CN106451547A - 一种最大功率点追踪方法、控制器及光伏储能*** - Google Patents

一种最大功率点追踪方法、控制器及光伏储能*** Download PDF

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Abstract

本发明提供的最大功率点追踪方法、控制器及光伏储能***，若出现电池故障或者无电池配置，则控制单向DC/DC变换器工作在母线电压恒压源模式；然后判断光伏电池板PV是否满足预设跟踪调整条件；若判断PV满足预设跟踪调整条件，则将单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值限定为预设调整值；再在判断母线电压满足额定条件时，控制单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值以预设速率由预设调整值回升至原值。本发明提供的最大功率点追踪方法，无需增加放电回路，解决了增加成本的问题；同时，通过改变原有的MPPT，避免了母线电压崩溃，确保了***的稳定性。

Description

一种最大功率点追踪方法、控制器及光伏储能***
技术领域
本发明涉及最大功率点追踪技术领域，特别涉及一种最大功率点追踪方法、控制器及光伏储能***。
背景技术
目前，MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点追踪)技术已经是光伏领域一项核心技术；参见图1所示的光伏储能***，光伏储能逆变器的能量输入口包括：光伏电池板PV、电池与电网。追求PV利用率的最大化通常是MPPT控制目标之一。
现有光伏储能逆变器的MPPT方法基本上与传统光伏逆变器方法一致。但光伏储能逆变器除了传统光伏逆变器并网功能外，还包含电池管理、能量调度及离网模式等功能。各种工况组合的复杂性导致原来适用于传统光伏逆变器的MPPT方法，并不适合光伏储能逆变器所有应用工况。例如，光伏储能逆变器在离网模式下，如果电池正常时，由双向DC/DC变换器控制母线，前级单向DC/DC变换器控制PV电压可采用常规的MPPT方法；此时PV输出功率给电池与负载供电，或者PV与电池共同给负载供电。但当出现电池故障或者无电池配置时，前级单向DC/DC变换器转为控制母线电压(工作在母线电压恒压源模式)，PV输出功率由本地负载功率决定；参见图2，当PV电压工作点在最大功率点左边(PV输出功率随电压减小而减少的阶段)时，如果负载功率增加，将会导致母线电压下降，进而从PV抽取电流越大，使得PV电压工作点降低，此时PV输出功率减少，导致母线电压进一步下降，从而形成正反馈，最终导致母线电压崩溃，因此常规MPPT方法不再适用。
现有技术在出现电池故障或者无电池配置时，大多选择此时不再做MPPT扰动，或者增加放电回路、使负载与PV最大功率点匹配；但当不做MPPT扰动后，PV工作电压容易受光照、负载等变化因素影响而跑到曲线最大功率点左边，这样会带来严重的***稳定性问题；而增加放电回路意味着增加成本。
发明内容
本发明提供一种最大功率点追踪方法、控制器及光伏储能***，以解决现有技术稳定性低和成本高的问题。
为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种最大功率点追踪方法，应用于光伏储能***的控制器，所述最大功率点追踪方法包括：
若出现电池故障或者无电池配置，则控制单向DC/DC变换器工作在母线电压恒压源模式；
判断光伏电池板PV是否满足预设跟踪调整条件；
若判断PV满足所述预设跟踪调整条件，则将所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值限定为预设调整值；
判断母线电压是否满足额定条件；
若判断所述母线电压满足所述额定条件，则控制所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值以预设速率由所述预设调整值回升至原值。
优选的，所述判断光伏电池板PV是否满足预设跟踪调整条件，包括：
判断PV输出功率是否随PV电压减小而减少；
若判断PV输出功率随PV电压减小而减少，则判断PV电流随PV电压的变化是否小于预设差值；
若PV电流随PV电压的变化小于所述预设差值，则判定PV满足所述预设跟踪调整条件。
优选的，所述预设调整值为：Irefmax＝K×Isc；
其中，K为电流限定系数，Isc为短路电流。
优选的，所述短路电流为当前PV电流。
优选的，所述额定条件为所述母线电压回升到额定值，且回升到所述额定值的连续时长超过预设时长。
一种控制器，应用于光伏储能***，所述控制器包括：
模式控制单元，用于若出现电池故障或者无电池配置，则控制单向DC/DC变换器工作在母线电压恒压源模式；
第一判断单元，用于判断光伏电池板PV是否满足预设跟踪调整条件；
电流限定单元，用于若判断PV满足所述预设跟踪调整条件，则将所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值限定为预设调整值；
第二判断单元，用于判断母线电压是否满足额定条件；
