CN106055018A - 一种太阳能发电最大功率跟踪方法及装置 - Google Patents

一种太阳能发电最大功率跟踪方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能发电最大功率跟踪方法及装置，方法包括：获取太阳能光伏电池板的电压、电流和环境温度；在所述电流小于额定电流时，判断所述环境温度是否小于预设温度；根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略。本发明根据温度的不同采用不同的太阳能发电最大功率跟踪策略，避免了无论温度高低均采用同一最大功率点跟踪算法导致的跟踪效率低并减少了在最大功率点周围震荡的功率损耗，且方法简单。

Description

一种太阳能发电最大功率跟踪方法及装置
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种太阳能发电最大功率跟踪方法及装置。
背景技术
在太阳能光伏发电系统中，太阳能电池是最基本的环节，若要提高整个系统的效率必须要提高太阳能电池的转换效率，使其输出功率为最大功率，然而，太阳能光伏电池具有非线性特性，它的输出功率随着外界环境总存在一个最大功率点。
对于光伏电池的最大功率跟踪，最大功率点跟踪的算法有很多种，常用的有：恒定电压法、扰动观察法、电导增量法、模糊控制法、神经网络法等。恒定电压法简单、方便、良好的可靠性和稳定性，但是当温度变化时，功率点发生变化，产生功率损失比较大。扰动电压法比较简单可靠、且容易实现，但运行点一直在最大功率点左右震荡，且难以选择合适的步长。电导增量法能够减少能量损失提高转换效率，但是运算较复杂，在最大功率点有抖动。模糊控制法需要设计人员有足够的经验。神经网络控制需要使用大量的输入输出样本数据，耗时长，对微处理器的性能要求很高。
因此，需要提供一种可以解决上述问题、不复杂的太阳能发电最大功率跟踪方法。
发明内容
本发明提供一种太阳能发电最大功率跟踪方法及装置，该方法根据温度的不同采用不同的太阳能发电最大功率跟踪策略，避免了无论 温度高低均采用同一最大功率点跟踪算法导致的跟踪效率低并减少了在最大功率点周围震荡的功率损耗，且方法简单。
第一方面，本发明提供一种太阳能发电最大功率跟踪方法，包括：
获取太阳能光伏电池板的电压、电流和环境温度；
在所述电流小于额定电流时，判断所述环境温度是否小于预设温度；
根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略。
优选的，根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略，包括：
若所述环境温度小于预设温度，则将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，并根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率；
若所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率小于预设的最大功率，则向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号，以使所述角度调节装置根据所述角度调节信号调节太阳能光伏电池板的角度；
在向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号达到预设时间段时，获取太阳能光伏电池板的电压和电流，并将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，重复所述根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率步骤，直到所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率等于所述预设的最大功率。
优选的，根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略，包括：
若所述环境温度大于等于预设温度，则将所述电压作为当前电压，并计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值；
若否，则按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的电压，并将调节后的电压作为当前电压，计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
重复所述判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值步骤，直到所述比值的导数等于所述电流和当前电压的比值。
优选的，按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的输出电压，包括：
若所述比值的导数小于所述电流和当前电压的比值，则减小所述输出电压。
优选的，按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的输出电压，包括：
若所述比值的导数大于所述电流和当前电压的比值，则增大所述输出电压。
优选的，所述电流和输出功率的线性比例关系为：
Pm＝Ki
其中，Pm为输出功率，K为常数，i为电流。
第二方面，本发明还提供一种太阳能发电最大功率跟踪装置，包括：
获取单元，用于获取太阳能光伏电池板的电压、电流和环境温度；
判断单元，用于在所述电流小于额定电流时，判断所述环境温度是否小于预设温度；
确定单元，用于根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略。
优选的，所述确定单元还用于：
若所述环境温度小于预设温度，则将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，并根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线 性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率；
若所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率小于预设的最大功率，则向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号，以使所述角度调节装置根据所述角度调节信号调节太阳能光伏电池板的角度；
在向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号达到预设时间段时，获取太阳能光伏电池板的电压和电流，并将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，重复所述根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率步骤，直到所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率等于所述预设的最大功率。
优选的，所述确定单元还用于：
若所述环境温度大于等于预设温度，则将所述电压作为当前电压，并计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值；
若否，则按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的电压，并将调节后的电压作为当前电压，计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
