CN106059484A - 一种具备倾斜特性保护的集成光伏组件功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光伏发电领域内的一种具备倾斜特性保护的集成光伏组件功率控制方法，集成光伏组件包括多个结构相同的光伏发电组，每个光伏发电组包括一块光伏电池板和一个DC/DC变换器，光伏电池板采集到的能量经DC/DC变换器发出，功率控制方法包括以下步骤：步骤1）DC/DC变换器接受来自光伏发电组的能量，利用非线性MPPT算法控制光伏组件实现最大功率输出；步骤2）通过DC/DC变换器对光伏板输出的能量进行限压限流保护，DC/DC变换器的输出端电压电流关系曲线设定为倾斜直线；步骤3）通过倾斜直线和最大功率曲线相互配合实现光伏电池板的能量安全输出，本发明提高了光伏发电组件工作的稳定性，可用于太阳能发电中。

Description

一种具备倾斜特性保护的集成光伏组件功率控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏组件控制方法，特别涉及一种光伏组件功率控制方法。

背景技术

在分布式光伏系统中，DC/DC控制器除具有MPPT功能外，一般都具有限压和限流的保护功能，避免器件遭到过电压或过电流的损坏。限压和限流控制一般与太阳光的照射方向、区域强度以及阴影等外界因素有关，因此，在极端恶劣条件下光伏组件系统中所有组件将全部工作于保护算法下，MPPT算法全部失效，输出功率不仅大幅度下降，单个组件的输出功率也将变得不可控，系统稳定性变差。一个短暂的干扰信号作用下，系统的工作状态将发生改变，组件输出功率发生不可预期的变化。这种变化通过通讯网络传送至上位机，易使得上位机发生误判从而进行错误的调度；传统的分布式光伏系统启动时，大功率的逆变器将先把直流母线电容预充电到启动电压，逆变器预充电电路体积较大，或者由前端DC/DC进行电容预充电，当部分组件由于完全遮蔽不能启动，逆变器将不能启动，能源的转换效率低，同时逆变器直流侧工作电压的设计对光伏电池板功率输出的影响也有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备倾斜特性保护的集成光伏组件功率控制方法，提高电路工作的稳定性。

本发明的目的是这样实现的：一种具备倾斜特性保护的集成光伏组件功率控制方法，所述集成光伏组件包括多个结构相同的光伏发电组，每个光伏发电组包括一块光伏电池板和一个DC/DC变换器，光伏电池板产生的能量经DC/DC变换器发出，其特征在于，所述功率控制方法包括以下步骤：

步骤1)DC/DC变换器接受来自光伏发电组的能量，利用非线性MPPT算法控制光伏组件实现最大功率输出；

步骤2)通过DC/DC变换器对光伏板输出的能量进行限压限流保护，DC/DC变换器的输出端电压电流关系曲线设定为倾斜直线；

步骤3)通过倾斜直线和最大功率曲线相互配合实现光伏电池板的能量安全输出。

作为本发明的进一步限定，步骤2)限压限流的具体方法为：

步骤a)采集光伏电池板输出的电压和电流；

步骤b-1)若集成光伏组件由多个光伏发电组并联而成，根据采集到的电压电流建立xy坐标系，x轴为电压值，y轴为电流值，光伏电池板输出的恒定功率在该坐标系中显示为反比例函数曲线；

建立倾斜限流曲线，该曲线方程为：

y＝I_max-k_iu·x (1)

恒定功率曲线与倾斜限流曲线的交点：

$X_{min}=\frac{I_{max}-\sqrt{{I_{max}}^2-4\·k_{iu}\·P_i}}{2\·k_{iu}}---\left(2\right)$

其中y是DC/DC输出电流限流设定值，x是采样到的输出电压值，I_max为DC/DC输出电流最大值，P_i为单个光伏发电组输出功率，k_iu为并联模式下倾斜限流曲线斜率，0.01≤k_iu≤0.1，当检测到x＜X_min时，退出MPPT控制模式，进入限流控制模式，按照式(1)设定限流值；

建立倾斜限压曲线，该曲线方程为：

y＝b-k_uu·x (3)

其中:

b＝k_uu·U_max (4)