电流回升单元，用于若判断所述母线电压满足所述额定条件，则控制所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值以预设速率由所述预设调整值回升至原值。
优选的，所述第一判断单元包括：
第一判断模块，用于判断PV输出功率是否随PV电压减小而减少；
第二判断模块，用于若判断PV输出功率随PV电压减小而减少，则判断PV电流随PV电压的变化是否小于预设差值；若所述第二判断模块判断PV电流随PV电压的变化小于所述预设差值，则判定PV满足所述预设跟踪调整条件。
优选的，所述预设调整值为：Irefmax＝K×Isc；
其中，K为电流限定系数，Isc为短路电流。
优选的，所述短路电流为当前PV电流。
优选的，所述第二判断单元用于判断母线电压是否满足额定条件时，具体用于判断所述母线电压是否回升到额定值，且回升到所述额定值的连续时长超过预设时长。
一种光伏储能***，包括：多个单向DC/DC变换器、母线电容、一个双向DC/DC变换器、电池、一个DC/AC变换器及控制器；其中：
多个所述单向DC/DC变换器的输入端分别与多个PV一一对应相连；
多个所述单向DC/DC变换器的输出端均通过所述母线电容与所述DC/AC变换器的输入端相连；
所述双向DC/DC变换器连接于所述电池与所述DC/AC变换器的输入端之间；
所述控制器应用上述任一所述的最大功率点追踪方法控制所述单向DC/DC变换器。
本发明提供的所述最大功率点追踪方法，若出现电池故障或者无电池配置，则控制单向DC/DC变换器工作在母线电压恒压源模式；然后判断光伏电池板PV是否满足预设跟踪调整条件；若判断PV满足所述预设跟踪调整条件，则将所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值限定为预设调整值；再在判断母线电压满足额定条件时，控制所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值以预设速率由所述预设调整值回升至原值。本发明提供的所述最大功率点追踪方法，无需增加放电回路，解决了增加成本的问题；同时，通过改变原有的MPPT，避免了母线电压崩溃，确保了***的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内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是现有技术提供的光伏储能***；
图2是现有技术提供的输出特性曲线图；
图3是本发明实施例提供的最大功率点追踪方法的流程图；
图4是本发明另一实施例提供的单向DC/DC变换器的控制框图；
图5是本发明另一实施例提供的另一最大功率点追踪方法的流程图；
图6是本发明另一实施例提供的控制器的结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的控制器的另一结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供一种最大功率点追踪方法，以解决现有技术稳定性低和成本高的问题。
具体的，所述最大功率点追踪方法，应用于光伏储能***的控制器，所述最大功率点追踪方法参见图3，包括：
若出现电池故障或者无电池配置，则执行步骤S101；
S101、控制单向DC/DC变换器工作在母线电压恒压源模式；
参见图1所述的光伏储能***，当出现电池故障或者无电池配置时，由单向DC/DC变换器控制母线电压，DC/AC变换器控制逆变输出电压。单向DC/DC变换器采用母线电压外环与电感电流内环双PI控制，其控制框图参见图4；其中Uref为电压环的参考电压值，Irefmax为电流环最大电流给定值，Iref为电流环输出值，iL为电感电流，Udc为母线电压，Kpwm为逆变器等效增益，Gid为占空比到电感电流的传递函数，Gvd为占空比到输出电压的传递函数。
S102、判断光伏电池板PV是否满足预设跟踪调整条件；
若判断PV满足所述预设跟踪调整条件，则说明此时PV电压工作点在最大功率点左边(PV输出功率随电压减小而减少的阶段)，如果负载功率增加，将会形成正反馈，导致母线电压崩溃，此时常规MPPT方法不再适用，需要执行步骤S103；
S103、将所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值限定为预设调整值；
将所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值进行限定，避免了母线电压崩溃的情况发生。
S104、判断母线电压是否满足额定条件；
若判断所述母线电压满足所述额定条件，则说明此时母线电压已经稳定，能够恢复常规MPPT，即可执行步骤S105；
S105、控制所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值以预设速率由所述预设调整值回升至原值。
本实施例提供的所述最大功率点追踪方法，无需增加放电回路，解决了增加成本的问题；同时，通过改变原有的MPPT，避免了母线电压崩溃，确保了***的稳定性。
