CN112398418A - 一种离网光伏储热系统的最大功率点跟踪电路和方法 - Google Patents

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金成日
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Abstract

本发明的一个实施例公开了一种离网光伏储热系统的最大功率点跟踪电路和方法，所述系统包括光伏电池板、用于将光伏电池板输出的直流电转换为交流电的光伏变流器以及热负载，所述跟踪电路包括：负载控制器、N个接触器和M个远程IO模块；其中，所述接触器中的每个接触器的第一端均连接所述光伏变流器的输出端，每个接触器的第二端分别连接一个热负载；所述每个远程IO模块连接一个或多个所述接触器；所述负载控制器用于采样光伏变流器的输出电压，并根据所述输出电压与预定电压的比较，来使得所述远程IO模块控制所连接的接触器的吸合分断，对热负载进行投入切出，从而实现离网光伏储热系统的最大功率点跟踪功能。

Description

一种离网光伏储热系统的最大功率点跟踪电路和方法
技术领域
本发明涉及光伏技术领域。更具体地，涉及一种离网光伏储热系统的最大功率点跟踪电路、系统和方法。
背景技术
在现有离网光伏储热系统中，运行时不对热负载进行控制。如图1所示，光伏电池板A的输出连接光伏变流器B；光伏变流器B的输入连接光伏电池板A，光伏变流器B的输出连接热负载R，共6个热负载R。
以图1为例，按实施实例进行说明，光伏电池板A最大功率为176kW，此时电压为600VDC；光伏电池板A的开路电压为780VDC。光伏变流器B输出的额定电压为400VAC。每组热负载R的在额定电压400VAC时额定功率为16kW，共6组热负载R。图2为工作在不同的光照条件下的光伏功率曲线与热负载功率曲线。因不对热负载R的数量进行控制，其热负载功率曲线只有一条“热功率1”；“光功率1”、“光功率2”与“光功率3”为不同的光照条件下的光伏功率曲线。
当光照条件较好，光伏功率曲线为图2中的“光功率1”，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率1”与“光功率1”的交点，此时光伏电池板A的输出电压为700V，输出功率为96kW；光伏变流器B输出电压为400VAC；在不考虑变流器B损耗的情况下，6组热负载R的总功率为96kW。
当光照条件一般，光伏功率曲线为图2中的“光功率2”，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率1”与“光功率2”的交点，此时光伏电池板A的输出电压为470V，输出功率为68kW；光伏变流器B输出电压为332VAC；在不考虑变流器B损耗的情况下，6组热负载R的总功率为68kW；而此时“光功率2”的最大功率为88kW，损失的功率为20kW。
当光照条件较差，光伏功率曲线为图2中的“光功率3”，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率1”与“光功率3”的交点，此时光伏电池板A的输出电压为320V，输出功率为32kW；光伏变流器B输出电压为226VAC；在不考虑变流器B损耗的情况下，6组热负载R的总功率为32kW；而此时“光功率3”的最大功率为60kW，损失的功率为28kW。
因为不对热负载进行控制，损失的功率比较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离网光伏储热系统的最大功率点跟踪电路、系统和方法，来追踪离网光伏储热系统的最大功率点，减少损失的光伏功率，提高经济效益。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供一种离网光伏储热系统的最大功率点跟踪电路，所述系统包括光伏电池板、用于将光伏电池板输出的直流电转换为交流电的光伏变流器以及热负载，所述跟踪电路包括：
负载控制器、N个接触器和M个远程IO模块；
其中，
所述接触器中的每个接触器的第一端均连接所述光伏变流器的输出端，每个接触器的第二端分别连接一个热负载；
所述每个远程IO模块连接一个或多个所述接触器；
所述负载控制器用于采样光伏变流器的输出电压，并根据所述输出电压与预定电压的比较，来使得所述远程IO模块控制所连接的接触器的吸合分断，对热负载进行投入切出，从而实现离网光伏储热系统的最大功率点跟踪功能，
