CN106684912A - 一种多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法，系统包括一个主控制单元和多个电压转换模块，主控制单元对太阳能阵列的输出电压和电流进行采样，并进行最大功率点跟踪；电压转换模块内部嵌入一组输入电压‑输出功率曲线，作为电压转换模块的功率控制环的参考值；输入电压‑输出功率曲线与太阳能阵列的功率曲线的交点即是电压变换模块从太阳能阵列提取的总功率；主控制单元通过修改电压转换模块内部的电压‑功率曲线，调整从太阳能阵列提取的功率，进而实现最大功率点跟踪功能。本发明非通过外部通信调整功率，避免跟踪过程崩溃，降低了对模块外部通信实时性的要求。若跟踪过程中间短暂的通信失败，也不会造成跟踪崩溃。
Description
技术领域
本发明属于太阳能发电技术领域，涉及太阳能发电系统的一种控制技术，尤其涉及多模块并联运行的太阳能发电系统的最大功率点跟踪的协调运行机制。
背景技术
目前，市场上的太阳能发电系统分为输入非并联型和输入并联型两种。输入非并联型即一个太阳能阵列对应一个电压转换模块，每个模块独立进行最大功率点跟踪，如图1所示。输入并联式即一个太阳能阵列对应多个电压转换模块，多个模块输入侧并联运行，如图2所示。输入并联型的系统优势具有方便扩容、可冗余配置等优点，但多个电压转换模块需要统一的最大功率点跟踪。
从应用角度来分，主要有并网和离网两种应用方式，受制于并联运行最大功率点跟踪协调运行机制的复杂度，在离网系统中鲜有多模块并联运行的案例。在并网系统中常见的多模块并联运行的最大功率点跟踪的协调运行机制，多是其中一个电压转换模块或主控制单元发送功率参考值或电流参考值给其他电压转换模块，该参考值作为其他电压转换模块功率环或者电流环的控制基准值。
在电压转换模块瞬时功率超出太阳能阵列的最大功率点时，太阳能阵列的输出电压会瞬间跌落，此时电压转换模块的输出功率需要迅速降低来抑制太阳能阵列的电压跌落。上述多模块并联控制方式对模块间的通信延时及通信误码率有着极高的要求，尤其在电磁干扰比较严重的环境下极易在跟踪过程中崩溃。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于多模块并联运行的太阳能发电系统的，新的最大功率点跟踪的协调运行机制，该协调运行机制对通信可靠性的依赖度低，不易在跟踪过程中崩溃。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法，多模块并联运行的太阳能发电系统包括一个主控制单元和多个电压转换模块，一个太阳能阵列对应多个电压转换模块，多个电压转换模块输入侧并联运行，其特征在于：
主控制单元对太阳能阵列的输出电压和电流进行采样，并进行最大功率点跟踪；
电压转换模块内部嵌入一组输入电压-输出功率曲线，作为电压转换模块的功率控制环的参考值；输入电压-输出功率曲线与太阳能阵列的功率曲线的交点即是电压变换模块从太阳能阵列提取的总功率；
主控制单元和电压转换模块之间通过通信线进行数据传输，主控制单元通过修改电压转换模块内部的电压-功率曲线，调整从太阳能阵列提取的功率，进而实现最大功率点跟踪功能。
优选地，离网发电系统中，所述电压转换模块为DC/DC模块，DC/DC模块输出接至直流负载。
优选地，并网发电系统，所述电压转换模块为DC/AC模块，DC/AC模块输出接至交流电网。
优选地，当某个时刻外部光照幅度急剧变化，导致太阳能阵列的功率曲线发生变化时，从原功率曲线W1变化为W2，这时由电压转换模块根据其内部的输入电压-输出功率P-V曲线自主进行动态调整，输出功率从“P-V曲线与曲线W1的交点”调整至“P-V曲线与曲线W2点的交点”。
优选地，所述最大功率点跟踪的具体方法是：首先设定最大功率点跟踪过程的输入电压-输出功率曲线移动方式，电压转换模块内部的输入电压-输出功率曲线初始点，及主控制单元对太阳能阵列输出电压和功率的扰动方向；从初始点开始，沿设定的移动方式和扰动方向，主控制单元持续对太阳能阵列的输出电压和输出功率进行扰动，动态跟踪太阳能阵列的最大功率点。
更优选地，若扰动方向是降低光伏阵列输出电压，则调整电压-功率曲线向低电压方向移动；若扰动方向是提高光伏阵列输出电压，则调整电压-功率曲线向高电压方向移动。
本发明提供的方法克服了现有技术的不足，主控制单元通过修改电压转换模块内部的电压-功率曲线，实现对太阳能阵列提取功率的调整；非通过主控制单元和电压转换模块间的通信调整功率，避免跟踪过程崩溃，降低了对模块外部通信实时性的要求。另外，若通信线路存在干扰，造成跟踪过程中间短暂的通信失败，此时也不会造成跟踪崩溃。
附图说明
图1为非并联输入型太阳能发电系统示意图；
图2为并联输入型太阳能发电系统示意图；
图3为太阳能阵列的功率曲线发生变化时，系统输出功率调整示意图；
图4为本实施例多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法流程图；
图5为最大功率点跟踪示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
多模块并联运行的太阳能发电系统由一个主控制单元和多个电压转换模块组成，如图2所示，一个太阳能阵列对应多个电压转换模块，多个电压转换模块输入侧并联运行。
主控制单元主要是对太阳能阵列的输出电压U和电流I进行采样，并进行MPPT(最大功率点跟踪)算法处理。
