CN111708401A - 一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法 - Google Patents

一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，包括以下追踪步骤:a、检测逆变器开机之前每一路光伏组件输入的开路电压；b、若开路电压之间的电压差大于设定值，则以多个MPPT来追踪；c、若开路电压之间的电压差在设定值以内，则以同一个MPPT来追踪；d、同一个MPPT追踪过程中，若光伏组件的最大功率点不一样，且光伏逆变器输入侧的电压差大于设定值，则切换控制方式来追踪；e、同一个MPPT追踪过程中，若光伏逆变器输入侧的电压差在设定值以内，则追踪到的最大功率为多路光伏组件并联后的最大功率。本发明能够自动识别光伏组件不同的连接方式，并追踪到最大功率，具有追踪准确性高、追踪效率高的特点。

Description

一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法
技术领域
本发明涉及一种光伏组件的最大功率追踪方法，特别是一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法。
背景技术
多路的光伏组件（PV组件）通常独立与光伏逆变器的多路输入端连接，逆变器厂商则采用多路MPPT输入以实现对多路光伏组件的最大功率追踪，但是存在一部分用户为了使得线路更加简洁，会把多路光伏组件并联连接之后再接入逆变器输入端，由于逆变器单路PV输入功率和电流限制，多路光伏组件并联之后的电流会超过逆变器单路规格，需要在逆变器PV输入端口分多路接入。这样就会造成逆变器多路MPPT和用户多光伏组件并联相矛盾，多路的MPPT相互干扰，导致追踪数据在最大功率值附近来回波动，追踪效率降低，追踪结果的准确性降低，造成发电损失。
针对上述情况，现有的追踪方法为人工手动选择不同的MPPT追踪方式来对应不同的光伏组件的接法，实现对多路光伏组件的最大功率追踪，来得到准确的最大功率，该种最终方法操作麻烦，无法自动识别，当用户也不清楚光伏组件的连接方式时，就无法选择正确的MPPT追踪方式，从而导致无法准确追踪到每一路光伏组件的最大功率点，造成发电损失。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法。本发明能够自动识别光伏组件不同的连接方式，并自动追踪光伏组件的最大功率，具有追踪准确性高、追踪效率高的特点。
本发明的技术方案：一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，包括以下追踪步骤:
a、检测逆变器开机之前每一路光伏组件输入的开路电压；
b、若开路电压之间存在至少一个电压差，且电压差大于设定值，认为该路光伏组件相对于其他路独立连接，则以多个不同的MPPT实现对多路光伏组件的最大功率追踪；
c、若开路电压之间不存在电压差或者电压差在设定值以内，则以同一个MPPT来实现多路光伏组件输入的最大功率追踪；
d、同一个MPPT追踪过程中，若光伏组件的最大功率点不一样，且光伏逆变器输入侧的电压差大于设定值，认为该路光伏组件相对于其他路独立连接，则切换控制方式来实现对多路光伏组件的最大功率追踪；
e、同一个MPPT追踪过程中，若光伏逆变器输入侧电压没有出现电压差或者电压差在设定值以内，则追踪到的最大功率为多路光伏组件并联后的最大功率。
前述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法中，所述设定值为2V。
前述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法中，所述光伏逆变器的输入侧采用PV电压和PV电流的双闭环控制。
前述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法中，初始状态下，默认光伏组件为并联连接的控制方式，切换后光伏组件为独立连接的控制方式。
前述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法中，所述并联连接的控制结构包括多路光伏组件均与其中一路MPPT连接，MPPT的输出端与电压控制器连接，电压控制器分别与多路的电流控制器连接，多路的电流控制器分别与对应的PWM控制器连接。
前述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法中，所述独立连接的控制结构包括每一路的光伏组件分别单独与对应的MPPT的输入端连接，MPPT的输出端依次与对应的电压控制器、电流控制器和PWM控制器连接。
前述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法中，所述切换控制方式为将独立路的MPPT和电压控制器从不工作状态切换到工作状态，切换方法为：
1）将独立路的MPPT的输出值初始化为工作路的MPPT的输出值；
2）电压控制器采用PI控制器，使用增量式PI控制，其表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，u（n）表示PI控制器的输出，u（n-1）表示PI控制器上一次的输出，e（n）表示PI控制器的误差量，e（n-1）表示PI控制器上一次的输出值，kp表示PI控制的比例参数，ki表示PI控制的积分参数；
将独立路的电压控制器初始化，将独立路的电流控制器的参考值赋值给对应的电压控制器的上一次的输出值u（n-1），独立路的电压控制器从不工作切换到工作状态，从而实现对多路光伏组件的最大功率追踪。
与现有技术相比，本发明能够自动识别光伏组件并联接法和独立接法并自动切换对应的MPPT追踪方式进行追踪得到准确的每一个PV组件的最大功率，MPPT追踪时相互之间不会产生干扰和波动，追踪准确性高、追踪效率高，可以有效适应用户现场光伏组件的连接方式，无需用户人工设置逆变器的MPPT追踪方式，操作简单方便。
