CN113641209A - 提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的方法及系统，属于光伏逆变器测试技术领域，解决传统的在整个电压‑电流特性曲线范围内将电流值设为基准值让光伏模拟器输出电流逐渐收敛至此电流值的方式而导致的逆变器追踪稳定性差的问题；本发明的技术方案将电压‑电流特性曲线分为两个区域，即最大功率点右侧和最大功率点左侧，当运行点在不同的区域时，采用不同的控制模式，实现了光伏模拟器在电压‑电流特性曲线的全范围都能够保证稳定工作，提高了光伏模拟器在模拟光伏组件电压‑电流特性曲线的全范围段的输出稳定性，从而提高光伏逆变器的追踪稳定性。

Description

提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的方法及系统
技术领域
本发明属于光伏逆变器测试技术领域，涉及一种提高光伏模拟器适应光伏逆变器追 踪稳定性的方法及系统。
背景技术
光伏逆变器在进行研发测试及生产测试过程中，都需要测试光伏逆变器的全电压、 电流、功率范围内的最大功率点追踪(Maximum power point tracking，简称MPPT)性能。此过程不可能使用光伏组件去进行测试，因为光伏组件需要在充足光源下才能发电，而实际工厂内不具备条件，且光伏组件无法在短时间内测试逆变器全电压、电流、功率 范围内的性能，所以光伏逆变器厂家就需要用到光伏模拟器去对产品进行测试。这就要 求光伏模拟器能够准确地模拟光伏组件的电压-电流特性曲线。同时要求光伏模拟器能 够快速、稳定适应光伏逆变器的追踪，光伏模拟器的输出在保证快速的动态性能的同时， 也要兼顾输出的稳定性，不能有较大的电压、电流波动。因为较大的电压、电流的波动 会影响光伏逆变器的追踪判断，导致逆变器不能快速、稳定追踪至最大功率点(Maximum powerpoint，简称MPP)。公开日期为2020年8月的文献《光伏太阳能电池的电流一 电压特性曲线研究》(中南民族大学，顾锦华)公开了基于光伏太阳能电池(PSC)的测 试数据,采用指数函数拟合法和多项式拟合法对PSC的电流一电压(I一V)特性曲线进行 了最小二乘法拟合,通过分析拟合误差研究了不同方法对I一V曲线拟合效果的影响。 但是该文献并未解决上述问题。
传统的做法一般是描绘出特定条件(辐照度、温度、填充因子)下的电压-电流特性曲线，然后通过量测光伏模拟器的输出电压，得到其在电压-电流特性曲线中所对应 的应该达到的电流值，并将此电流值设为基准值，让光伏模拟器输出电流逐渐收敛至此 电流值，从而达到模拟光伏组件电压-电流特性的效果。通过量测光伏模拟器的输出电 压，得到其在电压-电流特性曲线中所对应的应该达到的电流值，并将此电流值设为基 准值，让光伏模拟器输出电流逐渐收敛至此电流值的方式，在最大功率点左侧没有问题， 但是当在最大功率点右侧时，由于电压-电流特性曲线在最大功率点右侧的电压区间很 小，而电流区间很大，尤其是在填充因子(Fill Factor，简称FF)较大的时候，这就 会导致轻微的电压波动就会引起电流给定值的大范围调节，导致逆变器的追踪稳定性变 差，甚至影响逆变器的正常追踪，这种现象在高填充因子的情况下尤为明显。
发明内容
本发明的目的在于如何一种提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的方法及 系统，以解决传统的在整个电压-电流特性曲线范围内将电流值设为基准值让光伏模拟器输出电流逐渐收敛至此电流值的方式而导致的逆变器追踪稳定性差的问题。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的方法，包括以下步骤：
S1、根据设定的mpp点的电压Vmp、mpp点电流Imp、开路电压Voc、短路电流Isc，计 算出模拟光伏组件特性的电压-电流特性曲线；
S2、测量光伏模拟器当前工作点的输出电压及电流值，根据测量到的输出电压Vo，判断当前工作点位于最大功率点右侧还是左侧，并对应选择控制方式，具体如下：
S21、若当前工作点位于最大功率点右侧，则采用电流查电压的方法，根据量测到的光伏模拟器的输出电流值I1，得到其在电压-电流特性曲线上对应的电压值V1，此时将 光伏模拟器的控制方式修改为CV模式，电压给定值修改为：Vn+k*(V1-Vn)；
S22、若当前工作点位于最大功率点左侧，则采用电压查电流的方法，根据量测到的光伏模拟器的输出电压值V2，得到其在电压-电流特性曲线上对应的电流值I2，此时将 光伏模拟器的控制方式修改为CC模式，电流给定值修改为：In+k*(I2-In)；
