WO2022037027A1 - 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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刘超厚
施鑫淼
郭华为
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    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the invention relates to a maximum power tracking method of a photovoltaic module, in particular to a maximum power tracking method of a photovoltaic module suitable for multiple connection modes.
  • Multi-channel photovoltaic modules are usually independently connected to the multi-channel input terminals of photovoltaic inverters.
  • Inverter manufacturers use multi-channel MPPT inputs to achieve maximum power tracking of multi-channel photovoltaic modules.
  • the multi-channel photovoltaic modules will be connected in parallel and then connected to the inverter input terminal. Due to the limitation of the single-channel PV input power and current of the inverter, the current of the multi-channel photovoltaic modules in parallel will exceed that of the inverter single-channel PV module. It needs to be connected in multiple ways at the PV input port of the inverter.
  • the multi-channel MPPT of the inverter and the parallel connection of the user's multi-PV modules will be contradictory, and the multi-channel MPPT will interfere with each other, causing the tracking data to fluctuate around the maximum power value, reducing the tracking efficiency and the accuracy of the tracking results, resulting in power generation. loss.
  • the existing tracking method is to manually select different MPPT tracking methods to correspond to different connection methods of photovoltaic modules, so as to realize the maximum power tracking of multi-channel photovoltaic modules to obtain accurate maximum power.
  • This final method It is troublesome to operate and cannot be automatically identified.
  • the user does not know the connection method of photovoltaic modules, they cannot choose the correct MPPT tracking method, which leads to the inability to accurately track the maximum power point of each photovoltaic module, resulting in power generation loss.
  • the purpose of the present invention is to provide a maximum power tracking method for photovoltaic modules suitable for various connection methods.
  • the invention can automatically identify different connection modes of photovoltaic components, and automatically track the maximum power of photovoltaic components, and has the characteristics of high tracking accuracy and high tracking efficiency.
  • the same MPPT is used to realize the maximum power tracking of the input of multiple photovoltaic modules
  • the maximum power tracked is the maximum power after parallel connection of multiple PV modules.
  • the set value is 2V.
  • the input side of the photovoltaic inverter adopts double closed-loop control of PV voltage and PV current.
  • the default photovoltaic modules are in the parallel connection control mode, and after switching, the photovoltaic modules are in the independent connection control mode.
  • the control structure of the parallel connection includes that multiple photovoltaic modules are connected to one of the MPPTs, the output end of the MPPT is connected to the voltage controller, and the voltage control The controllers are respectively connected with the multi-channel current controllers, and the multi-channel current controllers are respectively connected with the corresponding PWM controllers.
  • the independently connected control structure includes that the photovoltaic modules of each channel are individually connected to the input ends of the corresponding MPPT, and the output ends of the MPPT are sequentially connected to the corresponding MPPT.
  • the voltage controller, current controller and PWM controller are connected.
  • the switching control method is to switch the MPPT and voltage controller of the independent circuit from the non-working state to the working state, and the switching method is:
  • the voltage controller adopts PI controller and uses incremental PI control, and its expression is as follows:
  • u(n) represents the output of the PI controller
  • u(n-1) represents the last output of the PI controller
  • e(n) represents the error amount of the PI controller
  • e(n-1) represents the PI controller
  • the last output value, kp represents the proportional parameter of PI control, and ki represents the integral parameter of PI control;
  • the present invention can automatically identify the parallel connection method and the independent connection method of photovoltaic modules, and automatically switch the corresponding MPPT tracking mode to track to obtain the accurate maximum power of each PV module. Interference and fluctuation are generated, and the tracking accuracy and tracking efficiency are high. It can effectively adapt to the connection method of photovoltaic modules on the user's site. It does not require the user to manually set the MPPT tracking method of the inverter, and the operation is simple and convenient.
  • the present invention can automatically identify different connection modes of the photovoltaic modules, and automatically track the maximum power of the photovoltaic modules, and has the characteristics of high tracking accuracy and high tracking efficiency.
  • Fig. 1 is the flow chart of the present invention
  • Figure 2 is a schematic diagram of the structure of photovoltaic modules connected in parallel with an inverter
  • Figure 3 is a schematic diagram of the structure of the photovoltaic module independently connected to the inverter
  • Fig. 4 is a P-V curve diagram of a case where the photovoltaic module is independently connected to the inverter;
  • Figure 5 is a P-V curve diagram of another case where the photovoltaic module is independently connected to the inverter;
  • Fig. 6 is the I-V curve of the photovoltaic module in the state of Fig. 5;
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a control structure for connecting photovoltaic modules in parallel with an inverter
  • Figure 8 is a schematic diagram of the control structure of the photovoltaic module independently connected to the inverter.
