；11、PC上位机。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，至少包括：多个功率优化模块构成的阵列，阵列中的每一个功率优化模块输入端口与太阳能电池板相连，功率优化模块之间通过无线数据传输链接；功率优化模块串并联阵列输出端与DC/AC逆变器输入端直流电电连接；DC/AC逆变器输出端与交流电网端交流电电连接；串并联阵列中的功率优化模块输入端与光伏组件1输出端电连接；开机之后，功率优化模块首先进行自检和设置等初始化动作，之后对功率优化模块输入端和输出端的电流电压进行采样，计算当前功率优化模块功率值；若无线通讯指令中有数据采集器下发的功率点设置指令，则按照功率点设置要求计算所需占空比，并调整占空比至目标值，然后检测调整之后的功率是否达到设置命令的要求，如果没达到则继续调整，如果已达到则当前程序循环结束，返回主程序；
功率优化模块主程序中如果没有接收到数据采集器下发的功率点设置指令，则增大当前占空比，之后计算占空比增大后功率是否变大，如果功率变大则继续增大占空比，至功率不会变大；
之后功率优化模块减小占空比并计算功率是否变大，如变大则继续减小占空比，如变小则判定已经工作在最大功率点状态；
此时记录当前工作点并通过无线通信将此工作点上报给数据采集器，并完成本次程序循环。
所述的数据采集器中主程序会对阵列中各个功率优化器模块的工作点进行分析，若发现其中某一优化模块功率明显低于其余模块则判断该模块对应电池板被阴影遮挡，此时数据采集器会对该模块所在组串下达功率点指令，使该模块所在组串的其余模块调整其工作点，可以在阴影遮挡情况下产生组串的最大发电量，同时上报阴影遮挡告警给上位机，使工作人员可以及时到现场排除阴影。
输入电流电压采样电路3和输出电流电压采样电路5实现端口电流电压采样，为PWM逻辑电路6的MPPT算法提供输入数据；PWM逻辑电路6根据采样信息和通过无线通信电路接收其它编码功率优化模块的连接的光伏组件1电压和电流信息，通过分析和处理数据，产生PWM波给PWM驱动电路4，由PWM驱动电路4驱动直流功率变换电路2，直流功率变换电路2最终执行功率变换动作，完成太阳能功率优化。
图1给出具体实施方式的一个示意图，图中编码0101-NN的功率优化模块组成串并联阵列，其中0101－01N采用串联电连接，功率优化模块0101的正端电压端与DC/AC逆变器3正输入端电连接；功率优化模块0101的负端电压端与功率优化模块0102的正端电压端串联电连接，直至功率优化模块01N，功率优化模块01N的负端电压端与DC/AC逆变器3负输入端电连接；构成第一组串联阵列，最后一组串联阵列N01－NN编码的功率优化模块也采用串联电连接，功率优化模块N01的正端电压端与DC/AC逆变器3正输入端电连接；功率优化模块N01的负端电压端与功率优化模块N02的正端电压端串联电连接，直至功率优化模块NN，功率优化模块NN的负端电压端与DC/AC逆变器3负输入端电连接；构成最后一组串联阵列，串并联阵列中的功率优化模块输入端与光伏组件1输出端电连接。
如图2所示，功率优化模块包括输入电流电压采样电路3、输出电流电压采样电路5、PWM驱动电路4、直流功率变换电路2、PWM逻辑电路6、辅助电源7与无线通信电路8，输入电流电压采样电路3的输入端、直流功率变换电路2的输入端、辅助电源7的输入端同时与光伏组件1输出端电连接；输入电流电压采样电路3的输出端与PWM逻辑电路6输入端电连接，PWM逻辑电路6至少有两路输入输出控制端分别与无线通信电路8和直流功率变换电路2电连接；在直流功率变换电路2的输出端电连接有输出电流电压采样电路5。
辅助电源7产生PWM驱动电路4、PWM逻辑电路6与无线通信电路8需要的电压，供给PWM驱动电路4、PWM逻辑电路6与无线通信电路8的电源端。
输入电流电压采样电路3和输出电流电压采样电路5实现端口电流电压采样，为PWM逻辑电路6的MPPT算法提供输入数据；PWM逻辑电路6根据采样信息和通过无线通信电路接收其它编码功率优化模块的连接的光伏组件1电压和电流信息，通过分析和处理数据，产生PWM波给PWM驱动电路4，由PWM驱动电路4驱动直流功率变换电路2，直流功率变换电路2最终执行功率变换动作，完成太阳能功率优化。
上述的实施方式是通过功率优化模块之间的信息传送，通过功率优化模块内的算法实现发现阵列中的光伏组件1是否存在功率降低，影响整体效率大幅降低。
实施例2
图3给出通过集中控制实现功率优化模块的信息传送。
数据采集器10通过无线方式和阵列中的功率优化模块进行信息交互。数据采集控制器10包括无线通信模块，无线通信模块接收到功率优化模块传递来的光伏组件1的实时电压和电流数据，通过网络与上位机网络电连接，由PC上位机11客户终端将功率优化器上的电压值、电流值和发电量这些信息发送到客户端，便于从客户端查看各个电池板的工作参数和发电量。
如图4所示，所述的直流功率变换电路2包括前置电容和后置电容，前置电容和后置电容一端同时接地，另一端串联连接有电感L和二极管D，二极管p端接前置电容，二极管n端接后置电容；在电感L和二极管D之间有MOS管的漏极，MOS管的源极与地电位连接，MOS管的栅极与PWM驱动电路4输出端电连接。
前置电容和后置电容或是并联电连接的多个电容组成。
二极管D或是并联连接的两个二极管，正极相连接，负极相连接。
