一種最大功率點追蹤方法、控制器及光伏儲能系統與流程

本發明涉及最大功率點追蹤技術領域，特別涉及一種最大功率點追蹤方法、控制器及光伏儲能系統。

背景技術：

目前，MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率點追蹤)技術已經是光伏領域一項核心技術；參見圖1所示的光伏儲能系統，光伏儲能逆變器的能量輸入口包括：光伏電池板PV、電池與電網。追求PV利用率的最大化通常是MPPT控制目標之一。

現有光伏儲能逆變器的MPPT方法基本上與傳統光伏逆變器方法一致。但光伏儲能逆變器除了傳統光伏逆變器并網功能外，還包含電池管理、能量調度及離網模式等功能。各種工況組合的復雜性導致原來適用于傳統光伏逆變器的MPPT方法，并不適合光伏儲能逆變器所有應用工況。例如，光伏儲能逆變器在離網模式下，如果電池正常時，由雙向DC/DC變換器控制母線，前級單向DC/DC變換器控制PV電壓可采用常規的MPPT方法；此時PV輸出功率給電池與負載供電，或者PV與電池共同給負載供電。但當出現電池故障或者無電池配置時，前級單向DC/DC變換器轉為控制母線電壓(工作在母線電壓恒壓源模式)，PV輸出功率由本地負載功率決定；參見圖2，當PV電壓工作點在最大功率點左邊(PV輸出功率隨電壓減小而減少的階段)時，如果負載功率增加，將會導致母線電壓下降，進而從PV抽取電流越大，使得PV電壓工作點降低，此時PV輸出功率減少，導致母線電壓進一步下降，從而形成正反饋，最終導致母線電壓崩潰，因此常規MPPT方法不再適用。

現有技術在出現電池故障或者無電池配置時，大多選擇此時不再做MPPT擾動，或者增加放電回路、使負載與PV最大功率點匹配；但當不做MPPT擾動后，PV工作電壓容易受光照、負載等變化因素影響而跑到曲線最大功率點左邊，這樣會帶來嚴重的系統穩定性問題；而增加放電回路意味著增加成本。

技術實現要素：

本發明提供一種最大功率點追蹤方法、控制器及光伏儲能系統，以解決現有技術穩定性低和成本高的問題。

為實現所述目的，本申請提供的技術方案如下：

一種最大功率點追蹤方法，應用于光伏儲能系統的控制器，所述最大功率點追蹤方法包括：

若出現電池故障或者無電池配置，則控制單向DC/DC變換器工作在母線電壓恒壓源模式；

判斷光伏電池板PV是否滿足預設跟蹤調整條件；

若判斷PV滿足所述預設跟蹤調整條件，則將所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值限定為預設調整值；

判斷母線電壓是否滿足額定條件；

若判斷所述母線電壓滿足所述額定條件，則控制所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值以預設速率由所述預設調整值回升至原值。

優選的，所述判斷光伏電池板PV是否滿足預設跟蹤調整條件，包括：

判斷PV輸出功率是否隨PV電壓減小而減少；

若判斷PV輸出功率隨PV電壓減小而減少，則判斷PV電流隨PV電壓的變化是否小于預設差值；

若PV電流隨PV電壓的變化小于所述預設差值，則判定PV滿足所述預設跟蹤調整條件。

優選的，所述預設調整值為：Irefmax＝K×Isc；

其中，K為電流限定系數，Isc為短路電流。

優選的，所述短路電流為當前PV電流。

優選的，所述額定條件為所述母線電壓回升到額定值，且回升到所述額定值的連續時長超過預設時長。

一種控制器，應用于光伏儲能系統，所述控制器包括：

模式控制單元，用于若出現電池故障或者無電池配置，則控制單向DC/DC變換器工作在母線電壓恒壓源模式；

第一判斷單元，用于判斷光伏電池板PV是否滿足預設跟蹤調整條件；

電流限定單元，用于若判斷PV滿足所述預設跟蹤調整條件，則將所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值限定為預設調整值；

第二判斷單元，用于判斷母線電壓是否滿足額定條件；

電流回升單元，用于若判斷所述母線電壓滿足所述額定條件，則控制所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值以預設速率由所述預設調整值回升至原值。

優選的，所述第一判斷單元包括：

第一判斷模塊，用于判斷PV輸出功率是否隨PV電壓減小而減少；

第二判斷模塊，用于若判斷PV輸出功率隨PV電壓減小而減少，則判斷PV電流隨PV電壓的變化是否小于預設差值；若所述第二判斷模塊判斷PV電流隨PV電壓的變化小于所述預設差值，則判定PV滿足所述預設跟蹤調整條件。

