本發(fā)明涉及IPC分類H02S20/32(2014.01)I，即光伏系統(tǒng)小功率逆變器設(shè)備以及自動追蹤裝置的結(jié)構(gòu)改進技術(shù)，尤其是光伏系統(tǒng)延長最大功率追蹤運行時間的方法。

背景技術(shù)：

目前，光伏系統(tǒng)的發(fā)電量直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用。

在光伏逆變器技術(shù)方面提高發(fā)電量的措施主要包括兩個方面，一是提高轉(zhuǎn)換效率，盡量減少自身損耗；二是延長運行時間，盡量延長光伏面板能夠產(chǎn)生電能的工作時間。

常見的小功率光伏逆變器分為兩級架構(gòu)，包括DC-DC、DC-AC兩級主要結(jié)構(gòu)。正常運行過程中前級DC-DC結(jié)構(gòu)完成最大功率點追蹤即MPPT技術(shù)，實現(xiàn)在外界不斷變化的條件下自我調(diào)節(jié)，使光伏面板陣列能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下，由前級DC-DC結(jié)構(gòu)自動輸出最大功率；后級實現(xiàn)穩(wěn)定直流母線，并由后級DC-AC結(jié)構(gòu)將直流轉(zhuǎn)換為交流饋入電網(wǎng)或向負載提供交流電源的作用。在啟動過程中，由于后級DC-AC結(jié)構(gòu)尚未與電網(wǎng)連接，直流母線的能量只能夠來自于光伏面板，所以直流母線的穩(wěn)定需要由前級DC-DC實現(xiàn)。

事實上，光伏逆變器的啟動過程分為三步：母線升壓、自檢、并網(wǎng)。其中，母線升壓需要由光伏面板提供能量到光伏逆變器直流母線中，當直流母線達到一定值后光伏逆變器會進入自檢階段，檢測完畢后，在確保直流母線電壓高于市電所需電壓的前提條件下，光伏逆變器才會進入并網(wǎng)狀態(tài)。

常見的啟動方法是前級DC-DC結(jié)構(gòu)開環(huán)啟動，脈寬調(diào)制PWM占空比依照一定速度逐步線性變化，從而實現(xiàn)直流母線逐步升壓的目的，當直流母線電壓升到要求電壓后，PWM占空比停止線性變化，使直流母線維持不變，保證逆變器的后續(xù)動作可以依序完成。

光伏組件功率輸出特性具有非線性特征,輸出電流隨著輸出電壓的增大，先是緩慢下降，當達到Umppt點之后會急劇下降。而且，此輸出特性會隨著溫度、光照條件的變化而變化。當逆變器啟動時，光伏組件電流會增大，相應(yīng)的輸出電壓會減小，再加之溫度和光照條件的變化，極易造成逆變器啟動失敗，重復(fù)開關(guān)機。造成光伏組件可發(fā)電量的流失，雖然功率較小，但隨著太陽能發(fā)電的規(guī)模不斷擴大，此處的經(jīng)濟效益損失會越來越大。

相應(yīng)專利公開文獻較少。

中國專利申請201510014423.3公開一種光伏追蹤控制器及其控制方法，所述風(fēng)速傳感器與控制器相連，太陽位置及輻照強度傳感器安裝在光伏電池板支架上并與控制器相連，電機驅(qū)動電流傳感器與控制器相連，光伏電池板角度傳感器安裝在光伏電池板支架上并與控制器相連，兩個追蹤運動極限位置傳感器分別安裝在追蹤傳動機構(gòu)兩個極限位置并均與控制器相連，電機驅(qū)動器分別與控制器和電機相連，電機分別與電機驅(qū)動器和追蹤傳動機構(gòu)相連，追蹤傳動機構(gòu)兩端分別連接電機和光伏電池板支架，所述控制器通過通訊模塊與監(jiān)控系統(tǒng)相連。本發(fā)明提高了光伏電池板追蹤太陽的角度精度，提高了惡劣條件下的安全性，提高了可靠性和穩(wěn)定性，進而提高了光伏電池板的發(fā)電量。

