CN108304026A - 一种功率追踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率追踪方法，该方法包括：在预设的检测时间内，以预设的检测频率增加或减少光伏组件的输入电压值；在所述电压参考值增加过程中，按所述检测频率记录输入电压值、输入电流值以及功率值；根据所述的功率值确定光伏组件的全局最大功率点；根据所述记录的电压值、输入电流值以及功率值绘制电流电压曲线和功率电压曲线；结合所述电流电压曲线和所述功率电压曲线，确定所述光伏组件的波峰数；根据所述波峰数判断所述光伏组件的阴影遮挡状态。本发明实现了一种高效的全局最大功率点追踪方案，本方案扫描速度快、扫描结果精准且易于实现，不需额外增加硬件设备，采用本方案，提高光伏组件的利用率和系统发电效率。

Description

一种功率追踪方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种功率追踪方法。
背景技术
随着能源和环境问题的日益突出，太阳能光伏发电以其无污染、储量丰富和分布广泛等优势而备受关注。光伏发电面临着两个主要的问题：一是，光强较低时光伏发电的效率低，二是，I-V特性曲线受温度、光强的影响呈现出非线性。光伏发电的低效率和高资金投入使得采用MPPT(Maximum Power Point Trackin，最大功率点追踪)控制以实时获取最大的能量输出成为光伏发电系统不可缺少的一部分。当温度一定、光强均匀分布时传统的单极值追踪方法能有效的追踪到最大功率点(Maximum Power Point，MPP)。然而，当存在局部阴影光强分布不均匀时传统的方法可能陷入局部最优点而追踪不到MPP。尽管目前提出了很多局部阴影条件下的MPPT控制方法，然而，现有的方法有自身的不足，比如实现较复杂、全局寻优失效、不能实际应用等。
为了解决上述技术缺陷，现有技术中，提出了一种基于P-V曲线扫描的方法。当检测到光强突变时对P-V曲线扫描，在扫描的过程中找出MPP所对应的最优占空比信号Dm。扫描结束后直接输出占空比Dm，并采用扰动观察法 (P&O)精确追踪。
但是，在上述方案中，扫描步长的选择影响此方法的追踪性能，步长越小， Dm越接近MPP所对应的占空比，但扫描时间长损失的能量多；而且，由于扫描时间长，当外界突然发生一些突变情况时，如在扫描的时候突然间有一阵乌云飘过，那这时候的扫描结果极大可能就不准确，从而使得系统无法工作在全局最大峰值点处。由于步长越大扫描的时间越短，但得到的Dm不精确，增加扰动观察法精确追踪的时间。步长过大将造成Dm不准，追踪不到MPP，由此，上述技术方案也无法工作在全局的最大峰值点。
现有技术中，还提出了一种功率补偿方法。此方法通过给受阴影遮挡的光伏模块补偿一个电压，其大小等于被遮模块与正常模块的工作电压之差，从而使输送到后级变流器的功率在特性曲线上不出现多极值点的特性。
虽然上述功率补偿法能得到各模块最大功率的总和，但是，此方法需要增加功率补偿单元，硬件投入比较高，另外，增加的补偿电路使得实现起来较复杂。
发明内容
为了解决现有技术中，对光伏组件的最大功率点追踪方案实现较复杂、硬件投入成本较高、全局寻优失效、不能实际应用的技术缺陷，本发明提出了一种功率追踪方法，该方法包括：
在预设的检测时间内，以预设的检测频率增加或减少光伏组件的输入电压值；
在所述电压参考值增加过程中，按所述检测频率记录输入电压值、输入电流值以及功率值；
根据所述功率值确定所述光伏组件的全局最大功率点；
根据所述记录的电压值、输入电流值以及功率值绘制电流电压曲线和功率电压曲线；
结合所述电流电压曲线和所述功率电压曲线，确定所述光伏组件的波峰数；
根据所述波峰数判断所述光伏组件的阴影遮挡状态。
可选的，在所述光伏组件上电检测时，通过最大功率点追踪方法确定第一参考点；
在所述扫描时间到达之前，对所述第一参考点的附近区间进行局部最大功率点追踪。
可选的，在所述扫描时间开始时，记录所述第一参考点当前的输入功率值、输入电压值和输入电压值。
可选的，按所述检测频率，以第一步长减少所述第一参考点的输入电压值，直至减少到最大功率点追踪的最低电压值点，记为第二参考点。