恒定功率曲线与倾斜限压曲线的交点：

$X_{max}=\frac{b+\sqrt{b^2-4\·k_{uu}\·P_i}}{2\·k_{uu}}---\left(5\right)$

其中，y是DC/DC输出电压限压设定值，x为采样的输出电流值，U_max为DC/DC输出电压最大值，P_i是单个光伏发电组输出功率，k_uu为并联模式下倾斜限压曲线斜率，10≤k_uu≤100，当x＞X_max时，退出MPPT控制，进入限压控制模式，按照式(3)设定限压值；

步骤b-2)若集成光伏组件由多个光伏发电组串联而成，根据采集到的电压电流建立xy坐标系，x轴为电流值，y轴为电压值，光伏电池板输出的恒定功率在该坐标系中显示为反比例函数曲线；

建立倾斜限压曲线，该曲线方程为：

y＝U_max-k_ui·x (6)

恒定功率曲线与倾斜限压曲线的交点：

$X_{min}=\frac{U_{max}-\sqrt{{U_{max}}^2-4\·k_{ui}\·P_i}}{2\·k_{ui}}---\left(7\right)$

其中，k_ui是串联模式下倾斜限压曲线斜率，0.01≤k_ui≤0.1，y为DC/DC输出电压限压设定值，x是采样的输出电流值，U_max为DC/DC输出电压最大值，P_i是单个光伏发电组输出功率，当x＜X_min时，退出MPPT控制，进入限压控制模式，按照式(6)设定限压值；

建立倾斜限流曲线，该曲线方程为：

y＝b-k_ii·x (8)

其中：

b＝k_ii·I_max (9)

恒定功率曲线与倾斜限流曲线的交点：

$X_{max}=\frac{b+\sqrt{b^2-4\·k_{ii}\·P_i}}{2\·k_{ii}}---\left(10\right)$

其中k_ii为倾斜限流曲线的斜率，10≤k_ii≤100，y为DC/DC输出电流限流设定值，x为采样的输出电压值，I_max为DC/DC输出电流最大值，P_i为单个光伏发电组输出功率，当x＞X_max时，退出MPPT控制，进入限流控制模式，按照式(10)设定限流值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明中通过设定倾斜直线作为限流或限压的基准，相对与水平或竖直的直线作为限流或限压的标准，倾斜的直线具有电压电流对应点的唯一性，即UI曲线中，水平限流线当电流固定时，电压可能会有多个值，从而使得电流若发生波动，系统在进行调节时，电压值会出现若干中可能，而倾斜的直线在电流发生波动时，电压与电流是对应的，为单一值，因此具有倾斜特性保护的集成光伏组件系统能够始终保持功率的稳定，在干扰过后功率能够恢复到干扰前的数值；同时本发明可用于串联或并联电路中，使用更加方便。本发明可用于太阳能发电中。

附图说明

图1为本发明中并联集成光伏组件的主电路图。

图2为本发明中串联集成光伏组件的主电路图。

图3为本发明中并联型集成光伏组件能量输出的U-I曲线坐标图。

图4为本发明中串联型集成光伏组件能量输出的I-U曲线坐标图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1-2所示的集成光伏组件系统可由拓扑不同分为并联型和串联型，如图1中所示，图中PV为光伏电池板，DC-DC为DC/DC变换器，PV和DC-DC组成集成光伏组件；串并连系统运行时，集成光伏组件中的DC/DC控制器在进行限压或限流保护控制时，输出端电压和电流的关系曲线设定为陡峭或平缓的倾斜直线，如图3-4中所示，图中有四种不同光照度下的U-I、I-U曲线，图中X_min和X_max分别为最大功率曲线和倾斜限压/限流曲线的交点，可用于作为判断是否退出或进入MPPT控制的条件，U_max为DC-DC输出额定电压值，I_max为输出额定电流值。

一种具备倾斜特性保护的集成光伏组件功率控制方法，所述集成光伏组件包括多个结构相同的光伏发电组，每个光伏发电组包括一块光伏电池板和一个DC/DC变换器，光伏电池板产生的能量经DC/DC变换器发出，所述功率控制方法包括以下步骤：