中國專利申請201610418347.7涉及最大功率追蹤領(lǐng)域，具體涉及一種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)及其追蹤方法，包括電壓傳感器、電流傳感器、開關(guān)器件，還包括：遞推平均濾波模塊，鎖相放大器，除法器，積分調(diào)節(jié)器，所述電壓傳感器分別連接遞推平均濾波模塊和鎖相放大器，所述遞推平均濾波模塊和鎖相放大器分別連接除法器，所述除法器連接積分調(diào)節(jié)器，所述積分調(diào)節(jié)器連接開關(guān)器件。本發(fā)明提供一種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)及追蹤方法，在外界環(huán)境條件發(fā)生變化時能很好的實現(xiàn)光伏組件最大功率點追蹤控制，可有效地抑制在最大功率點附近輸出功率的振蕩，追蹤速度快且易于實現(xiàn)，提高了光伏組件的發(fā)電效率。

中國專利申請201310343212.5提供了一種光伏組件的最大功率點追蹤裝置，該最大功率點追蹤裝置用于偵測一光伏組件的輸出功率，并對一負載模塊消耗的功率進行調(diào)節(jié)，使該光伏組件工作在最大功率點上，該最大功率點追蹤裝置包括一光伏偵測單元、一存儲單元、一判斷單元以及一控制單元，所述負載模塊包括一溫度控制單元以及一密閉容器。所述最大功率點追蹤裝置通過所述溫度控制單元降低所述密閉容器內(nèi)的溫度，以增加所述負載模塊的功率，使光伏組件工作在最大功率點上，同時將光伏組件提供的部分能量以冷氣的形式存儲在密閉容器內(nèi)。本發(fā)明還提供了一種光伏組件最大功率點追蹤方法。

常用的光伏逆變器啟動方法為開環(huán)法，是一種將PWM占空比依照一定速度逐步線性變化，從而實現(xiàn)直流母線逐步升壓目的方法。當直流母線電壓升到要求電壓后，PWM占空比停止線性變化，使直流母線維持不變。在整個母線升壓過程中對光伏面板的發(fā)電需求會隨著占空比的變化而上升，此方法無法響應(yīng)由于光照條件變化造成的功率不穩(wěn)定情況，極易出現(xiàn)反復(fù)的啟動失敗情況，在此過程中也浪費了光伏組件的發(fā)電量。

如附圖1所示，當清晨太陽剛剛升起時，光照較弱，MPPT曲線平緩而不穩(wěn)定，當PV開路電壓達到光伏逆變器啟動電壓A時，光伏逆變器會自動進入啟動步驟，隨著前級DC-DC結(jié)構(gòu)PWM開始工作，電流會隨著PWM占空比的變化而逐漸增大，光伏組件的工作點會從A走到B點。但是若此時光照變?nèi)?，MPP曲線發(fā)生變化，工作點由B點走到C點，小于前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路的最小工作電壓D。此時前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路會由于輸入電壓過低而停止工作。并且，啟動過程中光伏逆變器尚未與市電連接，光伏逆變器所需功率只能由直流端光伏組件提供，這樣就造成啟動失敗，光伏逆變器無法進入正常發(fā)電狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供光伏系統(tǒng)延長最大功率追蹤運行時間的方法，克服由于光照變?nèi)跏沟霉ぷ鼽c變化及至小于前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路的最小工作電壓而造成逆變器停止工作的缺陷。

