CN114756082A - 光伏并网逆变器控制系统的最大功率追踪装置 - Google Patents

光伏并网逆变器控制系统的最大功率追踪装置 Download PDF

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Abstract

本发涉及一种光伏并网逆变器控制系统的最大功率追踪装置，设有光伏组串端口的MPPT模块、电压调节器和电流调节器；通过比较与之连接的多路光伏组串的多个开路电压和多个最大功率点的电压重新确定与MPPT线路连接的多路光伏组串的匹配关系，在工作状态和待命状态中切换。可以灵活、智能地选择多个MPPT对多路光伏组件的跟踪方式，实现对多路光伏组件的最大功率追踪，提高光伏并网逆变器的工作效率。

Description

光伏并网逆变器控制系统的最大功率追踪装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种光伏并网逆变器控制系统的最大功率追踪装置。
背景技术
为了解决传统能源消耗以及环境污染问题，光伏发电在世界范围内获得空前发展。然而，光伏电池的光电转化效率非常有限，除了受到其自身内部特性影响，还容易受到外界环境(如光照强度，温度)和负载等情况的影响。为提高发电效率，最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,MPPT)就成为光伏发电系统的重要环节。在光伏并网逆变器使用场景中，多路的光伏组串通常各自独立地与光伏逆变器的多路输入端连接，需要对不同的光伏组串线路手动选择不同的MPPT追踪方式，实现对多路光伏组串的最大功率追踪。然而，手动选择MPPT追踪方式执行起来非常麻烦，效率低易出错。目前并没有相关技术公开关于如何实现自动追踪，并使用尽量少的MPPT计算资源，提高多路光伏组串总输出功率。
发明内容
基于以上技术问题，本发明提出一种光伏并网逆变器控制系统的最大功率追踪装置，所述装置包括设有光伏组串端口的MPPT模块、电压调节器和电流调节器；所述MPPT模块包括多个MPPT线路，每个所述MPPT线路通过所述光伏组串端口与一路或多路光伏组串连接，获取一路或多路光伏组串的最大功率点的电压和/或开路电压、以及与一路光伏组串的最大功率点的功率值对应的它路光伏组串的电压；
所述MPPT线路通过比较与之连接的多路光伏组串的多个开路电压和多个最大功率点的电压重新确定与之连接的所述多路光伏组串的匹配关系，并根据所述匹配关系在工作状态和待命状态中切换。
本装置可以灵活、智能地选择多个MPPT对多路光伏组串的跟踪方式，实现对多路光伏组串的最大功率追踪，提高了光伏并网逆变器的工作效率。
附图说明
图1、一些实施方式的光伏并网逆变器控制系统原理图；
图2、一些实施方式的最大功率追踪装置的主要模块图，其中MPPT模块中包括N个MPPT线路：MPPT1……MPPT N，PV表示光伏组串，与光伏组串连接并跟踪最大功率点的MPPT1和MPPT2正处于工作状态，MPPT N处于待命状态。
具体实施方式
本发明涉及的光伏阵列，其光伏组串主要包括基于半导体PN结上接受太阳光照产生光生伏特效应将光能转换成电能的能量转换器件。
本发明涉及的光伏并网逆变器控制系统包括原理如图1所示的基于两级的结构；其中前级DC-DC升压电路工作在输入电压闭环控制方式下实现光伏阵列的最大功率点跟踪(maximum power point tracking；MPPT)，后级的DC-AC逆变电路通过锁相环跟踪电网电压,控制并网电流与电网电压同频、同相，实现纯有功并网，使光伏系统的输出满足电网的需求。
一些实施方式的光伏并网逆变器控制系统的最大功率追踪装置，其中的主要模块如图2，包括设有光伏组串端口的MPPT模块；MPPT模块包括多个MPPT线路，每个MPPT线路通过所述光伏组串端口与一路或多路光伏组串连接，获取一路或多路光伏组串的最大功率点的电压和/或开路电压、以及与一路光伏组串的最大功率点的功率值对应的它路光伏组串的电压；