电压转换模块为DC/DC模块或DC/AC模块，前者为离网发电系统，输出接至直流负载；后者为并网发电系统，输出接至交流电网。电压转换模块内部嵌入一组输入电压-输出功率曲线，作为电压转换模块的功率控制环的参考值，该曲线可通过通信端口实时修改。
主控制单元和电压转换模块之间通过通信线进行数据传输，主控制单元通过修改电压转换模块内部的电压-功率曲线，来实现对太阳能阵列输出功率的提取，实现最大功率点跟踪功能。
当某个时刻外部光照幅度的急剧变化，导致太阳能阵列的功率曲线发生变化时，如图3所示，从原功率曲线W1变化为W2，太阳能阵列的最大功率点低于电压转换模块的输出总功率，太阳能阵列的输出特性会导致太阳能输出电压急剧跌落，这时由电压转换模块根据已经写入的电压-功率曲线Bb’自主进行动态调整，输出功率从W1mpp点调整至W2mpp点，而非通过外部通信调整功率，避免跟踪过程崩溃，降低了对模块外部通信实时性的要求。
另外，若通信线路存在干扰，造成跟踪过程中间短暂的通信失败，此时也不会造成跟踪崩溃。
结合图4，本实施例提供的多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法具体过程如下：
步骤1：给主控制单元编写程序，使主控制单元具备输入电压、输入电流采样及最大功率点跟踪算法处理功能；
给电压转换模块编写程序，电压转换模块内部嵌入一组输入电压-输出功率曲线，使电压转换模块具备根据输入电压调整输出功率的功能，即功率控制环的参考量为输入电压。
步骤2：设定最大功率点跟踪过程的输入电压-输出功率曲线移动方式，如移动速率等；
设定电压转换模块内部的输入电压-输出功率曲线初始点；
步骤3：符合功率点跟踪条件，主控制单元确定对太阳能阵列输出电压和功率的扰动方向，若扰动方向是降低光伏阵列输出电压，则调整电压-功率曲线向低电压方向移动；若扰动方向是提高光伏阵列输出电压，则调整电压-功率曲线向高电压方向移动。
以某一个具体的系统为例，主控制单元通过通信线改变电压转换模块的电压-功率曲线。设某一时刻单个电压转换模块的电压-功率曲线为A-a，如图4所示，系统中有n(n为正整数)个电压转换模块，则系统总的电压-功率曲线为A-a’，A-a’和太阳能阵列的功率曲线W1的交点Wa即是电压变换模块从太阳能阵列提取的总功率。
主控制单元持续对太阳能阵列的输出电压和输出功率进行扰动，若电压转换模块的电压-功率曲线移至B-b，系统总的电压-功率曲线为B-b’，如图4所示，则B-b’和太阳能阵列的功率曲线W1的交点Wb即是跟踪至太阳能阵列的最大功率点。
主控制单元不断地对太阳能阵列的输出电压和输出功率进行扰动，动态跟踪太阳能阵列的最大功率点。
Claims (6)
1.一种多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法，多模块并联运行的太阳能发电系统包括一个主控制单元和多个电压转换模块，一个太阳能阵列对应多个电压转换模块，多个电压转换模块输入侧并联运行，其特征在于：
主控制单元对太阳能阵列的输出电压和电流进行采样，并进行最大功率点跟踪；
电压转换模块内部嵌入一组输入电压-输出功率曲线，作为电压转换模块的功率控制环的参考值；输入电压-输出功率曲线与太阳能阵列的功率曲线的交点即是电压变换模块从太阳能阵列提取的总功率；
主控制单元和电压转换模块之间通过通信线进行数据传输，主控制单元通过修改电压转换模块内部的电压-功率曲线，调整从太阳能阵列提取的功率，进而实现最大功率点跟踪功能。
2.如权利要求1所述的一种多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：离网发电系统中，所述电压转换模块为DC/DC模块，DC/DC模块输出接至直流负载。
3.如权利要求1所述的一种多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：并网发电系统，所述电压转换模块为DC/AC模块，DC/AC模块输出接至交流电网。
4.如权利要求1所述的一种多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：当某个时刻外部光照幅度急剧变化，导致太阳能阵列的功率曲线发生变化时，从原功率曲线W1变化为W2，这时由电压转换模块根据其内部的输入电压-输出功率P-V曲线自主进行动态调整，输出功率从“P-V曲线与曲线W1的交点”调整至“P-V曲线与曲线W2点的交点”。
5.如权利要求1所述的一种多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：所述最大功率点跟踪的具体方法是：首先设定最大功率点跟踪过程的输入电压-输出功率曲线移动方式，电压转换模块内部的输入电压-输出功率曲线初始点；从初始点开始，沿设定的移动方式并开始扰动，主控制单元根据采样的太阳能阵列的输出电压U和电流I进行处理分析后，确定下一步对太阳能阵列输出电压、输出功率进行扰动的方向，持续动态跟踪太阳能阵列的最大功率点。
6.如权利要求5所述的一种多模块并联运行的太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：若扰动方向是降低光伏阵列输出电压，则调整电压-功率曲线向低电压方向移动；若扰动方向是提高光伏阵列输出电压，则调整电压-功率曲线向高电压方向移动。
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