優選的，所述預設調整值為：Irefmax＝K×Isc；

其中，K為電流限定系數，Isc為短路電流。

優選的，所述短路電流為當前PV電流。

優選的，所述第二判斷單元用于判斷母線電壓是否滿足額定條件時，具體用于判斷所述母線電壓是否回升到額定值，且回升到所述額定值的連續時長超過預設時長。

一種光伏儲能系統，包括：多個單向DC/DC變換器、母線電容、一個雙向DC/DC變換器、電池、一個DC/AC變換器及控制器；其中：

多個所述單向DC/DC變換器的輸入端分別與多個PV一一對應相連；

多個所述單向DC/DC變換器的輸出端均通過所述母線電容與所述DC/AC變換器的輸入端相連；

所述雙向DC/DC變換器連接于所述電池與所述DC/AC變換器的輸入端之間；

所述控制器應用上述任一所述的最大功率點追蹤方法控制所述單向DC/DC變換器。

本發明提供的所述最大功率點追蹤方法，若出現電池故障或者無電池配置，則控制單向DC/DC變換器工作在母線電壓恒壓源模式；然后判斷光伏電池板PV是否滿足預設跟蹤調整條件；若判斷PV滿足所述預設跟蹤調整條件，則將所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值限定為預設調整值；再在判斷母線電壓滿足額定條件時，控制所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值以預設速率由所述預設調整值回升至原值。本發明提供的所述最大功率點追蹤方法，無需增加放電回路，解決了增加成本的問題；同時，通過改變原有的MPPT，避免了母線電壓崩潰，確保了系統的穩定性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術內的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述內的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現有技術提供的光伏儲能系統；

圖2是現有技術提供的輸出特性曲線圖；

圖3是本發明實施例提供的最大功率點追蹤方法的流程圖；

圖4是本發明另一實施例提供的單向DC/DC變換器的控制框圖；

圖5是本發明另一實施例提供的另一最大功率點追蹤方法的流程圖；

圖6是本發明另一實施例提供的控制器的結構示意圖；

圖7是本發明另一實施例提供的控制器的另一結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

本發明提供一種最大功率點追蹤方法，以解決現有技術穩定性低和成本高的問題。

具體的，所述最大功率點追蹤方法，應用于光伏儲能系統的控制器，所述最大功率點追蹤方法參見圖3，包括：

若出現電池故障或者無電池配置，則執行步驟S101；

S101、控制單向DC/DC變換器工作在母線電壓恒壓源模式；

參見圖1所述的光伏儲能系統，當出現電池故障或者無電池配置時，由單向DC/DC變換器控制母線電壓，DC/AC變換器控制逆變輸出電壓。單向DC/DC變換器采用母線電壓外環與電感電流內環雙PI控制，其控制框圖參見圖4；其中U_ref為電壓環的參考電壓值，Irefmax為電流環最大電流給定值，Iref為電流環輸出值，i_L為電感電流，U_dc為母線電壓，K_pwm為逆變器等效增益，Gid為占空比到電感電流的傳遞函數，Gvd為占空比到輸出電壓的傳遞函數。

S102、判斷光伏電池板PV是否滿足預設跟蹤調整條件；

若判斷PV滿足所述預設跟蹤調整條件，則說明此時PV電壓工作點在最大功率點左邊(PV輸出功率隨電壓減小而減少的階段)，如果負載功率增加，將會形成正反饋，導致母線電壓崩潰，此時常規MPPT方法不再適用，需要執行步驟S103；

S103、將所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值限定為預設調整值；

將所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值進行限定，避免了母線電壓崩潰的情況發生。

S104、判斷母線電壓是否滿足額定條件；

若判斷所述母線電壓滿足所述額定條件，則說明此時母線電壓已經穩定，能夠恢復常規MPPT，即可執行步驟S105；

S105、控制所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值以預設速率由所述預設調整值回升至原值。

本實施例提供的所述最大功率點追蹤方法，無需增加放電回路，解決了增加成本的問題；同時，通過改變原有的MPPT，避免了母線電壓崩潰，確保了系統的穩定性。

本實施例提供的所述最大功率點追蹤方法，以應用于出現電池故障或者無電池配置情況時為例進行說明，但是并不一定僅限于應用于該情況下，其他情況下也可以應用，視其具體應用環境而定，均在本申請的保護范圍內。

本發明另一實施例還提供了另外一種最大功率點追蹤方法，參見圖5，包括：

若出現電池故障或者無電池配置，則執行步驟S101；

S201、控制單向DC/DC變換器工作在母線電壓恒壓源模式；

S202、判斷PV輸出功率是否隨PV電壓減小而減少；

若判斷PV輸出功率隨PV電壓減小而減少，則執行步驟S203；

S203、判斷PV電流隨PV電壓的變化是否小于預設差值；

若PV電流隨PV電壓的變化小于所述預設差值，則執行步驟S204；

S204、將所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值限定為預設調整值；

優選的，所述預設調整值為：Irefmax＝K×Isc；

其中，K為電流限定系數，Isc為短路電流，所述短路電流為當前PV電流。

S205、判斷母線電壓是否滿足額定條件；

若判斷所述母線電壓滿足所述額定條件，則執行步驟S206；

S206、控制所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值以預設速率由所述預設調整值回升至原值。