所述MPPT线路通过比较与之连接的多路光伏组串的多个开路电压和多个最大功率点的电压重新确定与之连接的所述多路光伏组串的匹配关系，并根据所述匹配关系在工作状态和待命状态中切换。
需要说明的是，一个MPPT模块包括的MPPT线路数目通常可以实现与光伏系统中的需要跟踪的所有光伏组串的线路总数匹配，即MPPT模块具备足够的MPPT线路资源可以调用。
一些实施方式的最大功率追踪装置，MPPT线路根据匹配关系在工作状态和待命状态中切换的步骤包括：
将多路光伏组串的多个开路电压排序；
如果多路光伏组串的多个开路电压的极差在第一阈值范围内，命令多路光伏组串连接的MPPT线路保持工作状态。
其中，术语“极差”在本发明中主要包括：多个开路电压中(或其他方式定义的电压值)的最大开值与最小值的差，可以认为是范围误差。术语“开路电压”在本发明中指在外电阻区域无穷大时，测试得到的电压。本发明中可以通过扫描装置测得光伏组建的开路电压，储存在存储器待调用。
一些实施方式的最大功率追踪装置，优选地，每路光伏组串最多可连接一个MPPT线路；任何一路光伏组串在重新匹配一个MPPT线路时需要先将其与原连接的MPPT线路断开。
一些实施方式的最大功率追踪装置，MPPT线路根据匹配关系在工作状态和待命状态中切换的步骤包括：
将多路光伏组串的多个最大功率点的电压排序；
若所述多路光伏组串的所述多个最大功率点的电压的极差在第二阈值范围内，命令所述多路光伏组串连接的MPPT线路保持工作状态。
其中，术语“最大功率点”表示在光伏组串伏安特性曲线中的功率输出最大时对应的电压值和电流值。
一些实施方式的最大功率追踪装置，MPPT线路根据所述匹配关系在工作状态和待命状态中切换的步骤包括：
将所述多路光伏组串的与一路光伏组串的最大功率点的功率值对应的它路光伏组串的电压排序；
若所述多路光伏组串的所述多个与一路光伏组串的最大功率点的功率值对应的它路光伏组串的电压的极差在第三阈值范围内，命令所述多路光伏组串连接的MPPT线路保持工作状态。
一些实施方式，与一路光伏组串的最大功率点的功率值对应的它路光伏组串的电压包括：每路光伏组串输出与所述多路光伏组串中最大功率最小的光伏组串的最大功率相等的功率时所对应的电压值，优选为靠近其开路电压的电压值。
一些实施方式的最大功率追踪装置，MPPT线路根据所述匹配关系在工作状态和待命状态中切换的步骤包括：
S1若所述同一线路的MPPT线路所连接的多路光伏组串的所述最大功率点的电压的极差大于所述第一阈值，则：
S2依次比较所述最大功率点的电压排序中两个相邻的电压差值δU，找到两个相邻的电压差值δU最大的两路光伏组串第一路光伏组串和第二路光伏组串；
S3将所述第一路光伏组串与所述最大功率点的电压排在其之前的光伏组串并入第一组；
将该所述第二路光伏组串与所述最大功率点的电压排在其之后的光伏组串并入第二组；
S4所述第一组光伏组串仍然与原连接的所述MPPT线路连接；
S5所述第二组光伏组串与原连接的所述MPPT线路断开，并分配一个处于待命状态的MPPT线路与所述第二组光伏组串连接。
一些实施方式的最大功率追踪装置的MPPT模块被执行一种初始化方法，与所有光伏组串线路匹配，该初始化方法具体包括：
S1将光伏系统中的所有共计N个光伏组串与第一MPPT线路连接；
S2将N个光伏组串的N个开路电压排序；
S3按照设定的阈值U1，将N个开路电压的极差U2与U1比较，如果U2小于或等于U1，命令N路光伏组串连接的MPPT线路保持工作状态；
S4如果U2大于U1，依次比较开路电压排序中两个相邻的电压差值δU，找到δU相差最大的两路光伏组串，即光伏组串序列里的第N1路和第N2路；
S5将第N1路与开路电压排在其之前的光伏组串并入第1组；
将第N2路与开路电压排在其之后的光伏组串并入第2组；