本实施例提供的所述最大功率点追踪方法，以应用于出现电池故障或者无电池配置情况时为例进行说明，但是并不一定仅限于应用于该情况下，其他情况下也可以应用，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了另外一种最大功率点追踪方法，参见图5，包括：
若出现电池故障或者无电池配置，则执行步骤S101；
S201、控制单向DC/DC变换器工作在母线电压恒压源模式；
S202、判断PV输出功率是否随PV电压减小而减少；
若判断PV输出功率随PV电压减小而减少，则执行步骤S203；
S203、判断PV电流随PV电压的变化是否小于预设差值；
若PV电流随PV电压的变化小于所述预设差值，则执行步骤S204；
S204、将所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值限定为预设调整值；
优选的，所述预设调整值为：Irefmax＝K×Isc；
其中，K为电流限定系数，Isc为短路电流，所述短路电流为当前PV电流。
S205、判断母线电压是否满足额定条件；
若判断所述母线电压满足所述额定条件，则执行步骤S206；
S206、控制所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值以预设速率由所述预设调整值回升至原值。
光伏电池板，即PV的输出特性可以由P-U与I-U两条曲线表示，参见图2，在P-U曲线中，当实际PV电压U跑到最大功率点Ummp左边后，PV输出功率随PV电压U减小而减少。由图2可见PV功率由Pmax到Po1变化时，对应I-U曲线的电流稍微变大；而PV功率从Po1到Po2变化时，对应I-U曲线的电流几乎不变，即都约等于短路电流Isc。
利用以上规律，当控制器侦测到PV输出功率随PV电压U减小而减少，并且输出PV电流几乎没有变化，即可判断出PV工作点电压已经在最大功率点左边，即PV满足所述预设跟踪调整条件。
当控制器判断出PV工作点电压在最大功率点左边后，PV电流几乎不变，此时可认为当前PV电流为短路电流Isc。
由I-U曲线的单调性可知，当电流环控制目标为Imm时，PV电压对应最大功率点电压Ummp。当电流环控制目标比Imm小时，PV电压在Ummp右边。
当PV功率出现正反馈情况时，电压环饱和输出，其最大电流给定值即为原值。此时，结合已经可以侦测出短路电流Isc，可以限定电压环输出最大电流给定值为预设调整值Irefmax＝K×Isc，其中K为电流限定系数；当K为I-U曲线最大功率点对应的理想电流填充因子Kif时，理论上可以将PV电压拉回到Ummp；当K<Kif时，PV电压可以拉回到Ummp右边。
优选的，所述额定条件为所述母线电压回升到额定值，且回升到所述额定值的连续时长超过预设时长。
当母线电压达到额定值并维持预设时长后，最大电流给定值即可逐渐恢复至原值，控制器恢复常规MPPT。
采用本实施例所述的最大功率点追踪方法，在出现电池故障或者无电池配置、双向DC/DC变换器未工作时，可以准确侦测出PV电压移到最大功率点左边，并且可以快速将PV电压拉回到最大功率点或者最大功率点右边，避免母线电压崩溃，提高了***在出现电池故障或者无电池配置情况下的稳定性。
本发明另一实施例还提供了一种控制器，应用于图1所示的光伏储能***，所述控制器，参见图6，包括：模式控制单元101、第一判断单元102、电流限定单元103、第二判断单元104及电流回升单元105；其中：
模式控制单元101用于若出现电池故障或者无电池配置，则控制单向DC/DC变换器工作在母线电压恒压源模式；
第一判断单元102用于判断光伏电池板PV是否满足预设跟踪调整条件；
电流限定单元103用于若判断PV满足所述预设跟踪调整条件，则将所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值限定为预设调整值；
第二判断单元104用于判断母线电压是否满足额定条件；
电流回升单元105用于若判断所述母线电压满足所述额定条件，则控制所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值以预设速率由所述预设调整值回升至原值。
优选的，参见图7，第一判断单元102包括：
第一判断模块201，用于判断PV输出功率是否随PV电压减小而减少；
第二判断模块202，用于若判断PV输出功率随PV电压减小而减少，则判断PV电流随PV电压的变化是否小于预设差值；若第二判断模块202判断PV电流随PV电压的变化小于所述预设差值，则判定PV满足所述预设跟踪调整条件。
优选的，所述预设调整值为：Irefmax＝K×Isc；
其中，K为电流限定系数，Isc为短路电流。
优选的，所述短路电流为当前PV电流。
优选的，第二判断单元104用于判断母线电压是否满足额定条件时，具体用于判断所述母线电压是否回升到额定值，且回升到所述额定值的连续时长超过预设时长。
具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