如图5所示，所述的PWM驱动电路4包括两个MOS管和两个三极管，第一MOS管的栅极通过电阻R1与PWM逻辑电路6控制端电连接，第一MOS管的源极接地，第一MOS管的漏极通过电阻R3与辅助电源7电连接；第一MOS管的漏极与第二MOS管的栅极电连接；第二MOS管的源极接地，第二MOS管的漏极通过电阻R4与辅助电源7电连接；第二MOS管的漏极通过电阻R5与第一三极管和第二三极管的基极电连接；第二三极管的发射极和第三三极管的发射极电连接，第二三极管的发射极和第三三极管的发射极共同与直流功率变换电路2的控制端电连接，第三三极管的集电极通过电阻R6与辅助电源7电连接。
本发明中，输入电流电压采样电路3和输出电流电压采样电路5采用同样的电路结构，采用现有的电路结构形式，如在电压端串联多个电阻检测电压，在回路中串入电阻，通过检测电阻电压计算电流，获取电压和电流信息。PWM逻辑电路6采用单片机，单片机带有PWM调制接口，无线通信电路8采用现有的无线IC模块电路，其通信距离在100-200米之间。

Claims (8)

1.一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，至少包括：多个功率优化模块构成的阵列，阵列中的每一个功率优化模块输入端口与太阳能电池板相连，功率优化模块之间通过无线数据传输链接；功率优化模块串并联阵列输出端与DC/AC逆变器输入端直流电电连接；DC/AC逆变器输出端与交流电网端交流电电连接；串并联阵列中的功率优化模块输入端与光伏组件1输出端电连接；开机之后，功率优化模块首先进行自检和设置等初始化动作，之后对功率优化模块输入端和输出端的电流电压进行采样，计算当前功率优化模块功率值；若无线通讯指令中有数据采集器下发的功率点设置指令，则按照功率点设置要求计算所需占空比，并调整占空比至目标值，然后检测调整之后的功率是否达到设置命令的要求，如果没达到则继续调整，如果已达到则当前程序循环结束，返回主程序；
功率优化模块主程序中如果没有接收到数据采集器下发的功率点设置指令，则增大当前占空比，之后计算占空比增大后功率是否变大，如果功率变大则继续增大占空比，至功率不会变大；
之后功率优化模块减小占空比并计算功率是否变大，如变大则继续减小占空比，如变小则判定已经工作在最大功率点状态；
此时记录当前工作点并通过无线通信将此工作点上报给数据采集器，并完成本次程序循环。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，其特征是：所述的数据采集器中主程序会对阵列中各个功率优化器模块的工作点进行分析，若发现其中某一优化模块功率明显低于其余模块则判断该模块对应电池板被阴影遮挡，此时数据采集器会对该模块所在组串下达功率点指令，使该模块所在组串的其余模块调整其工作点，可以在阴影遮挡情况下产生组串的最大发电量，同时上报阴影遮挡告警给上位机，使工作人员可以及时到现场排除阴影。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，其特征是：所述的功率优化模块包括输入电流电压采样电路（3）、输出电流电压采样电路（5）、PWM驱动电路（4）、直流功率变换电路（2）、PWM逻辑电路（6）、辅助电源（7）与无线通信电路（8），输入电流电压采样电路（3）的输入端、直流功率变换电路（2）的输入端、辅助电源（7）的输入端同时与光伏组件（1）输出端电连接；输入电流电压采样电路（3）的输出端与PWM逻辑电路（6）输入端电连接，PWM逻辑电路（6）至少有两路输入输出控制端分别与无线通信电路（8）和直流功率变换电路（2）电连接；在直流功率变换电路（2）的输出端电连接有输出电流电压采样电路（5）。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，其特征是：所述的辅助电源（7）产生PWM驱动电路（4）、PWM逻辑电路（6）与无线通信电路（8）需要的电压，供给PWM驱动电路（4）、PWM逻辑电路（6）与无线通信电路（8）的电源端。
5.根据权利要求3所述的一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，其特征是：所述的直流功率变换电路(2)包括前置电容和后置电容，前置电容和后置电容一端同时接地，另一端串联连接有电感L和二极管D，二极管p端接前置电容，二极管n端接后置电容；在电感L和二极管D之间有MOS管的漏极，MOS管的源极与地电位连接，MOS管的栅极与PWM驱动电路(4)输出端电连接。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，其特征是：所述的前置电容和后置电容或是并联电连接的多个电容组成。
7.根据权利要求5所述的一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，其特征是：所述的二极管D或是并联连接的两个二极管，正极相连接，负极相连接。
8.根据权利要求3所述的一种太阳能优化器的中最大功率点跟踪方法，其特征是：所述的PWM驱动电路（4）包括两个MOS管和两个三极管，第一MOS管的栅极通过电阻R1与PWM逻辑电路（6）控制端电连接，第一MOS管的源极接地，第一MOS管的漏极通过电阻R3与辅助电源（7）电连接；第一MOS管的漏极与第二MOS管的栅极电连接；第二MOS管的源极接地，第二MOS管的漏极通过电阻R4与辅助电源（7）电连接；第二MOS管的漏极通过电阻R5与第一三极管和第二三极管的基极电连接；第二三极管的发射极和第三三极管的发射极电连接，第二三极管的发射极和第三三极管的发射极共同与直流功率变换电路（2）的控制端电连接，第三三极管的集电极通过电阻R6与辅助电源（7）电连接。
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