并且其中N为大于等于2的自然数，M为大于等于1的自然数。
在一个具体实施例中，
当所述负载控制器采样的光伏变流器的输出电压大于等于第一设定电压UH时，使得所述远程IO模块控制一路接触器吸合，使得与所述被吸合的接触器连接的热负载接入所述电路，如果采用的输出电压仍大于等于所述第一设定电压UH，继续吸合接触器，接入一路热负载，直至所有接触器吸合或者光伏变流器的输出电压小于所述第一设定电压UH。
在一个具体实施例中，
当所述负载控制器采样的光伏变流器的输出电压小于等于第二设定电压UL时，使得所述远程IO模块控制一路接触器分断，使得与所述被分断的接触器连接的热负载与所述电路断开，如果采用的电压仍小于等于所述第二设定电压UL，继续分断接触器，减少一路热负载，直至只有一路接触器吸合或者光伏变流器的输出电压大于所述第二设定电压UL。
在一个具体实施例中，
所述第一设定电压UH和所述第二设定电压UL满足：UL≤UH。
在一个具体实施例中，
所述负载控制器为单片机。
在一个具体实施例中，
所述N＝6。
第二方面，本发明还提供了一种离网光伏储热系统，包括
光伏电池板；
用于将光伏电池板输出的直流电转换为交流电的的光伏变流器；
根据第一方面中所述的跟踪电路；以及
热负载。
第三方面，本发明还提供了一种对第一方面所述的跟踪电路进行控制的方法，包括：
所述光伏电池板根据光照射输出直流电；
所述光伏变流器将所述直流电转换为交流电；
所述负载控制器采样光伏变流器输出的交流电压并根据所述交流电压与预定电压的比较，来使得所述远程IO模块控制所连接的接触器的吸合分断，对热负载进行投入切出，从而实现离网光伏储热系统的最大功率点跟踪功能。
在一个具体实施例中，还包括
当所述负载控制器采样的光伏变流器的输出电压大于等于第一设定电压UH时，使得所述远程IO模块控制一路接触器吸合，使得与所述被吸合的接触器连接的热负载接入所述电路，如果采用的输出电压仍大于等于所述第一设定电压UH，继续吸合接触器，接入一路热负载，直至所有接触器吸合或者光伏变流器的输出电压小于所述第一设定电压UH；
当所述负载控制器采样的光伏变流器的输出电压小于等于第二设定电压UL时，使得所述远程IO模块控制一路接触器分断，使得与所述被分断的接触器连接的热负载与所述电路断开，如果采用的电压仍小于等于所述第二设定电压UL，继续分断接触器，减少一路热负载，直至只有一路接触器吸合或者光伏变流器的输出电压大于所述第二设定电压UL。
在一个具体实施例中，
所述第一设定电压UH和所述第二设定电压UL满足：UL≤UH。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案，通过增加负载控制器、远程IO模块、接触器，并通过对跟踪电路的控制方法，控制接触器的吸合分断，用来控制热负载的数量，来追踪离网光伏储热系统的最大功率点，减少损失的光伏功率，提高经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出现有技术的离网光伏储热系统示意图。
图2示出根据本发明一个实施例的光伏功率曲线与热负载功率曲线。
图3示出根据本发明一个实施例的带有最大功率点跟踪电路的离网光伏储热系统示意图。
图4示出根据本发明一个实施例的最大功率点跟踪电路的控制方法示意图。
图5示出根据本发明一个实施例的具有6个热电阻的离网光伏储热系统示意图。
图6示出根据如图5所示的跟踪电路的控制方法示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
第一实施例：
本发明的一个实施例公开了一种离网光伏储热系统的最大功率点跟踪电路，如图3所示，所述系统包括光伏电池板A、用于将光伏电池板输出的直流电转换为交流电的光伏变流器B以及热负载R，所述跟踪电路包括：
负载控制器C、N个接触器K和M个远程IO模块D；
其中，所述接触器中的每个接触器的第一端均连接所述光伏变流器B的输出端，每个接触器的第二端分别连接一个热负载；
所述每个远程IO模块D连接一个或多个所述接触器；
所述负载控制器C用于采样光伏变流器B的输出电压，并根据所述输出电压与预定电压的比较，来使得所述远程IO模块D控制所连接的接触器的吸合分断，对热负载进行投入切出，从而实现离网光伏储热系统的最大功率点跟踪功能，并且其中N为大于等于2的自然数，M为大于等于1的自然数。