本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)措施來實現(xiàn)：設(shè)定目標為盡量降低啟動過程時需要的光伏組件提供電流，并且能夠根據(jù)光伏組件電壓及母線電壓做出實時調(diào)整，啟動過程中對光伏組件所需電流即Iref的設(shè)定越小，啟動過程受到光照變化的影響越?。还夥姘暹B接前級DC-DC結(jié)構(gòu)，前級DC-DC結(jié)構(gòu)連接直流母線，直流母線連接后級DC-AC結(jié)構(gòu)；在光伏面板和直流母線之間連接控制電路模塊，控制電路模塊中包括軟啟調(diào)理電路模塊、直流母線、前電壓調(diào)理模塊、控制器、后電壓調(diào)理模塊、面板采樣模塊和母線采樣模塊；控制器通過軟啟調(diào)理電路模塊連接前級DC-DC結(jié)構(gòu)，同時，控制器通過前電壓調(diào)理模塊和后電壓調(diào)理模塊分別連接在前級DC-DC結(jié)構(gòu)前后側(cè)，而且，控制器通過面板采樣模塊連接光伏面板，控制器通過母線采樣模塊連接直流母線。前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路中開關(guān)管PWM占空比與直流母線電容C_BUS、當前光伏面板組件輸出電流I_PV、當前光伏面板組件電壓U_PV和啟動時間t有關(guān)；當設(shè)定I_PV為啟動電流參考值I_ref之后，占空比僅與當前光伏面板組件電壓U_PV呈反向關(guān)系，與啟動時間t呈正向關(guān)系；若光照條件穩(wěn)定，隨著啟動時間t的逐漸增加，Duty值會逐漸增大，直到U_BUS達到目標電壓U_ref；若出現(xiàn)光照條件變差，U_PV會由于曲線的變化而降低，由于的關(guān)系U'_PV會隨之降低，則下一拍Duty會根據(jù)公式做出調(diào)整，進而保證U_BUS電壓上升過程的平穩(wěn)性。

尤其是，控制軟啟調(diào)理電路模塊(3)，它的加入可以最大限度的減小在啟動過程中對光伏面板組件電流的需求，只要工作點到達B’點即可維持直流母線的正常上升，即使光照條件變?nèi)酰沟霉ぷ鼽c變化到C’點，但是C’點電壓高于D，所以不會因為工作電壓小于前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路的最小工作電壓而造成逆變器停止工作，最大限度的提高了逆變器啟動的成功率，可以使光伏逆變器盡早進入發(fā)電狀態(tài)。

尤其是，通過采樣電路獲取當前光伏面板電壓與直流母線電壓的信息，輸入到控制器中，依據(jù)當前的光伏面板1組件電壓和目標直流母線電壓Uref生成PWM1其對應(yīng)占空比為Duty1，將此目標占空比和光伏面板組件電壓實時信息輸入到軟啟調(diào)理電路模塊中，結(jié)合設(shè)定的啟動電流Iref生成新的PWM參數(shù)對應(yīng)占空比Duty，進而控制前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路中的開關(guān)管動作變化。通過設(shè)定啟動電流Iref的減小，實現(xiàn)在直流母線電壓穩(wěn)定上升到目標值Uref的過程中，最大化的降低了對輸入電流的需求。

本發(fā)明的優(yōu)點和效果：可以最大限度的減小在啟動過程中對光伏組件電流的苛求，克服由于光照變?nèi)跏沟霉ぷ鼽c變化及至小于前級DC-DC結(jié)構(gòu)電路的最小工作電壓而造成逆變器停止工作的缺陷，最大限度的提高逆變器啟動的成功率，使光伏逆變器盡早進入發(fā)電狀態(tài)，提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光照變?nèi)鯐r工作點甚至低于最小工作電壓關(guān)系曲線示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例1中光照變?nèi)鯐r工作點仍高于最小工作電壓示意圖。

附圖標記包括：

光伏面板1、前級DC-DC結(jié)構(gòu)2、軟啟調(diào)理電路模塊3、直流母線4、前電壓調(diào)理模塊5、控制器6、后電壓調(diào)理模塊7、面板采樣模塊8、母線采樣模塊9、后級DC-AC結(jié)構(gòu)10。

具體實施方式

本發(fā)明原理在于，通過對傳統(tǒng)啟動過程的分析，可以發(fā)現(xiàn)啟動過程中對光伏組件所需電流越小，則啟動過程受到外界的影響越小，所以改進光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的啟動算法的設(shè)定目標為盡量降低啟動過程時需要的光伏組件提供電流，并且能夠根據(jù)光伏組件電壓及母線電壓做出實時調(diào)整。