可选的，按所述检测频率，以第二步长增加所述第二参考点的输入电压值，直至增加到最大输入电压值或者预设输入功率点。
可选的，在按所述检测频率，以第二步长增加所述第二参考点的输入电压值时，按所述检测频率记录多组所述输入电压值、所述输入电流值以及所述功率值。
可选的，比较所述记录的多组功率值，确定处于最大功率值的第三参考点；
记录所述最大功率值对应的电压值，并将其作为输入电压参考值。
可选的，在所述第三参考点进行最大功率点追踪，直至本次扫描时间结束。
可选的，在下一次扫描时间开始时，以前一次的第三参考点作为下一次扫描的第一参考点，重复执行所述电压值调整操作和最大功率值确定操作。
可选的，通过本地数据接口或者无线数据接口读取并记录所述输入电压值、所述输入电流值以及所述功率值。
实施本发明的功率追踪方法，通过在预设的检测时间内，以预设的检测频率增加或减少光伏组件的输入电压值；在所述电压参考值增加过程中，按所述检测频率记录输入电压值、输入电流值以及功率值；根据所述记录的电压值、输入电流值以及功率值绘制电流电压曲线和功率电压曲线；结合所述电流电压曲线和所述功率电压曲线，确定所述光伏组件的波峰数；根据所述波峰数判断所述光伏组件的阴影遮挡状态，并确定所述光伏组件的全局最大功率点。实现了一种本发明提供了一种快速而有效的找到全局最大功率点的技术方案，本方案扫描速度快、扫描结果精准且易于实现，不需要额外增加硬件设备，采用本方案，一方面，扫描过程中的能量浪费几乎可以忽略不计，提高了系统的发电效率，另一方面，方便现场施工人员排查和解决问题，提高光伏组件的利用率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明功率追踪方法第一实施例的流程图；
图2是本发明功率追踪方法第一实施例中光伏电池等效模型示意图；
图3是本发明功率追踪方法第一实施例中光伏阵列旁路二极管安装示意图；
图4是本发明功率追踪方法第一实施例中光伏阵列处于阴影状态下的第一波形图；
图5是本发明功率追踪方法第一实施例中光伏阵列处于阴影状态下的第二波形图；
图6是本发明功率追踪方法第二实施例中扫描阴影状态的波形图；
图7是本发明功率追踪方法第二实施例的流程图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
实施例一
如图1所示是本发明功率追踪方法第一实施例的流程图，该方法包括：
S1、在预设的检测时间内，以预设的检测频率增加或减少光伏组件的输入电压值；
S2、在所述电压参考值增加过程中，按所述检测频率记录输入电压值、输入电流值以及功率值；
S3、根据所述功率值确定所述光伏组件的全局最大功率点；
S4、根据所述记录的电压值、输入电流值以及功率值绘制电流电压曲线和功率电压曲线；
S5、结合所述电流电压曲线和所述功率电压曲线，确定所述光伏组件的波峰数；
S6、根据所述波峰数判断所述光伏组件的阴影遮挡状态，并确定所述光伏组件的全局最大功率点。
在说明本技术方案之前，首先，通过对物理模型的分析，如图2所示是本发明功率追踪方法第一实施例中光伏电池等效模型示意图，其代表单体光伏电池等效模型。
由上述图2可得光伏电池单元的I-U方程为：
其中，I0为光伏组件反向饱和电流，Iph为光生电流，其值正比于太阳能电池的面积和入射光的辐射度，U为光伏电池输出电压，q为电子电荷量，K 为玻尔兹曼常数，A为二极管特性因子，T为热力学温度，Rs为光伏组件等效串联电阻，Rp为光伏组件等效并联电阻。
在光照强度均匀的这种理想情况下，光伏阵列输出只有一个峰值。
但是在实际应用中，光伏阵列容易受到外界环境的影响，如建筑物、树木以及粉尘等的影响。在这种情况下，当阴影落在光伏阵列的某一支路的的某一光伏组件时，总的输出功率会减少。
对于串联情况，若有一个光伏组件被遮挡，不但会损失该组件所输出的电能，而且由于该组件被反向偏置，进而变成损耗功率，产生“热斑”效应，进而损坏光伏电池组件。
如图3所示是本发明功率追踪方法第一实施例中光伏阵列旁路二极管安装示意图，为了避免上述现象的发生，通常在单块电池两端并联一个旁路二极管。