当光伏组件从并联接法的控制方式切换成独立接法的控制方式进行追踪时，通过特定的控制逻辑处理，可以实现两种控制方式之间的在线平滑切换，机器不需要重新启动，提高最大功率值追踪的准确性和追踪效率。
因此，本发明能够自动识别光伏组件不同的连接方式，并自动追踪光伏组件的最大功率，具有追踪准确性高、追踪效率高的特点。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2光伏组件并联与逆变器连接的结构示意图；
图3是光伏组件独立与逆变器连接的结构示意图；
图4是光伏组件独立与逆变器连接一种情况的P-V曲线图；
图5是光伏组件独立与逆变器连接另一种情况的P-V曲线图；
图6是图5状态下的光伏组件I-V曲线；
图7是光伏组件并联与逆变器连接的控制结构原理图；
图8是光伏组件独立与逆变器连接的控制结构原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。
如图1所示，一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，本实施例以有两路MPPT的光伏逆变器为例，（多路MPPT的光伏逆变器原理相同），在两路组串并联连接时，使用同一个电压环和两个电流环的控制算法，保证逆变器每路输入的均流效果。
初始默认两路光伏组件PV1和PV2输入为并联连接；连接方式如图2所示，控制结构如图7所示，两路PV1和PV2并联输入时，PV1和PV2均与MPPT1的输入端连接，以光伏逆变器多路输入的功率总和作为MPPT算法追踪的功率值，MPPT1的输出端经电压控制器1输出两路，一路经电流控制器1和PWM控制器1连接，另一路经电流控制器2和PWM控制器2连接；MPPT1与电压控制器1之间输入Upv1，电压控制器1与电流控制器1之间输入Ipv1，电压控制器1与电流控制器2之间输入Ipv2。控制方式为并联连接控制方式。
一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，包括以下追踪步骤:
a、光伏逆变器开机之前检测两路光伏组件输入的开路电压；
b、若两路光伏组件的开路电压之间存在电压差，且电压差大于2V，光伏组件的P-V曲线如图4所示，则认为此时的两路光伏组件输入为独立连接，连接方式如图3所示，光伏逆变器开机时以两个不同的MPPT对应两个独立的光伏组件输入，同时工作，来实现每路光伏组件输入的最大功率追踪。其中电压差设定为2V，保证采样电路的精度。
c、若两路光伏组件的开路电压之间不存在电压差或者电压差在2V以内，光伏逆变器开机时以同一个MPPT来实现两路光伏组件输入的最大功率追踪；
d、同一个MPPT追踪过程中，若光伏组件的最大功率点不一样，即光伏组件的P-V曲线如图5所示，根据光伏面板的I-V曲线，相同电流对应的电压值会存在差异，且当电压差大于2V,则认为两路光伏组件之间为独立连接。
这是由于PV1和PV2并联时的输入电压和电流采样值经过MPPT1获得最大直流输入功率，将PV1的MPPT1和电压环控制作为主控制器，PV1的电压环输出同时作为PV1和PV2的电流参考值，则PV1和PV2的电流参考值是完全相等的。而每路输入采用单独的电流环，如果光伏组件为独立接入，由于不同光伏组件I-V曲线存在差异，相同的组件电流必然会造成组件电压的差异；
因此，当两路光伏组件的最大功率点不一样时，从光伏组件的I-V曲线（见图6）上可以看出，若两路PV的输出电流完全一样，相对应的PV电压V1和V2是必然存在差异的，这样就可以检测出两路PV是独立连接的。
两路PV独立连接的连接方式如图3所示，控制结构如图8所示：PV1依次与MPPT1、电压控制器1、电流控制器1和PWM控制器1连接，MPPT1与电压控制器1之间输入Upv1，构成电压环，电压控制器1和电流控制器1之间输入Ipv1，构成电流环；PV2依次与MPPT2、电压控制器2、电流控制器2和PWM控制器2连接，MPPT2与电压控制器2之间输入Upv2，构成电压环，电压控制器2和电流控制器2之间输入Ipv2，构成电流环。
当检测到两路光伏组件之间为独立连接时，控制方式从两路PV并联连接控制方式切换到两路PV独立连接控制方式，将MPPT2和电压控制器2从不工作状态切换到工作状态，启动MPPT2和电压控制器2工作来实现对两路光伏组件输入的最大功率追踪，防止频繁检测。
具体的，切换到独立连接控制方式时，切换方法为：
1）MPPT2控制器从不工作状态切换到工作状态，将MPPT2的输出值初始化为MPPT1的输出值，并且从当前PV电压和PV功率开始追踪最大功率点；
2）电压控制器（即电压环）2从不工作状态切换为工作状态，电压控制器1和电压控制器2均采用PI控制器，使用增量式PI控制，其表达式如下：
Figure 320165DEST_PATH_IMAGE002
其中，u（n）表示PI控制器的输出，u（n-1）表示PI控制器上一次的输出，e（n）表示PI控制器的误差量，e（n-1）表示PI控制器上一次的输出值，kp表示PI控制的比例参数，ki表示PI控制的积分参数；
将电压控制器2初始化，用电流控制器2Ipv2的参考值赋值给电压控制器2的上一次的输出值u（n-1），由于电压控制器2的参考值由MPPT2控制器给出，电压控制器2采用增量式PI控制，其上一环的输出值为当前的电流环参考值，所以当电压控制器2从不工作状态切换为工作状态时，其第一环的输出值仍然为当前电流环的参考值，可以实现第二路PV2的追踪从当前功率开始追踪，这样就可以保证当电流控制器（即电流环）2的参考值给定由电压控制器1切换为电压控制器2时不会有突变，实现平滑过渡，提高追踪准确性和追踪效率。
e、同一个MPPT追踪过程中，若光伏逆变器输入侧电压没有出现电压差或者电压差在2V以内，则追踪到的最大功率为多路光伏组件并联后的最大功率。

