CN112421681B - 一种最大功率追踪方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种最大功率追踪方法及系统，所述最大功率追踪方法包括以下步骤：步骤S1，判断光伏电池组串的交流侧输出功率是否达到上限；步骤S2，判断功率均衡功能是否使能，若是则获取各个使能光伏电池组串的电压值并跳转至步骤S3；步骤S3，判断最高光伏电池组串电压与最低光伏电池组串电压之间的电压差是否大于第一电压阈值；步骤S4，停止原有的MPPT策略，启动功率均衡功能；步骤S5，判断光伏电池组串的交流输出功率值与功率上限值之间的差值大于预设的功率阈值所持续的时间是否大于预设时长，若是则恢复原有的MPPT策略。本发明能够有效避免MPPT单元损耗分布不均匀或直流母线电压偏离效率最优工作点的弊端，提高最大功率追踪的准确性和高效性。
Description
技术领域
本发明涉及一种最大功率追踪方法，尤其涉及一种能够自动实现均衡控制的最大功率追踪方法，并涉及采用了该最大功率追踪方法的最大功率追踪系统。
背景技术
在具有两路及两路以上独立最大功率跟踪功能(MPPT)的光伏逆变器中，当直流侧的光伏电池组串的总功率超过交流侧限制功率时，由于交流侧并网功率的限制，传统的控制方法是停止最大功率追踪功能，保持当前的组串工作电压直到交流侧并网功率再次低于限制值。此时，有可能会出现由于不同组串光伏电池的输出功率不相等情况。根据光伏电池的功率-电压输出特性可知，相同配置的光伏电池组件输出功率的不同意味着工作电压的不同。当电压相差很大时，会导致光伏逆变器中MPPT单元损耗分布不均匀，同时可能会导致直流母线电压偏离效率最优工作点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供过一种能够自动实现均衡控制以尽量避免直流母线电压偏离效率最优工作点的最大功率追踪方法，并进一步提供采用了该最大功率追踪方法的最大功率追踪系统。
对此，本发明提供一种最大功率追踪方法，包括以下步骤：
步骤S1，判断光伏电池组串的交流输出功率值是否达到功率值上限，若是则跳转至步骤S2，若否则维持原有的MPPT策略；
步骤S2，判断功率均衡功能是否使能，若是则获取各个使能光伏电池组串的电压值并跳转至步骤S3，若否则维持原有的MPPT策略；
步骤S3，判断最高光伏电池组串电压与最低光伏电池组串电压之间的电压差是否大于预设的第一电压阈值，若是则跳转至步骤S4，若否则维持原有的MPPT策略；
步骤S4，停止原有的MPPT策略，启动功率均衡功能；
步骤S5，判断光伏电池组串的交流输出功率值与功率上限值之间的差值大于预设的功率阈值所持续的时间是否大于预设时长，若是则恢复原有的MPPT策略后结束，若否则返回步骤S4；
所述功率均衡功能的实现过程包括以下步骤：
步骤A1，将最高光伏电池组串电压保存为参考电压Vref，然后将所述参考电压Vref设置为其他各个光伏电池组串的参考电压；
步骤A2，对所有的DC/DC电路按照统一的参考电压和步长进行调整，合并成为一路MPPT进行最大功率跟踪；
步骤A3，判断光伏电池组串的交流输出功率值与功率上限值之间的差值是否大于预设的功率阈值，若是则启动计数后结束，若否则将计数值清零后结束。
本发明的进一步改进在于，在开机自检时自动检测各个光伏电池组串的电压，如果最高光伏电池组串电压与最低光伏电池组串电压之间的电压差大于预设的第二电压阈值时，则提示光伏电池组串配置不均衡，同时关闭功率均衡功能。
本发明的进一步改进在于，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。
本发明的进一步改进在于，在开机自检时自动检测各个光伏电池组串的电压，如果检测到某一个或者某几个光伏电池组串电压低于预设的第三电压阈值时，则不使能这几个光伏电池组串的控制，同时将这几个光伏电池组串在功率均衡功能中进行排除。
本发明的进一步改进在于，所述步骤A2中，所述最大功率跟踪的过程为，将光伏电池组串电压上调至所述参考电压，再逐步降低其电压值以实现最大功率跟踪。
本发明的进一步改进在于，所述第一电压阈值为光伏电池组串总电压的10％～15％。
本发明还提供一种最大功率追踪系统，采用了如上所述的最大功率追踪方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：先判断光伏电池组串的交流输出功率值是否达到上限，若是才开始判断功率均衡功能是否使能，接着在功率均衡功能使能的情况下，判断最高光伏电池组串电压与最低光伏电池组串电压之间的电压差是否大于预设的第一电压阈值，若是则停止原有的MPPT策略并启动功率均衡功能跳，若否则维持原有的MPPT策略；进而能够有效避免光伏逆变器中MPPT单元损耗分布不均匀或直流母线电压偏离效率最优工作点的弊端，提高最大功率追踪的准确性和高效性。