在一个具体实施例中，在一定的光照与环境条件下，光伏电池的输出功率随着直流电压大小的变化而变化；当dP/dV＝0时，对应最大的输出功率，此位置即为最大功率点(maximum power point，简称MPP)，对应图2光功率曲线的转折点。
在一个具体实施例中，当所述负载控制器C采样的光伏变流器B的输出电压大于等于第一设定电压UH时，使得所述远程IO模块D控制一路接触器K吸合，使得与所述被吸合的接触器连接的热负载R接入所述电路，如果采用的输出电压仍大于等于所述第一设定电压UH，继续吸合接触器K，接入一路热负载R，直至所有接触器K吸合或者光伏变流器B的输出电压小于所述第一设定电压UH。
在一个具体实施例中，当所述负载控制器C采样的光伏变流器B的输出电压小于等于第二设定电压UL时，使得所述远程IO模块D控制一路接触器K分断，使得与所述被分断的接触器连接的热负载R与所述电路断开，如果采用的电压仍小于等于所述第二设定电压UL，继续分断接触器K，减少一路热负载R，直至只有一路接触器K吸合或者光伏变流器B的输出电压大于所述第二设定电压UL。
在一个具体实施例中，所述第一设定电压UH和所述第二设定电压UL满足：UL≤UH。
在一个具体实施例中，所述负载控制器为单片机。
在一个具体实施例中，所述N＝6。
本发明所述技术方案，通过增加负载控制器C、远程IO模块D、接触器K，并通过控制接触器K的吸合分断，用来控制热负载R的数量，来追踪离离网光伏储热系统的最大功率点，减少损失的光伏功率，提高经济效益。
第二实施例
如图5所示，本发明的一个实施例还公开了一种离网光伏储热系统，包括
光伏电池板A；
用于将光伏电池板输出的直流电转换为交流电的的光伏变流器B；
根据第一实施例中所述的跟踪电路；以及热负载R。
在一个具体实施例中，所述跟踪电路包括：负载控制器C、6个接触器K和2个远程IO模块D。
所述离网光伏储热系统运行时，所述负载控制器C测量光伏变流器B的输出电压，所述负载控制器C根据测量光伏变流器B的输出电压，通过控制算法计算出应该吸合接触器K的数量，负载控制器C通过通讯把指令传送给远程IO模块D，由所述远程IO模块D控制接触器K的吸合。
本发明所述技术方案，通过增加负载控制器C、远程IO模块D、接触器K，并通过控制接触器K的吸合分断，用来控制热负载R的数量，来追踪离网光伏储热系统的最大功率点，减少损失的光伏功率，提高经济效益。
第三实施例
如图4所示，本发明的一个实施例还公开了一种对第一实施例所述的跟踪电路进行控制的方法，包括：
所述光伏电池板根据光照射输出直流电；
所述光伏变流器将所述直流电转换为交流电；
所述负载控制器C采样光伏变流器B输出的交流电压并根据所述交流电压与预定电压的比较，来使得所述远程IO模块D控制所连接的接触器的吸合分断，对热负载进行投入切出，从而实现离网光伏储热系统的最大功率点跟踪功能。
在一个具体实施例中，还包括当所述负载控制器C采样的光伏变流器B的输出电压大于等于第一设定电压UH时，使得所述远程IO模块D控制一路接触器K吸合，使得与所述被吸合的接触器连接的热负载R接入所述电路，如果采用的输出电压仍大于等于所述第一设定电压UH，继续吸合接触器K，接入一路热负载R，直至所有接触器K吸合或者光伏变流器B的输出电压小于所述第一设定电压UH；
当所述负载控制器C采样的光伏变流器B的输出电压小于等于第二设定电压UL时，使得所述远程IO模块D控制一路接触器K分断，使得与所述被分断的接触器连接的热负载R与所述电路断开，如果采用的电压仍小于等于所述第二设定电压UL，继续分断接触器K，减少一路热负载R，直至只有一路接触器K吸合或者光伏变流器B的输出电压大于所述第二设定电压UL。
在一个具体实施例中，所述第一设定电压UH满足：所述第一设定电压UH和所述第二设定电压UL满足：UL≤UH。
在一个具体实施例中，根据如图5所示的跟踪电路的控制方法示意图如图6所示，具体的，第一设定电压UH＝395VAC,所述第二设定电压UL＝345VAC。
在一个具体实施例中，光伏电池板A最大功率为176kW，此时电压为600VDC；光伏电池板A的开路电压为780VDC。光伏变流器B输出的额定电压为400VAC。每组热负载R的在额定电压400VAC时额定功率为16kW，共6组热负载R。图2为工作在不同的光照条件下的光伏功率曲线与热负载功率曲线。其中，图2中的的X轴为光伏输入电压V，Y轴为功率单位(100W)。其热负载功率曲线“热功率1”为6组热负载R并联、热负载功率曲线“热功率2”为5组热负载R并联、热负载功率曲线“热功率3”为4组热负载R并联、热负载功率曲线“热功率4”为3组热负载R并联、热负载功率曲线“热功率5”为2组热负载R并联、热负载功率曲线“热功率6”为单组热负载R；“光功率1”、“光功率2”与“光功率3”为不同的光照条件下的光伏功率曲线。