重复所述判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值步骤，直到所述比值的导数等于所述电流和当前电压的比值。
优选的，所述确定单元还用于：
若所述比值的导数小于所述电流和当前电压的比值，则减小所述输出电压。
由上述技术方案可知，本发明根据温度的不同采用不同的太阳能发电最大功率跟踪策略，避免了无论温度高低均采用同一最大功率点跟踪算法导致的跟踪效率低并减少了在最大功率点周围震荡的功率损耗，且方法简单。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种太阳能发电最大功率跟踪方法的流程图；
图2为线性电流曲线图；
图3为功率极值图。
图4为本发明一实施例提供的一种太阳能发电最大功率跟踪装置的结构示意图。
附图标记说明
获取单元41 判断单元42 确定单元43
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为本发明一实施例提供的一种太阳能发电最大功率跟踪方法的流程图。
本发明的发电最大功率跟踪方法，是基于线性电流法和导数法，综合考虑太阳能系统光照动态性能，具体为：
如图1所示的一种太阳能发电最大功率跟踪方法，包括：
S11、获取太阳能光伏电池板的电压、电流和环境温度；
可以理解的是，电压、电流和环境温度的采集均可采用现有传感器采集，比如采用现有的电压传感器、电流传感器和温度传感器，本发明此处不再赘述。
S12、在所述电流小于额定电流时，判断所述环境温度是否小于预设温度；
S13、根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略。
值得说明的是，本发明实施例所述的步骤在控制器中执行的，在本步骤中，通过传感器采集太阳能光伏电池板的电压和电流，将采集到的电压和电流经过AD转换后送入控制器中计算调节。
本发明实施例根据温度的不同采用不同的太阳能发电最大功率跟踪策略，避免了无论温度高低均采用同一最大功率点跟踪算法导致的跟踪效率低并减少了在最大功率点周围震荡的功率损耗，且方法简单。
请参照图2,图2中I为太阳能光伏电池板的电流，P为太阳能光伏电池板输出功率。作为一种优选实施例，所述步骤S13，包括：
若所述环境温度小于预设温度，则将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，并根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率；
在本实施例中，所述电流和输出功率的线性比例关系为：
Pm＝Ki
其中，Pm为太阳能光伏电池板当前最大输出功率，K为常数，i为电流。
K＝K0+ΔK
其中，K0为比例系数常量，ΔK为当温度变化时比例系数的补偿量，具有补偿作用。
若所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率小于预设的最大功率，则向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号，以使所述角度调节装置根据所述角度调节信号调节太阳能光伏电池板的角度；
在向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号达到预设时间段时，获取太阳能光伏电池板的电压和电流，并将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，重复所述根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电 池板当前最大输出功率步骤，直到所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率等于所述预设的最大功率。
值得说明的是，所述角度调节装置可以采用现有装置实现，本发明在此不再详述。
所述预设时间段一般为几十毫秒。
可以理解的是，本发明实施例对应的是光照不正常，如多云的情况，在所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率小于预设的最大功率时，调节太阳能光伏电池板的角度，使其接受更多的光照，从而提高其输出功率，最终使输出的功率达到预设的最大功率。
本发明实施例实际采用的是扰动的方式，通过不断调节太阳能光伏电池板的角度使太阳能光伏电池板输出的功率为最大功率。
作为一种优选实施例，所述步骤S13，包括：
若所述环境温度大于等于预设温度，则将所述电压作为当前电压，并计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值；
若否，则按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的电压，并将调节后的电压作为当前电压，计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
重复所述判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值步骤，直到所述比值的导数等于所述电流和当前电压的比值。
可以理解的是，本发明实施例采用导数法进行控制，在实际工作中，由于设备跟踪精度和工作需要，最大功率点是一个范围如图3所示，图3中，U为太阳能光伏电池板的电压，P为太阳能光伏电池板输出功率。
可以理解的是，本发明实施例为光照正常的情况，上述方法基于下式所示的导数法
di/dU＝-i/U
式中，di为太阳能光伏电池板工作某采样时刻与上一采样时刻的电流变化量，dU为太阳能光伏电池板工作某采样时刻与上一采样时刻的电压变化量；i/U为此时刻太阳能光伏电池板的输出导纳。
如图3所示，可以理解的是，太阳能光伏电池板在最大功率点的输出电导变化量为输出电导的负值。因此如果则太阳能光伏电池板的工作点在最大功率点的右边，此时应减小输出电压j进行矫正；如果则太阳能光伏电池板的工作点在最大功率点的左边，此时应增大输出电压进行矫正；如果di/dU＝-i/U，则达到最大输出功率(在本发明中指预设的最大功率)，并返回初始状态等待并检测，即按照上述太阳能发电最大功率跟踪方法重新执行步骤。
根据图3的功率极值图可知，作为一种优选实施例，按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的输出电压，包括：
若所述比值的导数小于所述电流和当前电压的比值，则减小所述输出电压。
若所述比值的导数大于所述电流和当前电压的比值，则增大所述输出电压。
图4为本发明一实施例提供的太阳能发电最大功率跟踪装置的结构示意图。
如图4所示的一种太阳能发电最大功率跟踪装置，包括：
获取单元41，用于获取太阳能光伏电池板的电压、电流和环境温度；
判断单元42，用于在所述电流小于额定电流时，判断所述环境温 度是否小于预设温度；
确定单元43，用于根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略。
作为一种优选实施例，所述确定单元43还用于：
若所述环境温度小于预设温度，则将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，并根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率；