光伏電池板，即PV的輸出特性可以由P-U與I-U兩條曲線表示，參見圖2，在P-U曲線中，當實際PV電壓U跑到最大功率點Ummp左邊后，PV輸出功率隨PV電壓U減小而減少。由圖2可見PV功率由Pmax到Po1變化時，對應I-U曲線的電流稍微變大；而PV功率從Po1到Po2變化時，對應I-U曲線的電流幾乎不變，即都約等于短路電流Isc。

利用以上規律，當控制器偵測到PV輸出功率隨PV電壓U減小而減少，并且輸出PV電流幾乎沒有變化，即可判斷出PV工作點電壓已經在最大功率點左邊，即PV滿足所述預設跟蹤調整條件。

當控制器判斷出PV工作點電壓在最大功率點左邊后，PV電流幾乎不變，此時可認為當前PV電流為短路電流Isc。

由I-U曲線的單調性可知，當電流環控制目標為Imm時，PV電壓對應最大功率點電壓Ummp。當電流環控制目標比Imm小時，PV電壓在Ummp右邊。

當PV功率出現正反饋情況時，電壓環飽和輸出，其最大電流給定值即為原值。此時，結合已經可以偵測出短路電流Isc，可以限定電壓環輸出最大電流給定值為預設調整值Irefmax＝K×Isc，其中K為電流限定系數；當K為I-U曲線最大功率點對應的理想電流填充因子Kif時，理論上可以將PV電壓拉回到Ummp；當K<Kif時，PV電壓可以拉回到Ummp右邊。

優選的，所述額定條件為所述母線電壓回升到額定值，且回升到所述額定值的連續時長超過預設時長。

當母線電壓達到額定值并維持預設時長后，最大電流給定值即可逐漸恢復至原值，控制器恢復常規MPPT。

采用本實施例所述的最大功率點追蹤方法，在出現電池故障或者無電池配置、雙向DC/DC變換器未工作時，可以準確偵測出PV電壓移到最大功率點左邊，并且可以快速將PV電壓拉回到最大功率點或者最大功率點右邊，避免母線電壓崩潰，提高了系統在出現電池故障或者無電池配置情況下的穩定性。

本發明另一實施例還提供了一種控制器，應用于圖1所示的光伏儲能系統，所述控制器，參見圖6，包括：模式控制單元101、第一判斷單元102、電流限定單元103、第二判斷單元104及電流回升單元105；其中：

模式控制單元101用于若出現電池故障或者無電池配置，則控制單向DC/DC變換器工作在母線電壓恒壓源模式；

第一判斷單元102用于判斷光伏電池板PV是否滿足預設跟蹤調整條件；

電流限定單元103用于若判斷PV滿足所述預設跟蹤調整條件，則將所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值限定為預設調整值；

第二判斷單元104用于判斷母線電壓是否滿足額定條件；

電流回升單元105用于若判斷所述母線電壓滿足所述額定條件，則控制所述單向DC/DC變換器的電流環最大電流給定值以預設速率由所述預設調整值回升至原值。

優選的，參見圖7，第一判斷單元102包括：

第一判斷模塊201，用于判斷PV輸出功率是否隨PV電壓減小而減少；

第二判斷模塊202，用于若判斷PV輸出功率隨PV電壓減小而減少，則判斷PV電流隨PV電壓的變化是否小于預設差值；若第二判斷模塊202判斷PV電流隨PV電壓的變化小于所述預設差值，則判定PV滿足所述預設跟蹤調整條件。

優選的，所述預設調整值為：Irefmax＝K×Isc；

其中，K為電流限定系數，Isc為短路電流。

優選的，所述短路電流為當前PV電流。

優選的，第二判斷單元104用于判斷母線電壓是否滿足額定條件時，具體用于判斷所述母線電壓是否回升到額定值，且回升到所述額定值的連續時長超過預設時長。

具體的工作原理與上述實施例相同，此處不再一一贅述。

采用本實施例所述的最大功率點追蹤方法，在出現電池故障或者無電池配置、雙向DC/DC變換器未工作時，可以準確偵測出PV電壓移到最大功率點左邊，并且可以快速將PV電壓拉回到最大功率點或者最大功率點右邊，避免母線電壓崩潰，提高了系統在出現電池故障或者無電池配置情況下的穩定性。

本發明另一實施例還提供了一種光伏儲能系統，參見圖1，包括：多個單向DC/DC變換器、母線電容、一個雙向DC/DC變換器、電池、一個DC/AC變換器及控制器；其中：

多個所述單向DC/DC變換器的輸入端分別與多個PV一一對應相連；

多個所述單向DC/DC變換器的輸出端均通過所述母線電容與所述DC/AC變換器的輸入端相連；

所述雙向DC/DC變換器連接于所述電池與所述DC/AC變換器的輸入端之間；

所述控制器應用上述實施例任一所述的最大功率點追蹤方法控制所述單向DC/DC變換器。

圖1中的虛線表示信號傳輸路徑，所述光伏儲能系統還能夠包括繼電器與離網運行盒子等器件，此處不做具體限定。

具體的工作原理與上述實施例相同，此處不再一一贅述。

本發明中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。