專利名稱：與包括串聯的光伏模塊的光伏發電裝置有關的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及串聯連接的光伏模塊，并且特別地涉及識別具有兩個最大功率點的狀況。
背景技術：
光伏發電系統變得越來越流行。該系統包括最大功率點跟蹤器(MPPT)以用于從光伏模塊獲取最大可用功率。最大功率點跟蹤器以如下方式工作，該方式使得模塊的輸出電壓和電流在使從模塊輸出的功率最大化的工作點處。存在有基本上通過改變模塊的輸出電壓進行操作并計算從所述模塊輸出的功率是增加還是降低的多種可用的已知跟蹤方法。該計算在光伏發電裝置工作期間進行，這是因為工作條件可能發生變化。例如，由于云層遮蔽模塊或由于太陽的相對位置的變化，所以最大功率點可能發生變化。通常將光伏模塊串聯連接或并聯連接以增大發電裝置的額定功率。當將模塊串聯連接時，系統的電壓增大，并且因此系統的額定功率也增大。模塊的串聯連接可能產生如下狀況:在該狀況中串聯連接的模塊不均勻地接收輻照。這些狀況可能導致如下狀態:在該狀態中最大功率點跟蹤器將串聯連接的模塊的輸出端處的轉換器的工作點設定成不是最大功率點的功率點。均勻輻照度條件下光伏(PV)發電裝置的電特性具有唯一一個局部最大功率點(MPP)并且因此具有全局最大功率點，在該最大功率點處可以獲取最大可用功率。這在圖1(a)中示出，圖1 (a)示出了發電裝置的功率作為電壓的函數。如果發電裝置例如被局部地遮擋(串聯連接的PV模塊的一部分被遮擋)，則電特性具有兩個局部MPP。在圖1 (b)中示出了在這樣的條件下的電特性的示例。在圖1 (b)中可以看出，可獲得的功率如何具有兩個被標記為MPP的局部最大點。如上所述，最大功率點跟`蹤器可能會將太陽能光伏功率系統的轉換器設定成在不是全局最大功率點的最大功率點處工作。如果系統包括光伏模塊的串聯連接并且系統可能具有多個最大功率點，則MPP跟蹤器可以以如下方式進行操作，該方式使得MPP跟蹤器掃描該串聯連接的各個工作點以找出是否存在可以從其獲取更多功率的工作點。這種對工作點的掃描是費時的，這是因為即使系統的工作處于唯一的最大功率點或全局最大功率點，也必須照常地執行該掃描。此外，對工作點進行掃描所花費的時間浪費在最大功率點處的操作上。在重復掃描期間，損失了一些能量。
發明內容
本發明的目的是提供一種方法以及一種用于實施該方法的設備以緩解上述缺點。本發明的目的是通過以獨立權利要求中所陳述的內容為特征的方法和設備來實現的。在從屬權利要求中公開了本發明的優選實施方式。本發明基于以下構思:估計最大功率點電壓并將估計的最大功率點電壓與作為局部最大功率點之一的當前工作點的電壓進行比較。比較這兩個電壓并根據該比較來判斷是否存在當前工作點不是實際的全局最大功率點的可能性。本發明的方法和設備的優點是:如果本方法判斷出存在唯一一個最大功率點或當前工作點是全局工作點，則不需要執行對各個工作點的掃描。
在下文中，將參照附圖借助于優選實施方式對本發明進行更加詳細地描述，在附圖中:圖1示出了(a)在均勻條件下和(b)在局部遮擋條件下工作的PV發電裝置的電特性；圖2示出了 18個串聯連接的PV模塊的最大功率點電壓和最大功率點電流；圖3示出了(a)在較高電壓處的MPP以及(b)相應的電特性；圖4示出了(a)在較高電壓處的MPP情況下測得的MPP電壓與估計的MPP電壓之間的電壓差以及(b )較高電壓處的MPP與較低電壓處的MPP之間的功率差；以及圖5示出了利用 本方法的實施方式的最大功率點跟蹤算法的框圖。
具體實施例方式本公開內容涉及一種用于對包括串聯連接的PV模塊的PV發電裝置的兩個最大功率點條件進行識別的方法和設備。該方法基于將測得的MPP電壓與均勻輻照度條件下的估計的MPP電壓進行的比較。在該方法中，對最大功率點電壓和最大功率點電流進行確定。該確定是通過使用能夠產生PV發電裝置可以以其進行工作的最大功率點的方法來進行的。最大功率點跟蹤方法的示例包括導納增量法和擾動觀察法。基本地，對所述模塊的工作點即最大功率點電流和電壓進行測量，并且將測量值繼續用于根據公開內容的方法。在該方法中，對環境溫度進行確定，并使用最大功率點電流Impp和所確定的環境溫度來計算估計的最大功率點電壓。將估計的最大功率點電壓與所確定的最大功率點電壓進行比較。基于估計的最大功率點與所確定的最大功率點之間的比較，確定PV發電裝置是在均勻條件下工作還是在具有兩個最大功率點的條件下工作。