[發明專利]用于搜索全局最大功率點的方法

無效

• 申請號: 201210080776.X
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102693275A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 格拉爾多·埃斯科巴爾;何藝文;薩米·彼得松;萊昂納多-奧古斯托·塞爾帕;安東尼奧·科恰
• 申請（專利權）人: ABB研究有限公司
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 杜誠;陳煒

技術領域

本發明涉及在存在多個局部最大功率點(MPP)的光伏應用中搜索全局MPP。

背景技術

通常，光伏PV陣列接收非均勻輻照。這些狀況會在串聯連接的不同光伏板經受不同的輻照和/或溫度條件的情況下出現。例如，經過的云、相鄰建筑物、樹、以及積聚在板上的污垢會部分地遮擋輻照。這是在文獻中被稱為部分遮蔽的問題[1]。

圖1a示出了四個串聯連接的光伏板的設備。電流i流經串聯連接的板中的每一個。串聯連接產生電壓v。圖1b和圖1c示出了部分遮蔽對該設備的影響。圖1b示出了關于串聯連接上的電壓v的、通過串聯連接的電流i。圖1c示出了關于電壓v的、由串聯連接產生的功率。板接收均勻輻照的情形由具有唯一的最大功率點(MPP)的iv特性曲線(虛線)來表示。當板接收非均勻輻照時，iv特性曲線(實線)會隨著出現更多的局部MPP而變得更復雜。峰(或局部MPP)的數目取決于PV板的串聯連接中的板的數目和配置。

MPP跟蹤(MPPT)方案的一方面是：這些方案通常不能夠將全局MPP與局部MPP區別開，這是因為這些方案是基于假設PV曲線具有單個MPP而設計的。也就是說，MPPT方法會能夠準確地跟蹤局部最大值，但是并不可以保證該局部最大值是最優的局部最大值。這會在MPPT方法跟隨錯誤的MPP的情況下顯著地降低PV陣列的效率。

在這一點上，將MPP搜索(MPPS)方法與MPP跟蹤(MPPT)方法區分開會是便利的。MPPS方法可以被視為能夠在給定的操作條件下找出局部MPP之中的最優MPP的方法。然而，MPPS會無法在變化的條件下以MPPT跟蹤MPP的方式來跟蹤MPP。因此，會需要與MPPT方法結合地使用MPPS。在這種情況下，MPPS可以在全局MPP的附近提供操作的初始點，MPPT可以從該操作的初始點開始跟蹤最優MPP。一些作者推薦周期性地運行全局MPPS，并且一旦到達全局MPP附近就重置MPPT方法的起始點[2]、[3]。

在局部最大值之中搜索全局最大值是最優化文獻中的已知問題，并將其稱為全局最優化問題[4]。接下來，將簡要描述用于PV應用的一些最優化方法的實施例。

在文件[5]中，提出了一種基于斐波那契數列的搜索方法。該方法按照使得最優點總是位于搜索范圍內的方式迭代地對這樣的搜索范圍進行修改和移位。斐波那契數列用于固定搜索范圍的大小，而最小化成本函數的評估用于給出搜索范圍移位的方向。如果全局MPP在搜索范圍之內，則范圍會遵循斐波那契數列減小。如果推測出全局MPP在實際搜索范圍之外，則通過逆轉(reverse)斐波那契數列來加寬范圍。繼續該過程，直到達到預設立的界限為止，其中，界限取決于考慮的最后的斐波那契元素。

在文件[6]中，作者提出了使用粒子群最優化技術(一種已知的最優化技術)作為用于PV應用的搜索方法。

還存在基于由iv特性曲線提供的信息的方法。例如，在文件[2]和文件[3]中，提出了一種基于使用iv特性曲線和所謂的負載線的方法。該負載線被定義為i＝R_pmv，其中R_pm是通過開路電壓V_OC的80％與短路電流I_SC的90％之間的比而估計出的等效電阻，即R_pm＝0.8V_OC/0.9I_SC。

該構思是監視這兩個參數以及將電壓參考v_ref和電流參考i_ref的操作點移動到iv特性曲線與負載線的交點附近。從開始，電流參考i_ref逐漸增大。在到達這樣的附近處時，就可以進行到常規的MPPT方法的切換。此外，i(v_ref)＝i(0.8V_OC)時的電流顯著低于0.9I_SC的狀況可以用作部分遮蔽狀況存在的指示符。

在文件[7]中，基于在PV電源特性曲線的幾何特性的廣泛研究中進行的觀察設計了一種復雜搜索方法。然而，復雜性會導致實施該方法的困難。