在一个具体实施例中，当光照条件较好，光伏功率曲线为图2中的“光功率1”，系统启动时先闭合一组热负载R，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率6”与“光功率1”的交点，此时光伏变流器B输出电压为400VAC；因此时电压大于395VAC，会继续吸合热负载R，直到6组热负载R均吸合，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率1”与“光功率1”的交点；此时光伏电池板A的输出电压为700V，输出功率为96kW；光伏变流器B输出电压为400VAC；在不考虑变流器B损耗的情况下，6组热负载R的总功率为96kW。
在一个具体实施例中，当光照条件一般，光伏功率曲线为图2中的“光功率2”，系统启动时先闭合一组热负载R，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率6”与“光功率2”的交点，此时光伏变流器B输出电压为400VAC；因此时电压大于395VAC，会继续吸合热负载R，直到6组热负载R均吸合，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率1”与“光功率2”的交点；此时光伏电池板A的输出电压为470V，光伏变流器B输出电压为332VAC，在不考虑变流器B损耗的情况下，6组热负载R的总功率为68kW；而此时“光功率2”的最大功率为88kW，损失的功率为20kW。因为332VAC小于345VAC，会分断一路热负载R，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率2”与“光功率2”的交点；此时光伏电池板A的输出电压为640V，光伏变流器B输出电压为400VAC，在不考虑变流器B损耗的情况下，5组热负载R的总功率为80kW；而此时“光功率2”的最大功率为88kW，损失的功率为8kW。因此时电压大于395VAC，会吸合一路热负载R。此时系统会在“热功率1”与“热功率2”之间切换，总的损失功率会小于不加负载控制的离网光伏储热系统。
在一个具体实施例中，当光照条件较差，光伏功率曲线为图2中的“光功率3”，系统启动时先闭合一组热负载R，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率6”与“光功率3”的交点，此时光伏变流器B输出电压为400VAC；因此时电压大于395VAC，会继续吸合热负载R，直到4组热负载R均吸合，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率3”与“光功率3”的交点；此时光伏电池板A的输出电压为470V，光伏变流器B输出电压为332VAC，在不考虑变流器B损耗的情况下，4组热负载R的总功率为44kW；而此时“光功率3”的最大功率为60kW，损失的功率为16kW。因为332VAC小于345VAC，会分断一路热负载R，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率4”与“光功率3”的交点；此时光伏电池板A的输出电压为660V，光伏变流器B输出电压为400VAC，在不考虑变流器B损耗的情况下，3组热负载R的总功率为48kW；而此时“光功率2”的最大功率为60kW，损失的功率为12kW。因此时电压大于395VAC，会吸合一路热负载R。此时系统会在“热功率3”与“热功率4”之间切换。没有热负载控制时，此时系统的工作点为热负载功率曲线“热功率1”与“光功率3”的交点，此时光伏电池板A的输出电压为320V，输出功率为32kW；光伏变流器B输出电压为226VAC；在不考虑变流器B损耗的情况下，6组热负载R的总功率为32kW；而此时“光功率3”的最大功率为60kW，损失的功率为28kW。总的损失功率会小于不加负载控制的离网光伏储热系统。
本发明所述技术方案，通过增加负载控制器C、远程IO模块D、接触器K，并通过对跟踪电路的控制方法，控制接触器K的吸合分断，用来控制热负载R的数量，来追踪离网光伏储热系统的最大功率点，减少损失的光伏功率，提高经济效益。
