[发明专利]一种光伏组件电能输出控制方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到光伏发电系统领域，特指一种适用于光伏组件的电能输出控制方法。

背景技术

在光伏发电系统中，光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关外，还受使用环境如辐照度、负载和温度等因素的影响。在不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且唯一的最大功率点(Maximum Power Point，MPP)上。因此，对于光伏发电系统来说，应当寻求光伏电池的最优工作状态，以最大限度地将光能转化为电能。利用控制方法实现光伏电池的最大功率输出运行的技术被称为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)技术。

在光伏发电系统中，光伏电池是一个非线性电源，光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关外，还受使用环境如辐照度、负载和温度等因素的影响，即其输出电压和电流不仅受光强及温度的影响，而且也由负载的性质和状况决定。如果能使光伏电池阵列在外界环境改变的同时还能够处于最大功率点，这样就能最大限度的利用太阳能，提高光伏发电系统的效率，减少资源的浪费。在不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且唯一的最大功率点(Maximum Power Point，MPP)上。因此，对于光伏发电系统来说，应当寻求光伏电池的最优工作状态，以最大限度地将光能转化为电能。利用控制方法实现光伏电池的最大功率输出运行的技术被称为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)技术。在光伏发电技术领域，通常需要使用光伏并网逆变器将光伏电池组件发出的直流电能转换成与电网同频同相的交流电能，同时采用控制方法对光伏组件进行电能输出优化，实现最大输出功率点跟踪。

已有的典型自寻优类MPPT算法有扰动观测法和电导增量法，其实际中常用对光伏电池端电压进行步进搜索的方法，计算前后两次输出功率全增量值以判断光伏电池输出功率的变化趋势，从而实时调节直流工作电压，使光伏电池最终工作于最大功率点。但是，在进行光伏电池输出功率调度过程中，这种MPPT控制方法容易受到使用环境如辐照度等因素的影响，会出现MPPT控制失效，直流电压不受控等情况。

最大功率点跟踪(MPPT)实质上是一个寻优过程，即通过控制太阳能电池端电压来控制最大功率的输出。并网逆变器的有功功率输出P_OUT与逆变器输出电流的d轴分量成正比，因此，并网逆变器直流侧电压U_pv的控制可通过对有功电流分量I_d的控制来实现。在并网光伏系统中，一般采用如图1所示控制结构。MPPT功率环的输出U_pv*作为直流电压环的电压指令，通过直流电压环的电压调节来搜索光伏电池的PPT，从而实现光伏系统的有功功率控制。

光伏电池的输出功率调度往往通过对有功电流I_d的限制来实现，当光伏电池的输出功率大于功率指令值时，电压调节器输出电流I_d将受有功电流限幅值I_LMT的限制，最终输出和限流值等值的有功指令电流I_d*。实际上，光伏电池的外部环境因数是不断变化的，特别是一天当中的光照辐照度甚至瞬息万变，因此对于光伏电池来说，其P-U特征曲线具有时变性。当辐照度发生一定幅度的突变时，如果采用上述MPPT控制方式，在进行光伏电池的输出功率调度过程中就存在MPPT失效，直流电压不受控的情况，具体分析如下：