本發(fā)明包括：光伏面板1、前級DC-DC結(jié)構(gòu)2、軟啟調(diào)理電路模塊3、直流母線4、前電壓調(diào)理模塊5、控制器6、后電壓調(diào)理模塊7、面板采樣模塊8、母線采樣模塊9和后級DC-AC結(jié)構(gòu)10。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：如附圖1所示，光伏面板1連接前級DC-DC結(jié)構(gòu)2，前級DC-DC結(jié)構(gòu)2連接直流母線4，直流母線4連接后級DC-AC結(jié)構(gòu)10；在光伏面板1和直流母線4之間連接控制電路模塊，控制電路模塊中包括軟啟調(diào)理電路模塊3、直流母線4、前電壓調(diào)理模塊5、控制器6、后電壓調(diào)理模塊7、面板采樣模塊8和母線采樣模塊9；控制器6通過軟啟調(diào)理電路模塊3連接前級DC-DC結(jié)構(gòu)2，同時，控制器6通過前電壓調(diào)理模塊5和后電壓調(diào)理模塊7分別連接在前級DC-DC結(jié)構(gòu)2前后側(cè)，而且，控制器6通過面板采樣模塊8連接光伏面板1，控制器6通過母線采樣模塊9連接直流母線4。

本實施例中，后級DC-AC結(jié)構(gòu)10連接入電網(wǎng)。

本實施例中，軟啟調(diào)理電路模塊3的原理如下：

設(shè)定直流母線4的當前電壓為U_BUS,直流母線4的上升目標電壓為U_ref，光伏面板1組件的當前電壓為U_PV。則根據(jù)前級DC-DC結(jié)構(gòu)2的特性可以得到開關(guān)管PWM占空比與直流母線4電壓和光伏面板1組件電壓之間的關(guān)系為：

在啟動過程中，直流母線4電容中的能量全部來自于光伏面板1組件，根據(jù)能量守恒定律可以得到以下公式：

Q_BUS＝Pt，t為啟動過程已用時間。

其中Pt＝U_PVI_PVt，則：C_BUS為直流母線4電容值。

推導(dǎo)出：

則可得到：

由以上公式可以看出，前級DC-DC結(jié)構(gòu)2電路中開關(guān)管PWM占空比與直流母線4電容C_BUS、當前光伏面板1組件輸出電流I_PV、當前光伏面板1組件電壓U_PV和啟動時間t有關(guān)。當設(shè)定I_PV為啟動電流參考值I_ref之后，占空比僅與當前光伏面板1組件電壓U_PV呈反向關(guān)系，與啟動時間t呈正向關(guān)系。若光照條件穩(wěn)定，隨著啟動時間t的逐漸增加，Duty值會逐漸增大，直到U_BUS達到目標電壓U_ref；若出現(xiàn)光照條件變差，U_PV會由于曲線的變化而降低，由于的關(guān)系U'_PV會隨之降低，則下一拍Duty會根據(jù)公式做出調(diào)整，進而保證U_BUS電壓上升過程的平穩(wěn)性。

由以上分析可以知道，Iref的設(shè)定越小，啟動過程受到光照變化的影響越小。從而使光伏逆變器盡早進入發(fā)電狀態(tài)，提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。

本發(fā)明的重點在于控制軟啟調(diào)理電路模塊3，它的加入可以最大限度的減小在啟動過程中對光伏面板1組件電流的需求，只要工作點到達B’點即可維持直流母線4的正常上升，即使光照條件變?nèi)?，使得工作點變化到C’點，但是C’點電壓高于D，所以不會因為工作電壓小于前級DC-DC結(jié)構(gòu)2電路的最小工作電壓而造成逆變器停止工作，最大限度的提高了逆變器啟動的成功率，可以使光伏逆變器盡早進入發(fā)電狀態(tài)。

本發(fā)明在工作時，通過采樣電路獲取當前光伏面板1電壓與直流母線4電壓的信息，輸入到控制器6中，依據(jù)當前的光伏面板1組件電壓和目標直流母線4電壓Uref生成PWM1其對應(yīng)占空比為Duty1，將此目標占空比和光伏面板1組件電壓實時信息輸入到軟啟調(diào)理電路模塊3中，結(jié)合設(shè)定的啟動電流Iref生成新的PWM參數(shù)對應(yīng)占空比Duty，進而控制前級DC-DC結(jié)構(gòu)2電路中的開關(guān)管動作變化。通過設(shè)定啟動電流Iref的減小，實現(xiàn)在直流母線4電壓穩(wěn)定上升到目標值Uref的過程中，最大化的降低了對輸入電流的需求。