S6第1组的所有路光伏组串与原连接的第一MPPT线路连接；
第2组的所有路光伏组串与原连接的第一MPPT线路断开，并分配一个处于待命状态的第二MPPT线路与第2组连接；
S7向第二MPPT线路发送状态切换命令，使其处于工作状态。
对于已经连接到第一MPPT线路的第1组光伏组串，和连接到第二MPPT线路的第2组光伏组串，重复上述S2-S6步骤，至同一个MPPT线路连接的多个光伏组串的多个开路电压的极差小于或等于U1。
作为进一步说明，本发明的装置还包括电压调节器和电流调节器，以及功率开关管，优选地采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，采用平均值电压外环、电感电流内环的控制策略。所述电流调节器接收所述一路或多路光伏组串的电流通过电流环控制方法输出参考电流；所述电压调节器接收一个或多个MPPT线路输出的MPPT电压通过电压环控制方法输出参考电压。电压调节器包括平整流滤波器，被配置为实现包括以下步骤：所述整流值滤波器接收所述多路光伏组串的输出电压，并计算平均值电压。电压调节器通过所述电压环控制方法输出参考电压的过程包括以下步骤：
计算所述MPPT电压与所述平均值电压的电压差；
将所述电压差基于PI调节得到参考电压。
电流调节器通过所述电流环控制方法输出参考电流基于以下步骤实现：
接收所述电压调节器的输出电流；
计算所述电压调节器的输出从一路或多路光伏组串的采样电流差；
将所述电流差基于PI调节得到一路或多路参考电流。
本发明还提出一种光伏并网逆变器控制系统，包括本发明提出的最大功率追踪装置和与之通信的数据服务器。
本说明书中描述的主题的实施方式和功能性操作可以在以下中实施：数字电子电路，有形实施的计算机软件或者固件，计算机硬件，包括本说明书中公开的结构及其结构等同体，或者上述中的一者以上的组合。本说明书中描述的主题的实施方式可以被实施为一个或多个计算机程序，即，一个或多个有形非暂时性程序载体上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，用以被数据处理设备执行或者控制数据处理设备的操作。计算机程序(还可以被称为或者描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或者代码)可以以任意形式的编程语言而被写出，包括编译语言或者解释语言或者声明性语言或过程式语言，并且计算机程序可以以任意形式展开，包括作为独立程序或者作为模块、组件、子程序或者适于在计算环境中使用的其他单元。
术语“数据处理设备”包含所有种类的用于处理数据的设备、装置以及机器，作为实例，包括可编程处理器、计算机或者多重处理器或者多重计算机。适于实行计算机程序的计算机包括并且示例性地可以基于通用微处理器或者专用微处理器或者上述处理器两者，或者任意其他种类的中央处理单元。通常地，中央处理单元将接收来自只读存储器或者随机存取存储器或者这两者的指令和数据。适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失存储器、介质和存储器装置，作为实例，包括：半导体存储器装置，例如，EPROM、EEPROM和闪速存储器装置；磁盘。
虽然本说明书包含很多具体的实施细节，但是这些不应当被解释为对任何发明的范围或者对可以要求保护的内容的范围的限制，而是作为可以使特定发明的特定实施方式具体化的特征的说明。在独立的实施方式的语境中的本说明书中描述的特定特征还可以与单个实施方式组合地实施。相反地，在单个实施方式的语境中描述的各种特征还可以独立地在多个实施方式中实施，或者在任何合适的子组合中实施。此外，虽然以上可以将特征描述为组合作用并且甚至最初这样要求，但是来自要求的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合去掉，并且要求的组合可以转向子组合或者子组合的变形。