當估計的最大功率點電壓與所確定的最大功率點電壓之間相差大于預定量時，則判斷出存在兩個最大功率點。本方法中估計的MPP電壓是均勻條件下的MPP電壓。該估計基于串聯連接的PV模塊的數目和類型以及工作條件，例如輻照度、環境溫度以及PV模塊的溫度。所確定的MPP電流用于估計串聯連接的PV模塊的輻照度。通過使用所測得的MPP電流和環境溫度，模塊的溫度可以通過使用溫升系數來被估計，該溫升系數用于確定PV模塊由于輻照度而高于環境溫度的溫度上升。圖2示出了包括18個串聯連接的PV模塊的PV發電裝置在局部遮擋條件下的MPP電壓和MPP電流。未被遮擋的PV模塊的輻照度為800W/m2。在該示例中，通過每次對PV模塊的一部分進行遮擋來實現對發電裝置的局部遮擋。還改變遮擋的強度。圖2還包含在所有PV模塊都被遮擋的均勻條件下的MPP。這些情況下的MPP是一組高電壓處的點中的最左邊的點。可以看出，在這些情況下的MPP電流由于變化的遮擋強度而發生變化。圖2中的實線示出了當溫升系數為O (KT=0 (K/W/m2))時在均勻條件下的MPPJ^升系數為O意味著PV模塊的溫度沒有因為輻照度而上升而是保持處于環境溫度。這不是實際情況。根據PV模塊的技術說明計算出溫升系數KT=0.0325Km2/W, PV模塊的技術說明給出了 PV模塊在標稱工作條件(NOC)下的溫度。溫升系數是依賴于PV模塊的系數。在圖2中可以看出，MPP在靠近6A的電流(對應于800W/m2的輻照度)處或者靠近450V的電壓處。在靠近6A的電流處的MPP表不較低電壓處的MPP,而在靠近450V的電壓處的MPP表示較高電壓處的MPP，如圖1 (b)所示。可以看出，較低電壓處的MPP的電壓顯著地不同于均勻條件下(紅點M^mpp電壓。對于較高電壓處的mpp并非如此。對于較高電壓處的ΜΡΡ,ΜΡΡ電壓非常接近于均勻條件下的MPP電壓。在圖3中以擴展圖示出了較高電壓處的ΜΡΡ。灰度級表示不同的工作條件和遮擋條件。在圖3 Ca)中可以看出，在均勻條件下的MPP附近的點31實際上是使得存在唯——個MPP的工作條件和遮擋條件下的MPP。這在圖3 (b)中用曲線33示出。曲線33在180V附近發生彎曲，但是曲線33不含有局部MPP。在圖3 Ca)中(從左到右)接下來的MPP用32標記。這些MPP為全局MPP，這意味著較高電壓處的局部MPP與較低電壓處的MPP相比具有更多的功率。這在圖3 (b)中用曲線34示出。最后，其余點為局部MPP，它們與較低電壓處的MPP相比具有更少的功率。這在圖3 (b)中用曲線35示出。本發明基于具有兩個最大功率點的PV發電裝置的觀察到的性能。因為MPP電流與由PV模塊接收的輻照度幾乎成正比，所以可以通過對系統以其工作的局部MPP的電流和環境溫度進行測量并通過使用溫升系數Kt計算PV模塊的溫度來準確地估計均勻條件下的MPP電壓(圖2中高電壓處的最左邊的MPP點)。
如前面所提到的那樣，如果PV發電裝置在較低電壓處的MPP處工作，則MPP電壓顯著地不同于估計的MPP電壓。對于較高電壓處的MPP并非如此。但是在圖3 (a)中可以看出，與均勻條件下的MPP最接近的MPP (區域31中的點)實際上是具有一個MPP情況下的MPP0其次最接近的MPP(區域32中的點)是全局MPP。這表明，盡管在估計的MPP電壓微小誤差的情況下可能不會識別出兩個最大功率點的條件，但是PV發電裝置仍然會在全局MPP處工作并且不會由于非最佳工作點而損失功率。所測得的MPP與估計的MPP之間相差越大，則越有可能具有在較低電壓處有更多功率的MPP。這在圖4 (a)和圖4 (b)中示出，其中，系統遮擋表示被遮擋的PV模塊的量，遮擋強度表示由于遮擋而引起的輻照度衰減(衰減的輻照度的量與由未被遮擋的PV模塊接收的輻照度之比)。在圖4 (a)中可以看出，當從該圖的右下部向該圖的左上角移動時，電壓差增加。可以看出，圖4 (b)中的功率差發生了相同的情況。在圖4 (b)中可以看出，在接近對角線的某點處，功率差為O。在圖4 (a)中，在相同對角線上，所測得的MPP與估計的MPP之間的電壓差為約20V，這可以在包括串聯連接的PV模塊的PV發電裝置的控制算法中用作為對局部遮擋條件的指示。對于18個串聯連接的硅基PV模塊來說，20V的電壓差為標稱開路電壓的約4%。可以示出的是:如果不考慮由于輻照度而造成的溫度變化，則電壓差的限值約為Udiff=Nc (Umpp1-Umpp2),其中，N。