步骤1)DC/DC变换器接受来自光伏发电组的能量，利用非线性MPPT算法控制光伏组件实现最大功率输出；

步骤2)通过DC/DC变换器对光伏板输出的能量进行限压限流保护，DC/DC变换器的输出端电压电流关系曲线设定为倾斜直线，限压限流的具体方法为：

步骤a)采集光伏电池板输出的电压和电流；

步骤b-1)若集成光伏组件由多个光伏发电组并联而成，根据采集到的电压电流建立xy坐标系，x轴为电压值，y轴为电流值，光伏电池板输出的恒定功率在该坐标系中显示为反比例函数曲线；

建立倾斜限流曲线，该曲线方程为：

y＝I_max-k_iu·x (1)

恒定功率曲线与倾斜限流曲线的交点：

$X_{min}=\frac{I_{max}-\sqrt{{I_{max}}^2-4\·k_{iu}\·P_i}}{2\·k_{iu}}---\left(2\right)$

其中y是DC/DC输出电流限流设定值，x是采样到的输出电压值，I_max为DC/DC输出电流最大值，P_i为单个光伏发电组输出功率，k_iu为并联模式下倾斜限流曲线斜率，0.01≤k_iu≤0.1，当检测到x＜X_min时，退出MPPT控制模式，进入限流控制模式，按照式(1)设定限流值；

建立倾斜限压曲线，该曲线方程为：

y＝b-k_uu·x (3)

其中:

b＝k_uu·U_max (4)

恒定功率曲线与倾斜限压曲线的交点：

$X_{max}=\frac{b+\sqrt{b^2-4\·k_{uu}\·P_i}}{2\·k_{uu}}---\left(5\right)$

其中，y是DC/DC输出电压限压设定值，x为采样的输出电流值，U_max为DC/DC输出电压最大值，P_i是单个光伏发电组输出功率，k_uu为并联模式下倾斜限压曲线斜率，10≤k_uu≤100，当x＞X_max时，退出MPPT控制，进入限压控制模式，按照式(3)设定限压值；

步骤b-2)若集成光伏组件由多个光伏发电组串联而成，根据采集到的电压电流建立xy坐标系，x轴为电流值，y轴为电压值，光伏电池板输出的恒定功率在该坐标系中显示为反比例函数曲线；

建立倾斜限压曲线，该曲线方程为：

y＝U_max-k_ui·x (6)

恒定功率曲线与倾斜限压曲线的交点：

$X_{min}=\frac{U_{max}-\sqrt{{U_{max}}^2-4\·k_{ui}\·P_i}}{2\·k_{ui}}---\left(7\right)$

其中，k_ui是串联模式下倾斜限压曲线斜率，0.01≤k_ui≤0.1，y为DC/DC输出电压限压设定值，x是采样的输出电流值，U_max为DC/DC输出电压最大值，P_i是单个光伏发电组输出功率，当x＜X_min时，退出MPPT控制，进入限压控制模式，按照式(6)设定限压值；

建立倾斜限流曲线，该曲线方程为：

y＝b-k_ii·x (8)

其中：

b＝k_ii·I_max (9)

恒定功率曲线与倾斜限流曲线的交点：

$X_{max}=\frac{b+\sqrt{b^2-4\·k_{ii}\·P_i}}{2\·k_{ii}}---\left(10\right)$

其中k_ii为倾斜限流曲线的斜率，10≤k_ii≤100，y为DC/DC输出电流限流设定值，x为采样的输出电压值，I_max为DC/DC输出电流最大值，P_i为单个光伏发电组输出功率，当x＞X_max时，退出MPPT控制，进入限流控制模式，按照式(10)设定限流值；若串/并联光伏系统中所有光伏组件均工作在限压或限流保护极端情况下，对被控量进行短暂的低频干扰，干扰结束之后被控量回复到设定值，但光伏组件除被控量外的输出电压或输出电流的比例将会改变(总电压或总电流不变)，总功率重新进行分配。通过以上倾斜保护控制算法，限压值、限流值与组件电流、电压值有一一对应的函数关系，避免了平行或垂直的电压电流特性曲线下功率的不可控，使得干扰后单个组件功率能够恢复到干扰前数值；