Claims (8)

1.光伏并网逆变器控制系统的最大功率追踪装置，其特征在于，所述装置包括设有光伏组串端口的MPPT模块、电压调节器和电流调节器；
所述MPPT模块包括多个MPPT线路，
每个MPPT线路通过所述光伏组串端口与一路或多路光伏组串连接，获取所述一路或多路光伏组串的最大功率点的电压和/或开路电压、以及与一路光伏组串的最大功率点的功率值对应的它路光伏组串的电压；
所述MPPT线路通过比较与之连接的多路光伏组串的多个最大功率点的电压和/或多个开路电压，重新确定与之连接的所述多路光伏组串的匹配关系，并根据所述匹配关系在工作状态和待命状态中切换；
所述MPPT线路在工作状态和待命状态中切换的步骤包括：
将所述多路光伏组串的与一路光伏组串的最大功率点的功率值对应的它路光伏组串的电压排序；
若所述多路光伏组串的所述多个与一路光伏组串的最大功率点的功率值对应的它路光伏组串的电压的极差在第三阈值范围内，命令所述多路光伏组串连接的MPPT线路保持工作状态。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每路光伏组串最多可连接一个MPPT线路；任何一路光伏组串连接另一个MPPT线路时需要先将其与原连接的MPPT线路断开。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述MPPT线路在工作状态和待命状态中切换的步骤包括：
将所述多路光伏组串的多个开路电压排序；
如果所述多路光伏组串的多个开路电压的极差在第一阈值范围内，命令所述多路光伏组串连接的MPPT线路保持工作状态。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述MPPT线路在工作状态和待命状态中切换的步骤还包括：
将所述多路光伏组串的多个最大功率点的电压排序；
若所述多路光伏组串的所述多个最大功率点的电压的极差在第二阈值范围内，命令所述多路光伏组串连接的MPPT线路保持工作状态。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述与一路光伏组串的最大功率点的功率值对应的它路光伏组串的电压为每路光伏组串输出与所述多路光伏组串中最大功率最小的光伏组串的最大功率相等的功率时所对应的电压值中最靠近其开路电压的电压值。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述MPPT线路在工作状态和待命状态中切换的步骤还包括：
S1若同一线路的MPPT线路所连接的多路光伏组串的所述最大功率点的电压的极差大于所述第一阈值，则：
S2依次比较所述最大功率点的电压排序中两个相邻的电压差值δU，找到两个相邻的电压差值δU最大的两路光伏组串第一路光伏组串和第二路光伏组串；
S3将所述第一路光伏组串与所述最大功率点的电压排在其之前的光伏组串并入第一组；
将该所述第二路光伏组串与所述最大功率点的电压排在其之后的光伏组串并入第二组；
S4所述第一组光伏组串仍然与原连接的所述MPPT线路连接；
S5所述第二组光伏组串与原连接的所述MPPT线路断开，并分配一个处于待命状态的MPPT线路与所述第二组光伏组串连接。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述MPPT模块被执行一种初始化方法，所述初始化方法包括以下步骤：
S1将光伏系统中的所有共计N路光伏组串与第一MPPT线路连接；
S2将所述N路光伏组串的N个开路电压排序；
S3按照设定的阈值U1，将所述N个开路电压的极差U2与所述U1比较，如果所述U2小于或等于所述U1，命令所述N路光伏组串连接的MPPT线路保持工作状态；
S4如果所述U2大于所述U1，依次比较所述开路电压排序中两个相邻的电压差值δU，找到δU相差最大的两路光伏组串，即光伏组串序列里的第N1路和第N2路；
S5将所述第N1路与所述开路电压排在其之前的光伏组串并入第1组；
将所述第N2路与所述开路电压排在其之后的光伏组串并入第2组；
S6所述第1组的所有路光伏组串与原连接的所述第一MPPT线路连接；
所述第2组的所有路光伏组串与原连接的所述第一MPPT线路断开，并分配一个处于待命状态的第二MPPT线路与所述第2组连接；
S7向所述第二MPPT线路发送状态切换命令，使其处于工作状态。
8.一种光伏并网逆变器控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-7所述的任一种装置和与之通信的数据服务器。
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