其中，k表示收敛系数，Vn表示当前电压给定值，V1表示期望达到的电压给定值，In表 示当前电流给定值，I2表示期望达到的电流给定值，k表示收敛系数。
本发明的技术方案将电压-电流特性曲线分为两个区域，即最大功率点右侧和最大 功率点左侧，当运行点在不同的区域时，采用不同的控制模式，实现了光伏模拟器在电压-电流特性曲线的全范围都能够保证稳定工作，提高了光伏模拟器在模拟光伏组件电压-电流特性曲线的全范围段的输出稳定性，从而提高光伏逆变器的追踪稳定性。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S1中所述的计算出模拟光伏组件特性的电压一电流特性曲线的计算公式如下：
Figure BDA0003276657320000021
Figure BDA0003276657320000022
Figure BDA0003276657320000031
Figure BDA0003276657320000032
其中，Voc表示开路电压，Isc表示短路电流，Vmp表示mpp点电压，Imp表示mpp点 电流。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S2中所述的判断当前工作点位于最大功率点右侧还是左侧的方法为：如果Vo＞Vmp，则表明当前工作点位于最大功率点右侧； 如果Vo＜Vmp，则表明当前工作点位于最大功率点左侧。
提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的系统，包括：电压-电流特性曲线计算模块、工作点判断及控制方式选择模块；
所述的电压-电流特性曲线计算模块用于根据设定的mpp点的电压Vmp、mpp点电流Imp、开路电压Voc、短路电流Isc，计算出模拟光伏组件特性的电压-电流特性曲线；
所述的工作点判断及控制方式选择模块用于测量光伏模拟器当前工作点的输出电 压及电流值，根据测量到的输出电压Vo，判断当前工作点位于最大功率点右侧还是左侧， 并对应选择控制方式，具体如下：
若当前工作点位于最大功率点右侧，则采用电流查电压的方法，根据量测到的光伏 模拟器的输出电流值I1，得到其在电压-电流特性曲线上对应的电压值V1，此时将光伏模拟器的控制方式修改为CV模式，电压给定值修改为：Vn+k*(V1-Vn)；
若当前工作点位于最大功率点左侧，则采用电压查电流的方法，根据量测到的光伏 模拟器的输出电压值V2，得到其在电压-电流特性曲线上对应的电流值I2，此时将光伏模拟器的控制方式修改为CC模式，电流给定值修改为：In+k*(I2-In)；
其中，k表示收敛系数，Vn表示当前电压给定值，V1表示期望达到的电压给定值，In表 示当前电流给定值，I2表示期望达到的电流给定值，k表示收敛系数。
作为本发明技术方案的进一步改进，电压-电流特性曲线计算模块中所述的计算出 模拟光伏组件特性的电压-电流特性曲线的计算公式如下：
Figure BDA0003276657320000033
Figure BDA0003276657320000034
Figure BDA0003276657320000041
Figure BDA0003276657320000042
其中，Voc表示开路电压，Isc表示短路电流，Vmp表示mpp点电压，Imp表示mpp点 电流。
作为本发明技术方案的进一步改进，工作点判断及控制方式选择模块中所述的判断 当前工作点位于最大功率点右侧还是左侧的方法为：如果Vo＞Vmp，则表明当前工作点位于最大功率点右侧；如果Vo＜Vmp，则表明当前工作点位于最大功率点左侧。
本发明的优点在于：
本发明的技术方案将电压-电流特性曲线分为两个区域，即最大功率点右侧和最大 功率点左侧，当运行点在不同的区域时，采用不同的控制模式，实现了光伏模拟器在电压-电流特性曲线的全范围都能够保证稳定工作，提高了光伏模拟器在模拟光伏组件电压-电流特性曲线的全范围段的输出稳定性，从而提高光伏逆变器的追踪稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例一的提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的方法的流程 图；
图2是本发明实施例一的设定的条件参数下的光伏组件特性的电压-电流特性模拟 曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在 没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：
实施例一
如图1所示，一种提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的方法，包括以下步骤：