附图说明
图1是本发明一种实施例的工作流程示意图；
图2是本发明一种实施例的功率均衡功能的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1所示，本例提供一种最大功率追踪方法，包括以下步骤：
步骤S1，判断光伏电池组串的交流输出功率值是否达到功率值上限，若是则跳转至步骤S2，若否则维持原有的MPPT策略；
步骤S2，判断功率均衡功能是否使能，若是则获取各个使能光伏电池组串的电压值并跳转至步骤S3，若否则维持原有的MPPT策略；
步骤S3，判断最高光伏电池组串电压与最低光伏电池组串电压之间的电压差是否大于预设的第一电压阈值，若是则跳转至步骤S4，若否则维持原有的MPPT策略；
步骤S4，停止原有的MPPT策略，启动功率均衡功能；
步骤S5，判断光伏电池组串的交流输出功率值与功率上限值之间的差值大于预设的功率阈值所持续的时间是否大于预设时长，若是则恢复原有的MPPT策略后结束，若否则返回步骤S4。
本例所述光伏电池组串的交流输出功率值的上限也称功率上限值，该功率上限值是指电网侧的功率限制，可以根据实际需求进行预先设置或自定义修改，本例在出现交流侧并网功率达到上限时，增加对不同光伏电池组串电压的对比和判断，比如在步骤S3中，判断最高光伏电池组串电压与最低光伏电池组串电压之间的电压差是否大于预设的第一电压阈值，若是则判断此时不同光伏电池组串功率分布明显不均匀，从而跳转至步骤S4启动功率均衡功能；所述预设的功率阈值为用户根据实际需求预先设置的功率参考阈值，是用于判断是否退出功率均衡功能的阈值，优选设置为功率上限值的10％左右，在实际应用中，还可以根据实际需要进行调整和自定义设置。
本例所述第一电压阈值为与光伏电池组串总电压相关的阈值，可以预先设置好该第一电压阈值，也可以通过自定义方式进行修改和调整；本例所述第一电压阈值优选为光伏电池组串总电压的10％～15％，比如光伏电池组串总电压为800V的时候，该第一电压阈值可以设置为100V；光伏电池组串总电压为1500V的时候，该第一电压阈值可以设置为200V，设置为光伏电池组串总电压的10％～15％的这个范围，这样的取值范围既能够很好地保证最大功率追踪，也能够避免过多触发功率均衡功能的启动。所述预设时长可以优选为30S左右，在实际应用中，可以根据实际情况进行自定义设置和调整，用于判断光伏电池组串的输出功率与功率上限值的差值大于预设值(例如，功率上限值为200kw，光伏电池组串的输出功率为180kw，差值超过了预设功率阈值10kw)的情况是否维持了大于预设时长的时间，若是则认为应该退出功率均衡功能，恢复原有的MPPT策略。
本例所述步骤S2中如何判断功率均衡功能是否使能，可以通过在控制过程的代码/程序中设置一个flag位，然后通过该flag位判断是否进入了功率均衡模块来判断其是否使能，也可以采用现有的判断方法。本例在开机自检时自动检测各个光伏电池组串的电压，如果最高光伏电池组串电压与最低光伏电池组串电压之间的电压差大于预设的第二电压阈值时，则提示光伏电池组串配置不均衡，同时关闭功率均衡功能。所述第二电压阈值与光伏电池组串的开路电压有关，可以根据实际情况进行自定义修改和设置，用于在开机的时候自行判断是否需要关闭功率均衡功能的预设电压阈值，即在开机自检的时候会检测各光伏组串电压，如果发现最高光伏电池组串电压已经高出最低光伏电池组串电压很多，比如最高光伏电池组串电压大于最低光伏电池组串电压的电压差大于预设的第二电压阈值，则判定光伏电池组串本来就配置不均衡，即便是进行功率均衡功能也无法达到较好的效果，因此关闭功率均衡功能。
因此，在实际应用中，本例所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值，这样的设计，一方面能够使得功率均衡功能的开启是及时且有效的，另一方面还能够自动排除一些无法通过功率均衡达到较好效果的情况。
本例在开机自检时自动检测各个光伏电池组串的电压，如果检测到某一个或者某几个光伏电池组串电压低于预设的第三电压阈值时，则不使能这几个光伏电池组串的控制，同时将这几个光伏电池组串在功率均衡功能中进行排除。本例所述第三电压阈值可以预先设置或根据实际情况进行自定义设置和修改，一般默认为10V左右，用于在开机时自动检测没有接组件的光伏电池组串；本例在开机自检时自动检测各个光伏电池组串的电压，并判断光伏电池组串电压是否低于预设的第三电压阈值，其好处在于，在保证了输出功率最大的基础上，还有效实现了功率均衡，保证了发电效率。