图4是本发明功率追踪方法第一实施例中光伏阵列处于阴影状态下的第一波形图；图5是本发明功率追踪方法第一实施例中光伏阵列处于阴影状态下的第二波形图。结合上述图4、图5，当出现组件被遮挡时，图3中的旁路二极管被激活，组件的输出特性发出了较大的变化，呈现出过波峰的情况。
在本实施例中，根据上述输出特性以及过波峰的情况，对光伏组件的输入电压值进行增加或减少，直至在所得到的输入电压值、输入电流值以及功率值中找到最大功率值，从而确定全局最大功率点。
具体的，在本实施例中，首先，在预设的检测时间内，以预设的检测频率增加或减少光伏组件的输入电压值；然后，在所述电压参考值增加过程中，按所述检测频率记录输入电压值、输入电流值以及功率值；得到记录值后，根据所述的功率值确定光伏组件的全局最大功率点；根据所述记录的电压值、输入电流值以及功率值绘制电流电压曲线和功率电压曲线；再然后，结合所述电流电压曲线和所述功率电压曲线，确定所述光伏组件的波峰数；最后，根据所述波峰数判断所述光伏组件的阴影遮挡状态，并确定所述光伏组件的全局最大功率点。
本实施例的有益效果在于，通过在预设的检测时间内，以预设的检测频率增加或减少光伏组件的输入电压值；在所述电压参考值增加过程中，按所述检测频率记录输入电压值、输入电流值以及功率值；根据所述的功率值确定光伏组件的全局最大功率点；根据所述记录的电压值、输入电流值以及功率值绘制电流电压曲线和功率电压曲线；结合所述电流电压曲线和所述功率电压曲线，确定所述光伏组件的波峰数；根据所述波峰数判断所述光伏组件的阴影遮挡状态，并确定所述光伏组件的全局最大功率点。实现了一种本发明提供了一种快速而有效的找到全局最大功率点的技术方案，本方案扫描速度快、扫描结果精准且易于实现，不需要额外增加硬件设备。
采用本方案，一方面，扫描过程中的能量浪费几乎可以忽略不计，提高了系统的发电效率，另一方面，方便现场施工人员排查和解决问题，提高光伏组件的利用率。
实施例二
图6是本发明功率追踪方法第二实施例中扫描阴影状态的波形图，基于上述实施例，在本实施例中，将详细介绍功率追踪的实现方法。
首先，在功能软件上将阴影扫描功能设置为可选功能，该功能可以通过 LCD显示屏来使能或者禁止，同时，扫描的频率也可以通过LCD显示屏进行设置，可选的扫描范围为1-60分钟，本方案优选为30分钟。
然后，执行以下处理操作：
1、将光伏组件上电检测，具体的，在所述光伏组件上电检测时，通过最大功率点追踪确定第一参考点，如图6所示的A点。
2、根据上述操作，确定第一参考点后，在所述扫描时间到达之前，对所述第一参考点的附近区间进行局部最大功率点追踪，也即，在A点附近进行 MPPT追踪，直至到达设定的扫描开始时刻。
3、当到达扫描时间开始时刻时，记录所述第一参考点当前的输入功率值和输入电压值。
4、记录完第一参考点后，按检测频率(例如每20ms一次，也即，50Hz)，以第一步长减少所述第一参考点的输入电压值，直至减少到最大功率点追踪的最低电压值点，记为第二参考点，如图6所示的G点。其中，第一步长可选为 20V。
5、当处于上述第二参考点时，再按上述检测频率(例如每20ms一次，也即，50Hz)，以第二步长增加所述第二参考点的输入电压值，直至增加到最大输入电压值或者预设输入功率点，如图6所实施的F点。其中，第二步长可选为5V，预设输入功率点为50W。
6、在按上述检测频率，以第二步长增加所述第二参考点的输入电压值的同时，按所述检测频率记录多组所述输入电压值、所述输入电流值以及所述功率值。也即，再逐步增加输入电压值的同时，按上述检测频率记录多组所述输入电压值、所述输入电流值以及所述功率值，其中，该检测频率可选为每20ms 一次，也即，50Hz。
7、在记录的多组所述输入电压值、所述输入电流值以及所述功率值中(例如，可选为100组)，比较各组功率值的大小关系，以确定处于最大功率值的第三参考点，如图6所示的C点。
8、确定处于最大功率值的第三参考点之后，记录所述最大功率值对应的电压值，并将其作为输入电压参考值。
9、在上述第三参考点进行最大功率点追踪，直至本次扫描时间结束。在本实施例中，完成一次扫描的时间在2.5秒左右。
10、在下一次扫描时间开始时，以前一次的第三参考点作为下一次扫描的第一参考点，重复执行所述电压值调整操作和最大功率值确定操作，也即，重复执行上述2-8步骤。