(a)根据设定的条件参数(mpp点电压、mpp点电流、开路电压、短路电流)计算 出可模拟光伏组件特性的电压-电流特性曲线如图2所示，具体计算公式如下：
Figure BDA0003276657320000051
Figure BDA0003276657320000052
Figure BDA0003276657320000053
Figure BDA0003276657320000054
其中，Voc表示开路电压，Isc表示短路电流，Vmp表示mpp点电压，Imp表示mpp点 电流。
根据上述公式，可建立V-I表，V-I表的精度可根据实际需求进行确定，此处以128个点为例，需要说明的一点是V-I表是以电压为等分的，V-I表如下所示：
表1V-I表
Figure BDA0003276657320000055
同样地，再建立一个I-V表，I-V表是以电流为等分的，I-V表如下所示：
表2I-V表
Figure BDA0003276657320000056
Figure BDA0003276657320000061
(b)测量光伏模拟器的输出电压及电流值；
(c)根据测量到的电压值Vo，判断工作点位于最大功率点右侧还是左侧，判断方法如下：
if Vo＞Vmp，则表明工作点位于最大功率点右侧；
if Vo＜Vmp，则表明工作点位于最大功率点左侧；
(d1)若位于最大功率点右侧，如图2中的点(Vn,I1)，则采用电流查电压的方法， 根据量测到的光伏模拟器的输出电流值I1，查I-V表，得到其在电压-电流特性曲线上 应该达到的电压值V1；
最大功率点右侧的特点是：电压区间很小，而电流区间很大，尤其是在填充因子(Fill Factor，简称FF)较大的时候，这个特点尤为突出。此时采用电流查电压的查 表方式以及CV控制模式，即使输出电流存在轻微的波动，查表得到的电压值并不会有 较大的变化，那么光伏模拟器的电压给定值也就不会有较大的波动，从而使得光伏模拟 器的输出电压能够更稳定，有利于光伏逆变器的稳定追踪。
(d2)若位于最大功率点左侧，如图2中的点(V2,In)，则采用电压查电流的方法， 根据量测到的光伏模拟器的输出电压值V2，查V-I表，求出其在电压-电流特性曲线上 应该达到的电流值I2；
最大功率点左侧的特点是：电压区间很大，而电流区间很小，尤其是在填充因子(Fill Factor，简称FF)较大的时候，这个特点尤为突出。此时采用电压查电流的查 表方式以及CC控制模式，即使输出电压存在轻微的波动，查表得到的电流值并不会有 较大的变化，那么光伏模拟器的电流给定值也就不会有较大的波动，从而使得光伏模拟 器的输出电流能够更稳定，有利于光伏逆变器的稳定追踪。
(el)将光伏模拟器的控制方式修改为CV模式(恒压控制)，电压给定值修改为： Vn+k*(V1-Vn)，其中，k表示收敛系数，Vn表示当前电压给定值，V1表示期望达到的 电压给定值；k值可根据实测效果进行调整，k越大收敛越快，反之，收敛越慢；
(e2)将光伏模拟器的控制方式修改为CC模式(恒流控制)，电流给定值修改为： In+k*(I2-In)，其中，k表示收敛系数，In表示当前电流给定值，I2表示期望达到的 电流给定值；k值可根据实测效果进行调整，k越大收敛越快，反之，收敛越慢；
(f)从步骤(b)重新执行，直至执行至步骤(e)。
当控制方式由电压查电流往电流查电压切换时，或者由电流查电压往电压查电流切 换时，涉及到环路控制的切换，即CV模式与CC模式之间的切换。这就要求两种环路的 切换在控制上能够做到平滑切换，不然会导致切换时刻发生功率的跳变，影响逆变器的 正常追踪；采用环路切换时，立刻取当前两个外环输出的最小值作为内环给定的初始值， 这样可有效保证两个环路之间的平滑切换。在mpp点附近由于会发生CV模式与CC模式 的切换，所以当逆变器追踪至mpp点附近时，容易来回切换，导致逆变器不能稳定工作 在mpp点，增加滞环控制，即在mpp点附近应设置一个滞环带，可有效防止两种模式的 来回切换。
本发明的技术方案将电压-电流特性曲线分为两个区域，即最大功率点右侧和最大 功率点左侧，当运行点在不同的区域时，采用不同的查表方式(根据电压查电流或根据电流查电压)及控制模式(CV模式或CC模式)，从而实现光伏模拟器在电压-电流特性 曲线的全范围都能够保证稳定工作，提高了光伏模拟器在模拟光伏组件电压-电流特性 曲线的全范围段的输出稳定性，从而提高光伏逆变器的追踪稳定性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对 本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或 者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据设定的mpp点的电压Vmp、mpp点电流Imp、开路电压Voc、短路电流Isc，计算出模拟光伏组件特性的电压-电流特性曲线；