  • this embodiment takes a photovoltaic inverter with two MPPTs as an example, (the principle of a photovoltaic inverter with multiple MPPTs is the same) , when the two strings are connected in parallel, the control algorithm of the same voltage loop and two current loops is used to ensure the current sharing effect of each input of the inverter.
  • the two PV modules PV1 and PV2 are connected in parallel; the connection method is shown in Figure 2, and the control structure is shown in Figure 7.
  • both PV1 and PV2 are connected to the input terminal of MPPT1.
  • the sum of the powers of the multiple inputs of the photovoltaic inverter is used as the power value tracked by the MPPT algorithm.
  • the output terminal of MPPT1 outputs two channels through the voltage controller 1, one channel is connected through the current controller 1 and the PWM controller 1, and the other channel is connected by the current controller 1.
  • PWM controller 2 is connected to PWM controller 2; Upv1 is input between MPPT1 and voltage controller 1, Ipv1 is input between voltage controller 1 and current controller 1, and Ipv2 is input between voltage controller 1 and current controller 2.
  • the control mode is parallel connection control mode.
  • a maximum power tracking method for photovoltaic modules suitable for multiple connection methods including the following tracking steps:
  • the photovoltaic inverter uses the same MPPT to realize the maximum power tracking of the input of the two photovoltaic modules;
  • connection mode of the two-way PV independent connection is shown in Figure 3, and the control structure is shown in Figure 8: PV1 is connected to MPPT1, voltage controller 1, current controller 1 and PWM controller 1 in turn, and MPPT1 and voltage controller 1 are connected. Input Upv1 to form a voltage loop, input Ipv1 between voltage controller 1 and current controller 1 to form a current loop; PV2 is connected to MPPT2, voltage controller 2, current controller 2 and PWM controller 2 in turn, and MPPT2 is connected to the voltage Upv2 is input between the controllers 2 to form a voltage loop, and Ipv2 is input between the voltage controller 2 and the current controller 2 to form a current loop.
  • the control mode is switched from the two-way PV parallel connection control mode to the two-way PV independent connection control mode, and the MPPT2 and the voltage controller 2 are switched from the non-working state to the working state. Start the MPPT2 and the voltage controller 2 to realize the maximum power tracking of the input of the two photovoltaic modules to prevent frequent detection.
  • the switching method when switching to the independent connection control mode, the switching method is as follows:
  • the MPPT2 controller switches from the non-working state to the working state, initializes the output value of MPPT2 to the output value of MPPT1, and tracks the maximum power point from the current PV voltage and PV power;
  • the voltage controller (ie, the voltage loop) 2 is switched from the non-working state to the working state.
  • Both the voltage controller 1 and the voltage controller 2 use the PI controller and use the incremental PI control, and the expression is as follows:
  • u(n) represents the output of the PI controller
  • u(n-1) represents the last output of the PI controller
  • e(n) represents the error amount of the PI controller
  • e(n-1) represents the PI controller
  • the last output value, k p represents the proportional parameter of PI control, and k i represents the integral parameter of PI control;
  • the voltage controller 2 Initialize the voltage controller 2, and assign the reference value of the current controller 2Ipv2 to the last output value u(n-1) of the voltage controller 2. Since the reference value of the voltage controller 2 is given by the MPPT2 controller, the voltage The controller 2 adopts incremental PI control, and the output value of the previous loop is the current reference value of the current loop, so when the voltage controller 2 switches from the non-working state to the working state, the output value of the first loop is still The reference value of the current current loop can realize the tracking of the second PV2 from the current power, so as to ensure that when the reference value of the current controller (ie current loop) 2 is given, the voltage controller 1 is switched to the voltage controller. 2, there will be no sudden change, to achieve a smooth transition, improve tracking accuracy and tracking efficiency.
  • the maximum power tracked is the maximum power after the parallel connection of multiple PV modules.

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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：
u(n)＝u(n-1)+k p[e(n)-e(n-1)]+k ie(n)
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：
u(n)＝u(n-1)+k p[e(n)-e(n-1)]+k ie(n)
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，k p表示PI控制的比例参数，k i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：u(n)＝u(n-1)+k p[e(n)-e(n-1)]+k ie(n)
    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，k p表示PI控制的比例参数，k i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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