若所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率小于预设的最大功率，则向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号，以使所述角度调节装置根据所述角度调节信号调节太阳能光伏电池板的角度；
在向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号达到预设时间段时，获取太阳能光伏电池板的电压和电流，并将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，重复所述根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率步骤，直到所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率等于所述预设的最大功率。
作为一种优选实施例，所述确定单元43还用于：
若所述环境温度大于等于预设温度，则将所述电压作为当前电压，并计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值；
若否，则按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的电压，并将调节后的电压作为当前电压，计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
重复所述判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值步骤，直到所述比值的导数等于所述电流和当前电压的比值。
作为一种优选实施例，所述确定单元43还用于：
若所述比值的导数小于所述电流和当前电压的比值，则减小所述 输出电压。
由于本发明的一种太阳能发电最大功率跟踪装置和一种太阳能发电最大功率跟踪方法是一一对应的，因此对一种太阳能发电最大功率跟踪装置不再详述。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种太阳能发电最大功率跟踪方法，其特征在于，包括：
获取太阳能光伏电池板的电压、电流和环境温度；
在所述电流小于额定电流时，判断所述环境温度是否小于预设温度；
根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略，包括：
若所述环境温度小于预设温度，则将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，并根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率；
若所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率小于预设的最大功率，则向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号，以使所述角度调节装置根据所述角度调节信号调节太阳能光伏电池板的角度；
在向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号达到预设时间段时，获取太阳能光伏电池板的电压和电流，并将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，重复所述根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率步骤，直到所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率等于所述预设的最大功率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略，包括：
若所述环境温度大于等于预设温度，则将所述电压作为当前电压，并计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值；
若否，则按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的电压，并将调节后的电压作为当前电压，计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
重复所述判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值步骤，直到所述比值的导数等于所述电流和当前电压的比值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的输出电压，包括：
若所述比值的导数小于所述电流和当前电压的比值，则减小所述输出电压。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的输出电压，包括：
若所述比值的导数大于所述电流和当前电压的比值，则增大所述输出电压。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电流和输出功率的线性比例关系为：
Pm＝Ki
其中，Pm为输出功率，K为常数，i为电流。
7.一种太阳能发电最大功率跟踪装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取太阳能光伏电池板的电压、电流和环境温度；
判断单元，用于在所述电流小于额定电流时，判断所述环境温度是否小于预设温度；
确定单元，用于根据判断结果、所述电压和电流，确定太阳能发电最大功率跟踪策略。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元还用于：
若所述环境温度小于预设温度，则将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，并根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率；
若所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率小于预设的最大功率，则向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号，以使所述角度调节装置根据所述角度调节信号调节太阳能光伏电池板的角度；
在向用于调节太阳能光伏电池板角度的角度调节装置输出角度调节信号达到预设时间段时，获取太阳能光伏电池板的电压和电流，并将所述电压和电流作为当前电压和当前电流，重复所述根据所述当前电流以及预设的电流和输出功率的线性比例关系，计算太阳能光伏电池板当前最大输出功率步骤，直到所述太阳能光伏电池板当前最大输出功率等于所述预设的最大功率。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元还用于：
若所述环境温度大于等于预设温度，则将所述电压作为当前电压，并计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值；
若否，则按照预设规则调节所述太阳能光伏电池板的电压，并将调节后的电压作为当前电压，计算所述电流和当前电压的比值以及所述比值的导数；
重复所述判断所述比值的导数是否等于所述电流和当前电压的比值步骤，直到所述比值的导数等于所述电流和当前电压的比值。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述确定单元还用于：
若所述比值的导数小于所述电流和当前电压的比值，则减小所述输出电压。
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