为了便于理解上述操作流程，图7揭示了本发明功率追踪方法第二实施例的流程图，可以理解的是，每一次的阴影扫描过程都按此流程执行，其中：
Vref：输入电压参考值
Vmin：Mppt最小工作电压
Vmax:Mppt最大工作电压
Vo:最大功率点对应的电压。
在该流程中，首先，确定20毫秒的任务函数，也即，从扫描开始时刻，每20毫秒记录一次当前的输入电压值、输入电流值以及输入功率值；
然后，按20V的步进逐次减小输入电压参考值，直至小于最小工作电压；
当输入电压参考值减小至小于最小工作电压时，按5V的步进逐次增加输入电压参考值；
在逐次增加输入电压参考值的过程中，判断增加后的输入电压参考值是否达到最大工作电压(或者，判断增加后的输入电压参考值对应的输入功率大于 50W)，若未达到，则继续增加，若达到，则执行下一步操作；
每20毫秒记录一次当前的输入电压值、输入电流值以及输入功率值；
直至记录到100组上述输入电压值、输入电流值以及输入功率值的数据信息；
在上述100组信息内，找出最大功率值，继而确定该最大功率值对应的电压值；
将当前最大功率值点作为全局最大功率点，完成一次扫描操作。
进一步的，在下一次扫描开始时，以上一次扫描操作确定的全局最大功率点作为下一次扫描开始之的初始点。
进一步的，在上述扫描过程中，通过本地数据接口或者无线数据接口读取并记录所述输入电压值、所述输入电流值以及所述功率值。
实施例三
首先，根据所述记录的电压值、输入电流值以及功率值绘制电流电压曲线和功率电压曲线。
然后，结合所述电流电压曲线和所述功率电压曲线，确定所述光伏组件的波峰数；最后，结合上述实施一和实施例二的方法步骤，根据所述波峰数判断所述光伏组件的阴影遮挡状态，并确定所述光伏组件的全局最大功率点。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种功率追踪方法，其特征在于，所述方法包括：
在预设的检测时间内，以预设的检测频率增加或减少光伏组件的输入电压值；
在所述电压参考值增加过程中，按所述检测频率记录输入电压值、输入电流值以及功率值；
根据所述功率值确定所述光伏组件的全局最大功率点；
根据所述记录的电压值、输入电流值以及功率值绘制电流电压曲线和功率电压曲线；
结合所述电流电压曲线和所述功率电压曲线，确定所述光伏组件的波峰数；
根据所述波峰数判断所述光伏组件的阴影遮挡状态。
2.根据权利要求1所述的功率追踪方法，其特征在于，在所述光伏组件上电检测时，通过最大功率点追踪方法确定第一参考点；
在所述扫描时间到达之前，对所述第一参考点的附近区间进行局部最大功率点追踪。
3.根据权利要求2所述的功率追踪方法，其特征在于，在所述扫描时间开始时，记录所述第一参考点当前的输入功率值、输入电压值和输入电压值。
4.根据权利要求3所述的功率追踪方法，其特征在于，按所述检测频率，以第一步长减少所述第一参考点的输入电压值，直至减少到最大功率点追踪的最低电压值点，记为第二参考点。
5.根据权利要求4所述的功率追踪方法，其特征在于，按所述检测频率，以第二步长增加所述第二参考点的输入电压值，直至增加到最大输入电压值或者预设输入功率点。
6.根据权利要求5所述的功率追踪方法，其特征在于，在按所述检测频率，以第二步长增加所述第二参考点的输入电压值时，按所述检测频率记录多组所述输入电压值、所述输入电流值以及所述功率值。
7.根据权利要求6所述的功率追踪方法，其特征在于，比较所述记录的多组功率值，确定处于最大功率值的第三参考点；
记录所述最大功率值对应的电压值，并将其作为输入电压参考值。
8.根据权利要求7所述的功率追踪方法，其特征在于，在所述第三参考点进行最大功率点追踪，直至本次扫描时间结束。
9.根据权利要求8所述的功率追踪方法，其特征在于，在下一次扫描时间开始时，以前一次的第三参考点作为下一次扫描的第一参考点，重复执行所述电压值调整操作和最大功率值确定操作。
10.根据权利要求9所述的功率追踪方法，其特征在于，通过本地数据接口或者无线数据接口读取并记录所述输入电压值、所述输入电流值以及所述功率值。
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