采用本实施例所述的最大功率点追踪方法，在出现电池故障或者无电池配置、双向DC/DC变换器未工作时，可以准确侦测出PV电压移到最大功率点左边，并且可以快速将PV电压拉回到最大功率点或者最大功率点右边，避免母线电压崩溃，提高了***在出现电池故障或者无电池配置情况下的稳定性。
本发明另一实施例还提供了一种光伏储能***，参见图1，包括：多个单向DC/DC变换器、母线电容、一个双向DC/DC变换器、电池、一个DC/AC变换器及控制器；其中：
多个所述单向DC/DC变换器的输入端分别与多个PV一一对应相连；
多个所述单向DC/DC变换器的输出端均通过所述母线电容与所述DC/AC变换器的输入端相连；
所述双向DC/DC变换器连接于所述电池与所述DC/AC变换器的输入端之间；
所述控制器应用上述实施例任一所述的最大功率点追踪方法控制所述单向DC/DC变换器。
图1中的虚线表示信号传输路径，所述光伏储能***还能够包括继电器与离网运行盒子等器件，此处不做具体限定。
具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种最大功率点追踪方法，其特征在于，应用于光伏储能***的控制器，所述最大功率点追踪方法包括：
若出现电池故障或者无电池配置，则控制单向DC/DC变换器工作在母线电压恒压源模式；
判断光伏电池板PV是否满足预设跟踪调整条件；
若判断PV满足所述预设跟踪调整条件，则将所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值限定为预设调整值；
判断母线电压是否满足额定条件；
若判断所述母线电压满足所述额定条件，则控制所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值以预设速率由所述预设调整值回升至原值。
2.根据权利要求1所述的最大功率点追踪方法，其特征在于，所述判断光伏电池板PV是否满足预设跟踪调整条件，包括：
判断PV输出功率是否随PV电压减小而减少；
若判断PV输出功率随PV电压减小而减少，则判断PV电流随PV电压的变化是否小于预设差值；
若PV电流随PV电压的变化小于所述预设差值，则判定PV满足所述预设跟踪调整条件。
3.根据权利要求1所述的最大功率点追踪方法，其特征在于，所述预设调整值为：Irefmax＝K×Isc；
其中，K为电流限定系数，Isc为短路电流。
4.根据权利要求3所述的最大功率点追踪方法，其特征在于，所述短路电流为当前PV电流。
5.根据权利要求1所述的最大功率点追踪方法，其特征在于，所述额定条件为所述母线电压回升到额定值，且回升到所述额定值的连续时长超过预设时长。
6.一种控制器，其特征在于，应用于光伏储能***，所述控制器包括：
模式控制单元，用于若出现电池故障或者无电池配置，则控制单向DC/DC变换器工作在母线电压恒压源模式；
第一判断单元，用于判断光伏电池板PV是否满足预设跟踪调整条件；
电流限定单元，用于若判断PV满足所述预设跟踪调整条件，则将所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值限定为预设调整值；
第二判断单元，用于判断母线电压是否满足额定条件；
电流回升单元，用于若判断所述母线电压满足所述额定条件，则控制所述单向DC/DC变换器的电流环最大电流给定值以预设速率由所述预设调整值回升至原值。
7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述第一判断单元包括：
第一判断模块，用于判断PV输出功率是否随PV电压减小而减少；
第二判断模块，用于若判断PV输出功率随PV电压减小而减少，则判断PV电流随PV电压的变化是否小于预设差值；若所述第二判断模块判断PV电流随PV电压的变化小于所述预设差值，则判定PV满足所述预设跟踪调整条件。
8.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述预设调整值为：Irefmax＝K×Isc；
其中，K为电流限定系数，Isc为短路电流。
9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述短路电流为当前PV电流。
10.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述第二判断单元用于判断母线电压是否满足额定条件时，具体用于判断所述母线电压是否回升到额定值，且回升到所述额定值的连续时长超过预设时长。
11.一种光伏储能***，其特征在于，包括：多个单向DC/DC变换器、母线电容、一个双向DC/DC变换器、电池、一个DC/AC变换器及控制器；其中：
多个所述单向DC/DC变换器的输入端分别与多个PV一一对应相连；
多个所述单向DC/DC变换器的输出端均通过所述母线电容与所述DC/AC变换器的输入端相连；
所述双向DC/DC变换器连接于所述电池与所述DC/AC变换器的输入端之间；
所述控制器应用权利要求1至5任一所述的最大功率点追踪方法控制所述单向DC/DC变换器。
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