一种基于协调算法的分布式光伏组件优化方法及装置 |
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| 申请号 | CN201710597558.6 | 申请日 | 2017-07-20 | 公开(公告)号 | CN107482672A | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
| 申请人 | 苏州艾特博斯智能设备有限公司; | 发明人 | 袁楠; 姚远; 卫飞; 冯立平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于协调 算法 的分布式光伏组件优化方法及装置，用于优化多个 太阳能 电池 串并联 电路 的最佳工作状态，每个 太阳能电池 串由多个太阳能 电池组 件 串联 而成，通过监控每一个太阳能电池组件的 输出 电压 及输出 电流 ，能够有效的获知每一个太阳能电池组件的工作状态，当某些电池组件被阴影遮蔽或故障导致输出功率降低时，本发明的方法可以通过调整同一太阳能电池串内的每一个太阳能电池组件的输出电压和输出电流，达到保证太阳能电池串并联电路始终处于高效率运行的状态，降低功率损耗率。通过本方法，既可以有效维持整个太阳能电池串并联电路的高效率运行，又可以获知每一个太阳能电池组件的运行状态，对异常点和故障点进行准确 定位 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于协调算法的分布式光伏组件优化方法，用于优化多个太阳能电池串并联电路的最佳工作状态，每个太阳能电池串由多个太阳能电池组件串联而成，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种基于协调算法的分布式光伏组件优化方法及装置技术领域[0001] 本发明涉及光伏行业，特别涉及一种基于协调算法的分布式光伏组件优化方法及装置。 背景技术[0002] 随着太阳能组件产品、光伏逆变器产品的日趋成熟，分布式光伏发电系统以其安装简便、串并灵活、发电效率高等优良特性，越来越被消费者接受与青睐。但随着分布式光伏发电系统的大规模使用，由于楼体结构、周边物体等安装环境因素带来的面板阴影问题，导致发电效率降低的情况，越来越多；损坏太阳能组件引起火灾的事件，也时有发生。 [0003] 为解决上述分布式光伏发电系统的两大问题，目前常用的措施有二。其一在串并组件之后连接一种最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，简称MPPT)控制器，再进行直流逆变交流，该控制器会逐步调节等效负载值使串并组件矩阵保持在最大功率点输出，提高发电效率；其二在组件上并联旁路保护二极管，使矩阵中个别异常组件既不影响其他组件发电又可以保护本组件器件，减少组件引发火灾事件的发生概率。 [0004] 然而，发明人发现现有技术措施中至少存在如下不足之处：现有技术中把所有组件串并连接形成矩阵之后，再整体进行MPPT最大功率点追踪控制，并不能发挥组件的最大发电效能；做不到实时监控各组件的工作状态、输出电压和输出电流，也不能定位异常组件。 发明内容[0006] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于协调算法的分布式光伏组件优化方法及装置。 [0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案是： [0009] 第一步，数据获取，按周期采集每个太阳能电池组件的输出电压、输出电流数据，并获得每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串在该采样周期内的平均输出功率数据； [0010] 第二步，损耗计算，将采样周期内的每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的平均输出功率数据与每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的额定输出功率之差，除以每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的额定输出功率，获得每个采样周期内的平均功率损耗率；或，采样周期内的每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的平均输出功率数据与所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期平均输出功率之差，除以所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期平均输出功率，获得每个采样周期内的平均功率损耗率；或，采样周期内的每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的平均输出功率数据与所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期输出功率中的最大值或多个较大值的平均值之差，除以所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期输出功率中的最大值或多个较大值的平均值，获得每个采样周期内的平均功率损耗率； [0011] 第三步，损耗比较，当某个太阳能电池组件和/或太阳能电池串采样周期内的平均功率损耗率大于正常值时，发出调整指令； [0012] 第四步，调整处理，先维持太阳能电池串的并联电压，以每个太阳能电池串为单位，通过调整太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电压和输出电流来降低功率损耗率。 [0013] 首先，我们知道，每一个太阳能电池组件的额定输出功率是一定的，因此，在该额定功率数值范围内，可以通过同时调整输出电压和输出电流来获得稳定的功率输出。通过监控每一个太阳能电池组件的输出电压及输出电流，能够有效的获知每一个太阳能电池组件的工作状态，当某些电池组件被阴影遮蔽或故障导致输出功率降低时，本发明的方法可以通过调整同一太阳能电池串内的每一个太阳能电池组件的输出电压和输出电流，达到保证太阳能电池串并联电路始终处于高效率运行的状态，降低功率损耗率。通过本方法，既可以有效维持整个太阳能电池串并联电路的高效率运行，又可以获知每一个太阳能电池组件的运行状态，对异常点和故障点进行准确定位。 [0014] 进一步的，当第四步不能将功率损耗值降低到设定范围时，则进行第五步，首先改变所有太阳能电池串的并联电压到一个新的同一数值，以每个太阳能电池串为单位，通过调整太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电流来降低功率损耗率。 [0015] 进一步的，第五步具体为，首先降低所有太阳能电池串的并联电压到一个新的同一数值，以每个太阳能电池串为单位，通过提升太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电流来降低功率损耗率。 [0016] 进一步的，在新的采集周期内重复第一步到第五步，直到功耗损耗率降低到设定的范围内，停止调整。 [0017] 进一步的，在第一步中，当检测到某一个、两个或多个太阳能电池组件的输出电压下降幅度大于同一太阳能电池串内的其他多数太阳能电池组件时，在第四步中，通过提升对应输出电压下降幅度大的太阳能电池组件的输出电流，同时提升其他多数太阳能电池组件的输出电压及降低对应太阳能电池组件的输出电流，来达到维持该太阳能电池串的并联电压，及降低功率损耗率的目的。 [0018] 本发明还提供一种基于协调算法的分布式光伏组件优化装置，用于优化多个太阳能电池串并联电路的最佳工作状态，每个太阳能电池串由多个太阳能电池组件串联而成，包括以下模块： [0019] 数据获取模块，用于按周期采集每个太阳能电池组件的输出电压、输出电流数据，并获得每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串在该采样周期内的平均输出功率数据； [0020] 损耗计算模块，用于接收来自数据获取模块的数据，计算平均功率损耗率，即每个采样周期内的平均输出功率数据与每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的额定输出功率之差，除以每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的额定输出功率，获得每个采样周期内的平均功率损耗率； [0021] 损耗比较模块，用于将每个采样周期内的平均功率损耗率与预设的数值进行比较，当每个采样周期内的平均功率损耗率大于预设值时，发出调整指令； [0022] 调整处理模块，当接到调整指令时，先维持太阳能电池串的并联电压，以每个太阳能电池串为单位，通过调整太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电压和输出电流来降低功率损耗率。 [0023] 进一步的，所述调整处理模块包括调压调流调整模块，用于设定所有太阳能电池串的并联电压到一个新的同一数值，并以每个太阳能电池串为单位，通过调整太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电流来降低功率损耗率。 [0024] 进一步的，所述调压调流模块为降压升流调整模块，用于首先降低所有太阳能电池串的并联电压到一个新的同一数值，以每个太阳能电池串为单位，通过提升太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电流来降低功率损耗率。 [0025] 进一步的，还包括学习模块，学习模块用于控制基于协调算法的分布式光伏组件优化装置进行周期性的调整作业，直到功耗损耗率降低到设定的范围内，停止调整。 [0027] 图1是本发明的流程示意图。 [0028] 图2是本发明一种实例的流程示意图。 具体实施方式[0029] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0030] 如图1所示，一种基于协调算法的分布式光伏组件优化方法，用于优化多个太阳能电池串并联电路的最佳工作状态，每个太阳能电池串由多个太阳能电池组件串联而成，包括以下步骤： [0031] 第一步，数据获取，按周期采集每个太阳能电池组件的输出电压、输出电流数据，并获得每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串在该采样周期内的平均输出功率数据； [0032] 