S2、测量光伏模拟器当前工作点的输出电压及电流值，根据测量到的输出电压Vo，判断当前工作点位于最大功率点右侧还是左侧，并对应选择控制方式，具体如下：
S21、若当前工作点位于最大功率点右侧，则采用电流查电压的方法，根据量测到的光伏模拟器的输出电流值I1，得到其在电压-电流特性曲线上对应的电压值V1，此时将光伏模拟器的控制方式修改为CV模式，电压给定值修改为：Vn+k*(V1-Vn)；
S22、若当前工作点位于最大功率点左侧，则采用电压查电流的方法，根据量测到的光伏模拟器的输出电压值V2，得到其在电压-电流特性曲线上对应的电流值I2，此时将光伏模拟器的控制方式修改为CC模式，电流给定值修改为：In+k*(I2-In)；
其中，k表示收敛系数，Vn表示当前电压给定值，V1表示期望达到的电压给定值，In表示当前电流给定值，I2表示期望达到的电流给定值，k表示收敛系数。
2.根据权利要求1所述的提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的方法，其特征在于，步骤S1中所述的计算出模拟光伏组件特性的电压-电流特性曲线的计算公式如下：
Figure FDA0003276657310000011
Figure FDA0003276657310000012
Figure FDA0003276657310000013
Figure FDA0003276657310000014
其中，Voc表示开路电压，Isc表示短路电流，Vmp表示mpp点电压，Imp表示mpp点电流。
3.根据权利要求2所述的提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的方法，其特征在于，步骤S2中所述的判断当前工作点位于最大功率点右侧还是左侧的方法为：如果Vo＞Vmp，则表明当前工作点位于最大功率点右侧；如果Vo＜Vmp，则表明当前工作点位于最大功率点左侧。
4.提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的系统，其特征在于，包括：电压-电流特性曲线计算模块、工作点判断及控制方式选择模块；
所述的电压-电流特性曲线计算模块用于根据设定的mpp点的电压Vmp、mpp点电流Imp、开路电压Voc、短路电流Isc，计算出模拟光伏组件特性的电压-电流特性曲线；
所述的工作点判断及控制方式选择模块用于测量光伏模拟器当前工作点的输出电压及电流值，根据测量到的输出电压Vo，判断当前工作点位于最大功率点右侧还是左侧，并对应选择控制方式，具体如下：
若当前工作点位于最大功率点右侧，则采用电流查电压的方法，根据量测到的光伏模拟器的输出电流值I1，得到其在电压一电流特性曲线上对应的电压值V1，此时将光伏模拟器的控制方式修改为CV模式，电压给定值修改为：Vn+k*(V1-Vn)；
若当前工作点位于最大功率点左侧，则采用电压查电流的方法，根据量测到的光伏模拟器的输出电压值V2，得到其在电压-电流特性曲线上对应的电流值I2，此时将光伏模拟器的控制方式修改为CC模式，电流给定值修改为：In+k*(I2-In)；
其中，k表示收敛系数，Vn表示当前电压给定值，V1表示期望达到的电压给定值，In表示当前电流给定值，I2表示期望达到的电流给定值，k表示收敛系数。
5.根据权利要求4所述的提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的系统，其特征在于，电压-电流特性曲线计算模块中所述的计算出模拟光伏组件特性的电压-电流特性曲线的计算公式如下：
Figure FDA0003276657310000021
Figure FDA0003276657310000022
Figure FDA0003276657310000023
Figure FDA0003276657310000024
其中，Voc表示开路电压，Isc表示短路电流，Vmp表示mpp点电压，Imp表示mpp点电流。
6.根据权利要求5所述的提高光伏模拟器适应光伏逆变器追踪稳定性的系统，其特征在于，工作点判断及控制方式选择模块中所述的判断当前工作点位于最大功率点右侧还是左侧的方法为：如果Vo＞Vmp，则表明当前工作点位于最大功率点右侧；如果Vo＜Vmp，则表明当前工作点位于最大功率点左侧。
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