Claims (7)

1.一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，其特征在于：包括以下追踪步骤:
a、检测逆变器开机之前每一路光伏组件输入的开路电压；
b、若开路电压之间存在至少一个电压差，且电压差大于设定值，认为该路光伏组件相对于其他路独立连接，则以多个不同的MPPT实现对多路光伏组件的最大功率追踪；
c、若开路电压之间不存在电压差或者电压差在设定值以内，则以同一个MPPT来实现多路光伏组件输入的最大功率追踪；
d、同一个MPPT追踪过程中，若光伏组件的最大功率点不一样，且光伏逆变器输入侧的电压差大于设定值，认为该路光伏组件相对于其他路独立连接，则切换控制方式来实现对多路光伏组件的最大功率追踪；
e、同一个MPPT追踪过程中，若光伏逆变器输入侧电压没有出现电压差或者电压差在设定值以内，则追踪到的最大功率为多路光伏组件并联后的最大功率。
2.根据权利要求1所述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，其特征在于：所述设定值为2V。
3.根据权利要求1所述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，其特征在于：所述光伏逆变器的输入侧采用PV电压和PV电流的双闭环控制。
4.根据权利要求3所述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，其特征在于：初始状态下，默认光伏组件为并联连接的控制方式，切换后光伏组件为独立连接的控制方式。
5.根据权利要求4所述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，其特征在于：所述并联连接的控制结构包括多路光伏组件均与其中一路MPPT连接，MPPT的输出端与电压控制器连接，电压控制器分别与多路的电流控制器连接，多路的电流控制器分别与对应的PWM控制器连接。
6.根据权利要求4所述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，其特征在于：所述独立连接的控制结构包括每一路的光伏组件分别单独与对应的MPPT的输入端连接，MPPT的输出端依次与对应的电压控制器、电流控制器和PWM控制器连接。
7.根据权利要求4所述的一种适用于多种连接方式的光伏组件最大功率追踪方法，其特征在于：所述切换控制方式为将独立路的MPPT和电压控制器从不工作状态切换到工作状态，切换方法为：
1）将独立路的MPPT的输出值初始化为工作路的MPPT的输出值；
2）电压控制器采用PI控制器，使用增量式PI控制，其表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，u（n）表示PI控制器的输出，u（n-1）表示PI控制器上一次的输出，e（n）表示PI控制器的误差量，e（n-1）表示PI控制器上一次的输出值，kp表示PI控制的比例参数，ki表示PI控制的积分参数；
将独立路的电压控制器初始化，将独立路的电流控制器的参考值赋值给对应的电压控制器的上一次的输出值u（n-1），从而实现对多路光伏组件的最大功率追踪。
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