是串聯連接的PV電池的總數目，Umppi是未被遮擋的PV電池的MPP電壓，Umpp2是被遮擋的PV電池的MPP電壓。如果考慮由于輻照度而造成溫度上升對MPP電壓的影響，則對于硅基PV電池來說電壓差Umpp1-Umpp2為約0.021V，且電壓差以下述方式受溫升系數Kt的影響，所述方式為更高的Kt導致更低的Udiff。在18個串聯連接的PV模塊各自具有54個串聯連接的PV電池的情況下，對應于圖1至圖4中給出的示例情況的Udiff約為 20.4V。在下文中，參照示出了本方法的實施方式的圖5的框圖來解釋本公開內容。在框53和框54中，測量光伏(PV)發電裝置的電流和電壓以及該發電裝置的環境溫度，以便估計發電裝置在均勻條件下會具有的MPP的電壓。在圖5的框圖中，本方法開始于框51，框52中的IncCond指的是一種MPP跟蹤算法，即導納增量算法，該算法將工作點移動到PV發電裝置的功率-電壓曲線上最接近最大值處。Umpp和Impp是通過IncCond算法獲得并在框53中被保存的局部MPP的電壓和電流。Tamb為框54中測得的環境溫度。如果PV發電裝置在均勻條件下在與測得的MPP電流對應的輻照度的情況下工作，則本實施方式需要關于局部MPP和環境溫度的信息以估計MPP的電壓Uest。在本示例中，在框55中以下述方式計算Uest:
權利要求
1.一種與包括串聯連接的光伏模塊的光伏發電裝置有關的方法，所述方法包括: 確定(52)最大功率點電壓(Umpp)和最大功率點電流(Impp),其特征在于,所述方法還包括: 確定(54)環境溫度(Tamb), 通過使用所述最大功率點電流(Impp)和所確定的環境溫度(Tamb)來計算(55)估計的最大功率點電壓(Uest)， 將所述估計的最大功率點電壓與所確定的最大功率點電壓(Umpp)進行比較(56)，以及根據所述比較來確定所述發電裝置是在均勻條件下工作還是在具有兩個最大功率點的條件下工作。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，計算所述估計的最大功率點電壓的步驟包括:使用與所使用的光伏模塊有關的數據。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟:如果確定所述發電裝置在所述具有兩個最大功率點的條件下工作，則開始搜索(57 )另一個最大功率點。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟:如果確定所述另一個最大功率點是全局最大功率點，則將工作點移動到所述另一個最大功率點。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法被連續地重復。
6.一種包括計算機程序代碼的計算機程序產品，其中，在計算機中執行所述程序代碼使得所述計算機實施根據權利 要求1至6中任一項所述的方法的各個步驟。
7.—種與包括串聯連接的光伏模塊的光伏發電裝置有關的設備，包括: 用于確定(52)最大功率點電壓(Umpp)和最大功率點電流(Impp)的裝置,其特征在于,所述設備還包括: 用于確定(54)環境溫度(Tamb)的裝置， 用于通過使用所述最大功率點電流(Impp)和所確定的環境溫度(Tamb)來計算(55)估計的最大功率點電壓(Uest)的裝置， 用于將所述估計的最大功率點電壓與所確定的最大功率點電壓(Umpp)進行比較(56)的裝置，以及 用于根據所述比較來確定所述發電裝置是在均勻條件下工作還是在具有兩個最大功率點的條件下工作的裝置。
全文摘要
一種與包括串聯連接的光伏模塊的光伏發電裝置有關的方法和設備，該方法包括確定(52)最大功率點電壓(UMPP)和最大功率點電流(IMPP)。該方法還包括確定(54)環境溫度(Tamb)，通過使用最大功率點電流(IMPP)和所確定的環境溫度(Tamb)來計算(55)估計的最大功率點電壓(Uest)，將估計的最大功率點電壓與所確定的最大功率點電壓(UMPP)進行比較(56)，以及根據該比較來確定該發電裝置是在均勻條件下工作還是在具有兩個最大功率點的條件下工作。
文檔編號G05F1/67GK103226373SQ20131000201
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月4日 優先權日2012年1月31日
發明者安西·邁基, 塞波·瓦爾凱亞拉赫蒂 申請人:Abb公司