CN106055017A - 一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化装置，包括多个串并联的太阳能电池板，每个太阳能电池板与一个DC‑DC功率优化器连接，所述太阳能电池板的输出端与DC‑DC功率优化器的输入端连接；所述DC‑DC功率优化器能够进行追踪太阳能电池板的最大功率点，并调节电池板的输出电压，使电池板的输出功率处于最大功率点处。本发明还提供了一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化方法。

Description

一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化方法和装置

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，特别是涉及一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化方法和装置。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭，太阳能成为一种十分具有潜力的新能源，光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一。光伏发电系统的主要问题是光伏电池的转换效率低。因此，如何充分利用光伏系统捕获的能量，提高光伏逆变器转换效率一直是光伏发电系统研究的主要方向，其中，太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪是一个重要的研究课题。

太阳能光伏阵列的输出特性具有非线性特点，并且输出受太阳辐照度、负载、环境温度及自身影响，只有在某一输出电压时，光伏阵列输出功率才能达到最大值。实验证明，在没有人为干涉时，因以上因素造成功率失配使发电效率损失高达44％，功率优化器的出现可以有效解决这个问题。

最大功率点跟踪控制策略是通过实时检测光伏阵列的输出功率，采用一定的控制算法寻找当前光照温度条件下光伏电池阵列可能输出的最大功率，通过改变当前接入太阳能电池板输出电流的大小来满足最大功率输出的要求。目前国内外已研究出多种方法，常用的有定电压跟踪法(CVT)，扰动观察法(P&O)，固定步长电导增量法(INC)。虽然以上方法被广泛应用，但仍有跟踪速度和精度的矛盾，容易造成系统的不稳定和能量的浪费。

发明内容

本发明发热目的是提供一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化方法和装置，使光伏系统中每个光伏模块都可以最大限度地输出功率，解决功率失配问题，大幅提高输出功率。

本发明提供的技术方案为：

一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化装置，包括多个串并联的太阳能电池板，每个太阳能电池板与一个DC-DC功率优化器连接，所述太阳能电池板的输出端与DC-DC功率优化器的输入端连接；所述DC-DC功率优化器能够进行追踪太阳能电池板的最大功率点，并调节电池板的的输出电压，使电池板的输出功率处于最大功率点处。

一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化方法，使用上述的基于最大功率点追踪的太阳能功率优化装置，并包括如下步骤：

检测当前时刻太阳能电池板的输出电压和电流，计算出输出功率P_n；然后和上一时刻的功率P_n-1相比，当P_n-P_n-1＞0时继续按原来的方向调整占空比，当P_n-P_n-1＜0时继续按相反的方向调整占空比，并且占空比步长K_n是P_n-P_n-1的增函数；直到当前和输出功率和上一时刻输出功率相等。

本发明的有益效果是：本发明提供的最大功率点追踪的太阳能功率优化装置和方法，在当前跟踪的基准值离最大功率点较远时，系统将以较大的步长进行跟踪；如果当前基准离最大功率点不是很远时，系统将以一个适中的步长进行跟踪，改善了扰动观察法的动态性能；当追踪到最大功率点是以很小的步长扰动，减小了系统输出功率的震荡，便于算法的快速收敛，从而提高了系统的跟踪效率。

附图说明

图1为本发明所述的基于最大功率点追踪的太阳能功率优化装置总体结构示意图。

图2为太阳能电池板的示例性性能曲线

图3为本发明所述的基于最大功率点追踪的太阳能功率优化方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化装置，包括多个串并联的太阳能电池板1，每个太阳能电池板1与一个DC-DC功率优化器连接，所述DC-DC功率优化器包括DC-DC电路2和控制器3，太阳能电池板进1行光能的采集，转化为电能以一定的电压电流形式输出到DC-DC电路2中，原电压经DC-DC电路2进行电压变换后，加到外接负载4上，如蓄电池、用电器等设备。以外接负载的工作电压为指标，作为控制器3的输入，控制器3会在现有工作电压基础上以扰动观察法来调整追踪最佳占空比，并控制DC-DC电路2进行电压的调整以保证最大功率点追踪。

本发明还提供了一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化方法，通过DC-DC功率优化器执行相应的算法，使电池板的输出功率处于最大功率点处。

如图2所示，太阳能电池板存在一个最大功率点P_max，此时所对应的DC-DC功率优化器输入电压为V_mp，输入电流为I_mp，因此需要将太阳能电池板的输出电压调至V_mp，从而优化或最大化太阳能电池板的输出功率。

DC-DC功率优化器的输出电压V_out是由用户根据需求设定的，而DC-DC功率优化器的输入电压V_in由占空比决定

V_in＝V_out*(1-D)，

其中，D为占空比。

在被施加太阳电池板的输入电压时，占空比初始值很低，为5％。

最大功率点的追踪方法是：首先测量DC-DC功率优化器的输入电压和输入电流，计算功率，然后提高占空比。测量新的输入电压，计算输入功率。如果新的功率大于上一次功率，则再次提高占空比。这个过程一直持续到新功率没有变化或小于上一次功率为止。如果新功率没有变化，则该功率就是最大功率点。如果新功率小于上一次功率，占空比就会降低；这个过程一直重复到新功率等于上一次功率为止，则该功率被确定为最大功率点。

如图3所示，本发明提供的基于最大功率点追踪的太阳能功率优化方法，首先检测初始太阳能电池板的输出电压和电流，计算初始输出功率P₀，然后给定一个初始占空比步长K₀，改变占空比后，计算下一个输出功率P₁，根据功率变化量的正负决定扰动反向，当P₁-P₀＞0时，继续按原来的方向调占空比，P₁-P₀＜0时，按相反的方向调整，并且新的步长K₁是关于P₁-P₀的函数，即K₁＝f(P₁-P₀)。当计算出输出功率P_n，然后和上一时刻的功率P_n-1相比，当P_n-P_n-1＞0时继续按原来的方向调整占空比，当P_n-P_n-1＜0时继续按相反的方向调整占空比，并且K_n＝f(P_n-P_n-1)。直到P_n-P_n-1＝0，就实现了最大功率跟踪。

使用上述方法，在当前跟踪的基准值离最大功率点较远时，系统将以较大的步长进行跟踪；如果当前基准离最大功率点不是很远时，系统将以一个适中的步长进行跟踪，改善了扰动观察法的动态性能；当追踪到最大功率点是以很小的步长扰动，减小了系统输出功率的震荡，便于算法的快速收敛，从而提高了系统的跟踪效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化装置，其特征在于，包括多个串并联的太阳能电池板，每个太阳能电池板与一个DC-DC功率优化器连接，所述太阳能电池板的输出端与DC-DC功率优化器的输入端连接；所述DC-DC功率优化器能够进行追踪太阳能电池板的最大功率点，并调节电池板的的输出电压，使电池板的输出功率处于最大功率点处。

2.一种基于最大功率点追踪的太阳能功率优化方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的基于最大功率点追踪的太阳能功率优化装置，并包括如下步骤：

检测当前时刻太阳能电池板的输出电压和电流，计算出输出功率P_n；然后和上一时刻的功率P_n-1相比，当P_n-P_n-1＞0时继续按原来的方向调整占空比，当P_n-P_n-1＜0时继续按相反的方向调整占空比，并且占空比步长K_n是P_n-P_n-1的增函数；直到当前和输出功率和上一时刻输出功率相等。