[發(fā)明專利]一種光伏組件電能輸出控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410673677.1
• 申請(qǐng)日: 2014-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN104536509A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮江華;蹇芳;吳強(qiáng);趙香桂;陳藝峰;吳恒亮;王南;唐海燕;姚明;任藝;劉昭翼;吳振;朱淇涼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司
• 主分類號(hào): G05F1/67
• 分類號(hào): G05F1/67
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪;周長(zhǎng)清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到光伏發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，特指一種適用于光伏組件的電能輸出控制方法。

背景技術(shù)

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池的利用率除了與光伏電池的內(nèi)部特性有關(guān)外，還受使用環(huán)境如輻照度、負(fù)載和溫度等因素的影響。在不同的外界條件下，光伏電池可運(yùn)行在不同且唯一的最大功率點(diǎn)(Maximum?Power?Point，MPP)上。因此，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)尋求光伏電池的最優(yōu)工作狀態(tài)，以最大限度地將光能轉(zhuǎn)化為電能。利用控制方法實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出運(yùn)行的技術(shù)被稱為最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum?Power?Point?Tracking，MPPT)技術(shù)。

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池是一個(gè)非線性電源，光伏電池的利用率除了與光伏電池的內(nèi)部特性有關(guān)外，還受使用環(huán)境如輻照度、負(fù)載和溫度等因素的影響，即其輸出電壓和電流不僅受光強(qiáng)及溫度的影響，而且也由負(fù)載的性質(zhì)和狀況決定。如果能使光伏電池陣列在外界環(huán)境改變的同時(shí)還能夠處于最大功率點(diǎn)，這樣就能最大限度的利用太陽(yáng)能，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，減少資源的浪費(fèi)。在不同的外界條件下，光伏電池可運(yùn)行在不同且唯一的最大功率點(diǎn)(Maximum?Power?Point，MPP)上。因此，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)尋求光伏電池的最優(yōu)工作狀態(tài)，以最大限度地將光能轉(zhuǎn)化為電能。利用控制方法實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出運(yùn)行的技術(shù)被稱為最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum?Power?Point?Tracking，MPPT)技術(shù)。在光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，通常需要使用光伏并網(wǎng)逆變器將光伏電池組件發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻同相的交流電能，同時(shí)采用控制方法對(duì)光伏組件進(jìn)行電能輸出優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)最大輸出功率點(diǎn)跟蹤。

已有的典型自尋優(yōu)類MPPT算法有擾動(dòng)觀測(cè)法和電導(dǎo)增量法，其實(shí)際中常用對(duì)光伏電池端電壓進(jìn)行步進(jìn)搜索的方法，計(jì)算前后兩次輸出功率全增量值以判斷光伏電池輸出功率的變化趨勢(shì)，從而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)直流工作電壓，使光伏電池最終工作于最大功率點(diǎn)。但是，在進(jìn)行光伏電池輸出功率調(diào)度過程中，這種MPPT控制方法容易受到使用環(huán)境如輻照度等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)MPPT控制失效，直流電壓不受控等情況。

最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)尋優(yōu)過程，即通過控制太陽(yáng)能電池端電壓來(lái)控制最大功率的輸出。并網(wǎng)逆變器的有功功率輸出P_OUT與逆變器輸出電流的d軸分量成正比，因此，并網(wǎng)逆變器直流側(cè)電壓U_pv的控制可通過對(duì)有功電流分量I_d的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，一般采用如圖1所示控制結(jié)構(gòu)。MPPT功率環(huán)的輸出U_pv*作為直流電壓環(huán)的電壓指令，通過直流電壓環(huán)的電壓調(diào)節(jié)來(lái)搜索光伏電池的PPT，從而實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的有功功率控制。

光伏電池的輸出功率調(diào)度往往通過對(duì)有功電流I_d的限制來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)光伏電池的輸出功率大于功率指令值時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器輸出電流I_d將受有功電流限幅值I_LMT的限制，最終輸出和限流值等值的有功指令電流I_d*。實(shí)際上，光伏電池的外部環(huán)境因數(shù)是不斷變化的，特別是一天當(dāng)中的光照輻照度甚至瞬息萬(wàn)變，因此對(duì)于光伏電池來(lái)說(shuō)，其P-U特征曲線具有時(shí)變性。當(dāng)輻照度發(fā)生一定幅度的突變時(shí)，如果采用上述MPPT控制方式，在進(jìn)行光伏電池的輸出功率調(diào)度過程中就存在MPPT失效，直流電壓不受控的情況，具體分析如下：