步骤3)通过倾斜直线和最大功率曲线相互配合实现光伏电池板的能量安全输出。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种具备倾斜特性保护的集成光伏组件功率控制方法，所述集成光伏组件包括多个结构相同的光伏发电组，每个光伏发电组包括一块光伏电池板和一个DC/DC变换器，光伏电池板产生的能量经DC/DC变换器发出，其特征在于，所述功率控制方法包括以下步骤：

步骤1)DC/DC变换器接受来自光伏发电组的能量，利用非线性MPPT算法控制光伏组件实现最大功率输出；

步骤2)通过DC/DC变换器对光伏板输出的能量进行限压限流保护，DC/DC变换器的输出端电压电流关系曲线设定为倾斜直线；

步骤3)通过倾斜直线和最大功率曲线相互配合实现光伏电池板的能量安全输出。

2.根据权利要求1所述的一种具备倾斜特性保护的集成光伏组件功率控制方法，步骤2)限压限流的具体方法为：

步骤a)采集光伏电池板输出的电压和电流；

步骤b-1)若集成光伏组件由多个光伏发电组并联而成，根据采集到的电压电流建立xy坐标系，x轴为电压值，y轴为电流值，光伏电池板输出的恒定功率在该坐标系中显示为反比例函数曲线；

建立倾斜限流曲线，该曲线方程为：

y＝I_max-k_iu·x (1)

恒定功率曲线与倾斜限流曲线的交点：

$X_{min}=\frac{I_{max}-\sqrt{{I_{\max }}^2-4\·k_{iu}\·P_i}}{2\·k_{iu}}---\left(2\right)$

其中y是DC/DC输出电流限流设定值，x是采样到的输出电压值，I_max为DC/DC输出电流最大值，P_i为单个光伏发电组输出功率，k_iu为并联模式下倾斜限流曲线斜率，0.01≤k_iu≤0.1，当检测到x＜X_min时，退出MPPT控制模式，进入限流控制模式，按照式(1)设定限流值；

建立倾斜限压曲线，该曲线方程为：

y＝b-k_uu·x (3)

其中:

b＝k_uu·U_max (4)

恒定功率曲线与倾斜限压曲线的交点：

$X_{max}=\frac{b+\sqrt{b^2-4\·k_{uu}\·P_i}}{2\·k_{uu}}---\left(5\right)$

其中，y是DC/DC输出电压限压设定值，x为采样的输出电流值，U_max为DC/DC输出电压最大值，P_i是单个光伏发电组输出功率，k_uu为并联模式下倾斜限压曲线斜率，10≤k_uu≤100，当x＞X_max时，退出MPPT控制，进入限压控制模式，按照式(3)设定限压值；

步骤b-2)若集成光伏组件由多个光伏发电组串联而成，根据采集到的电压电流建立xy坐标系，x轴为电流值，y轴为电压值，光伏电池板输出的恒定功率在该坐标系中显示为反比例函数曲线；

建立倾斜限压曲线，该曲线方程为：

y＝U_max-k_ui·x (6)

恒定功率曲线与倾斜限压曲线的交点：

$X_{min}=\frac{U_{max}-\sqrt{{U_{\max }}^2-4\·k_{ui}\·P_i}}{2\·k_{ui}}---\left(7\right)$

其中，k_ui是串联模式下倾斜限压曲线斜率，0.01≤k_ui≤0.1，y为DC/DC输出电压限压设定值，x是采样的输出电流值，U_max为DC/DC输出电压最大值，P_i是单个光伏发电组输出功率，当x＜X_min时，退出MPPT控制，进入限压控制模式，按照式(6)设定限压值；

建立倾斜限流曲线，该曲线方程为：

y＝b-k_ii·x (8)

其中：

b＝k_ii·I_max (9)

恒定功率曲线与倾斜限流曲线的交点：

$X_{max}=\frac{b+\sqrt{b^2-4\·k_{ii}\·P_i}}{2\·k_{ii}}---\left(10\right)$

其中k_ii为倾斜限流曲线的斜率，10≤k_ii≤100，y为DC/DC输出电流限流设定值，x为采样的输出电压值，I_max为DC/DC输出电流最大值，P_i为单个光伏发电组输出功率，当x＞X_max时，退出MPPT控制，进入限流控制模式，按照式(10)设定限流值。