理论上热负载R的组数越多，单组热负载R的功率越小，损失的光伏功率越小，实际工程应用中需要考虑成本、安装等方面合理选取热负载R。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种离网光伏储热系统的最大功率点跟踪电路，所述系统包括光伏电池板(A)、用于将光伏电池板输出的直流电转换为交流电的光伏变流器(B)以及热负载(R)，其特征在于，所述跟踪电路包括：
负载控制器(C)、N个接触器(K)和M个远程IO模块(D)；
其中，
所述接触器中的每个接触器的第一端均连接所述光伏变流器(B)的输出端，每个接触器的第二端分别连接一个热负载；
所述每个远程IO模块(D)连接一个或多个所述接触器；
所述负载控制器(C)用于采样光伏变流器(B)的输出电压，并根据所述输出电压与预定电压的比较，来使得所述远程IO模块(D)控制所连接的接触器的吸合分断，对热负载进行投入切出，从而实现离网光伏储热系统的最大功率点跟踪功能，
并且其中N为大于等于2的自然数，M为大于等于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的跟踪电路，其特征在于，
当所述负载控制器(C)采样的光伏变流器(B)的输出电压大于等于第一设定电压UH时，使得所述远程IO模块(D)控制一路接触器(K)吸合，使得与所述被吸合的接触器连接的热负载(R)接入所述电路，如果采用的输出电压仍大于等于所述第一设定电压UH，继续吸合接触器(K)，接入一路热负载(R)，直至所有接触器(K)吸合或者光伏变流器(B)的输出电压小于所述第一设定电压UH。
3.根据权利要求1或2所述的跟踪电路，其特征在于，
当所述负载控制器(C)采样的光伏变流器(B)的输出电压小于等于第二设定电压UL时，使得所述远程IO模块(D)控制一路接触器(K)分断，使得与所述被分断的接触器连接的热负载(R)与所述电路断开，如果采用的电压仍小于等于所述第二设定电压UL，继续分断接触器(K)，减少一路热负载(R)，直至只有一路接触器(K)吸合或者光伏变流器(B)的输出电压大于所述第二设定电压UL。
4.根据权利要求3所述的跟踪电路，其特征在于，
所述第一设定电压UH和所述第二设定电压UL满足：UL≤UH。
5.根据权利要求1所述的跟踪电路，其特征在于，
所述负载控制器为单片机。
6.根据权利要求1所述的跟踪电路，其特征在于，
所述N＝6。
7.一种离网光伏储热系统，其特征在于，包括
光伏电池板(A)；
用于将光伏电池板输出的直流电转换为交流电的的光伏变流器(B)；
根据权利要求1-6中任一项所述的跟踪电路；以及
热负载(R)。
8.一种利用权利要求1所述的跟踪电路进行控制的方法，其特征在于，包括：
所述光伏电池板根据光照射输出直流电；
所述光伏变流器将所述直流电转换为交流电；
所述负载控制器(C)采样光伏变流器(B)输出的交流电压并根据所述交流电压与预定电压的比较，来使得所述远程IO模块(D)控制所连接的接触器的吸合分断，对热负载进行投入切出，从而实现离网光伏储热系统的最大功率点跟踪功能。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括
当所述负载控制器(C)采样的光伏变流器(B)的输出电压大于等于第一设定电压UH时，使得所述远程IO模块(D)控制一路接触器(K)吸合，使得与所述被吸合的接触器连接的热负载(R)接入所述电路，如果采用的输出电压仍大于等于所述第一设定电压UH，继续吸合接触器(K)，接入一路热负载(R)，直至所有接触器(K)吸合或者光伏变流器(B)的输出电压小于所述第一设定电压UH；
当所述负载控制器(C)采样的光伏变流器(B)的输出电压小于等于第二设定电压UL时，使得所述远程IO模块(D)控制一路接触器(K)分断，使得与所述被分断的接触器连接的热负载(R)与所述电路断开，如果采用的电压仍小于等于所述第二设定电压UL，继续分断接触器(K)，减少一路热负载(R)，直至只有一路接触器(K)吸合或者光伏变流器(B)的输出电压大于所述第二设定电压UL。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述第一设定电压UH和所述第二设定电压UL满足：UL≤UH。
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