如图2所示，本例所述功率均衡功能的实现过程包括以下步骤：
步骤A1，将最高光伏电池组串电压保存为参考电压Vref，然后将所述参考电压Vref设置为其他各个光伏电池组串的参考电压；
步骤A2，对所有的DC/DC电路按照统一的参考电压和步长进行调整，合并成为一路MPPT进行最大功率跟踪；
步骤A3，判断光伏电池组串的交流输出功率值与功率上限值之间的差值是否大于预设的功率阈值，若是则启动计数后结束，若否则将计数值清零后结束。
本例所述步骤A2中，对所有独立MPPT按照预设方式进行调整和最大功率跟踪的优选实现过程之一为，将所有光伏电池组串电压上调至所述参考电压，再逐步降低其电压值以实现最大功率跟踪。这样调整的理由在于，将所有组串电压上调至所述初始参考电压，则总输出功率会降低；接下来以统一的参考电压和步长进行MPPT，只要各光伏电池组串电压一样，则功率也一样；这种方式实现方式简单且有效。
本例还提供一种最大功率追踪系统，采用了如上所述的最大功率追踪方法。
综上所述，本例先判断光伏电池组串的交流输出功率值是否达到功率上限值，若是才开始判断功率均衡功能是否使能，接着在功率均衡功能使能的情况下，判断最高光伏电池组串电压与最低光伏电池组串电压之间的电压差是否大于预设的第一电压阈值，若是则停止原有的MPPT策略并启动功率均衡功能跳，若否则维持原有的MPPT策略；进而能够有效避免光伏逆变器中MPPT单元损耗分布不均匀或直流母线电压偏离效率最优工作点的弊端，提高最大功率追踪的准确性和高效性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种最大功率追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，判断光伏电池组串的交流输出功率值是否达到功率上限值，若是则跳转至步骤S2，若否则维持原有的MPPT策略；
步骤S2，判断功率均衡功能是否使能，若是则获取各个使能光伏电池组串的电压值并跳转至步骤S3，若否则维持原有的MPPT策略；
步骤S3，判断最高光伏电池组串电压与最低光伏电池组串电压之间的电压差是否大于预设的第一电压阈值，若是则跳转至步骤S4，若否则维持原有的MPPT策略；
步骤S4，停止原有的MPPT策略，启动功率均衡功能；
步骤S5，判断光伏电池组串的交流输出功率值与功率上限值之间的差值大于预设功率阈值所持续的时间是否大于预设时长，若是则恢复原有的MPPT策略后结束，若否则返回步骤S4；
所述功率均衡功能的实现过程包括以下步骤：
步骤A1，将最高光伏电池组串电压保存为参考电压Vref，然后将所述参考电压Vref设置为其他各个光伏电池组串的参考电压；
步骤A2，对所有的DC/DC电路按照统一的参考电压和步长进行调整，合并成为一路MPPT进行最大功率跟踪；
步骤A3，判断光伏电池组串的交流输出功率值与功率上限值之间的差值是否大于预设的功率阈值，若是则启动计数后结束，若否则将计数值清零后结束。
2.根据权利要求1所述的最大功率追踪方法，其特征在于，在开机自检时自动检测各个光伏电池组串的电压，如果最高光伏电池组串电压与最低光伏电池组串电压之间的电压差大于预设的第二电压阈值时，则提示光伏电池组串配置不均衡，同时关闭功率均衡功能。
3.根据权利要求2所述的最大功率追踪方法，其特征在于，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。
4.根据权利要求1所述的最大功率追踪方法，其特征在于，在开机自检时自动检测各个光伏电池组串的电压，如果检测到某一个或者某几个光伏电池组串电压低于预设的第三电压阈值时，则不使能这几个光伏电池组串的控制，同时将这几个光伏电池组串在功率均衡功能中进行排除。
5.根据权利要求1所述的最大功率追踪方法，其特征在于，所述步骤A2中，所述最大功率跟踪的过程为，将光伏电池组串电压上调至所述参考电压，再逐步降低其电压值以实现最大功率跟踪。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的最大功率追踪方法，其特征在于，所述第一电压阈值为光伏电池组串总电压的10％～15％。
7.一种最大功率追踪系统，其特征在于，采用了如权利要求1至6任意一项所述的最大功率追踪方法。
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