第二步，损耗计算，将采样周期内的每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的平均输出功率数据与每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的额定输出功率之差，除以每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的额定输出功率，获得每个采样周期内的平均功率损耗率；或，采样周期内的每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的平均输出功率数据与所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期平均输出功率之差，除以所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期平均输出功率，获得每个采样周期内的平均功率损耗率；或，采样周期内的每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的平均输出功率数据与所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期输出功率中的最大值或多个较大值的平均值之差，除以所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期输出功率中的最大值或多个较大值的平均值，获得每个采样周期内的平均功率损耗率；当采用额定输出功率作为基准时，由于太阳光强度的不断变化，要达到最佳的额定输出功率是很困难的，这会导致整个装置不停的去调整，使得系统效率过低。因此可以采用同一时间段所有太阳能电池组件或太阳能电池串的平均输出功率作为基准，这样容易调整到位，调整效率高，但是由于是平均值，因此使得整个系统的效率并没有达到最佳状态。因此可以采用以同一周期内所有太阳能电池组件或太阳能电池串中输出功率最高值或者多个排列在前的输出功率的平均值(用以规避因为特殊原因造成的个别太阳能电池组件或太阳能电池串的输出功率超常的高)作为基准，则可以进一步提高整个太阳能并联系统的发电效率。 [0033] 第三步，损耗比较，当某个太阳能电池组件和/或太阳能电池串采样周期内的平均功率损耗率大于正常值时，发出调整指令；这里的正常值是指，在该时间周期内，同等光照条件下，正常的太阳能电池组件和/或太阳能电池串采样周期内的平均功率损耗率，因为，一般情况下，大多数太阳能电池组件和/或太阳能电池串处于正常状态，因此可以通过分析采集到的数据进行分析得出一个具体值或一个适当的范围值。 [0034] 第四步，调整处理，先维持太阳能电池串的并联电压，以每个太阳能电池串为单位，通过调整太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电压和输出电流来降低功率损耗率。 [0035] 首先，我们知道，每一个太阳能电池组件的额定输出功率是一定的，因此，在该额定功率数值范围内，可以通过同时调整输出电压和输出电流来获得稳定的功率输出。通过监控每一个太阳能电池组件的输出电压及输出电流，能够有效的获知每一个太阳能电池组件的工作状态，当某些电池组件被阴影遮蔽或故障导致输出功率降低时，本发明的方法可以通过调整同一太阳能电池串内的每一个太阳能电池组件的输出电压和输出电流，达到保证太阳能电池串并联电路始终处于高效率运行的状态，降低功率损耗率。通过本方法，既可以有效维持整个太阳能电池串并联电路的高效率运行，又可以获知每一个太阳能电池组件的运行状态，对异常点和故障点进行准确定位。 [0036] 关于功率损耗率，设定单个太阳能电池组件或者整个太阳能电池串整体的实际输出功率P2，单个太阳能电池组件或者整个太阳能电池串整体的额定输出功率P1，功率损耗率＝(P1-P2)/P1x100％。由于实时的太阳光强度的变化，以及遮蔽物阴影的影响，P2始终处在一个变化的动态情况下。但是在某一个时间段内，功率损耗率会稳定在一个合理的水平内，或者处于一个合理的变化曲线上。 [0037] 具体来说，当某个太阳能电池组件由于被阴影遮蔽或故障原因导致输出电压下降后，其所在的太阳能电池串的输出电压也会降低，导致功率损耗率会异常升高，为了将功率损耗率降低到正常或设定的水平，可以采取提升该异常的太阳能电池组件的电流来维持整体的输出功率不变，即将已经变大的功能损耗率降低回正常水平，但此时整个太阳能电池串的输出电压会下降，低于整个并联系统的并联电压，因此本发明采用提升本太阳能电池串内其他一部分或者全部太阳能电池组件的输出电压，同时降低其输出电流的方法，来将整个太阳能电池组件的输出电压维持到与其他太阳能电池串的输出电压一致的状态。调整的标准是，尽可能的保持整个太阳能电池发电系统处于最佳的运行状态(在当时的具体内外部条件下)。 [0038] 进一步的，当第四步不能将功率损耗值降低到设定范围时，则进行第五步，首先改变所有太阳能电池串的并联电压到一个新的同一数值，以每个太阳能电池串为单位，通过调整太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电流来降低功率损耗率。 [0039] 有时候，单独调整某一个太阳能电池串的相关数值还无法达到目标的情形下，可以调整整个并联系统的并联电压，当然，就需要同时调整每一个太阳能电池串内的一部分或全部的各太阳能电池组件的输出电压及输出电流。 [0040] 例如，当某一条太阳能电池串的输出电压无法调整到并联电压时，可以首先降低所有太阳能电池串的并联电压到一个新的同一数值，这个新的数值当然可以是异常的太阳能电池串所能达到的最大输出电压值，也可以是低于该输出电压值的某一个适宜的数值，以每个太阳能电池串为单位，通过提升各太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电流来降低功率损耗率。 [0041] 进一步的，在新的采集周期内重复第一步到第五步，直到功耗损耗率降低到设定的范围内，停止调整。这样，整个调整方法可以自动的不断寻求最佳的参数组合，并可以自动稳定的运行。 [0042] 例如，当检测到某一个、两个或多个太阳能电池组件的输出电压下降幅度大于同一太阳能电池串内的其他多数太阳能电池组件时，在第四步中，通过提升对应输出电压下降幅度大的太阳能电池组件的输出电流，同时提升其他多数太阳能电池组件的输出电压及降低对应太阳能电池组件的输出电流，来达到维持该太阳能电池串的并联电压，及降低功率损耗率的目的。 [0043] 为了配合实现上述方法，本发明还提供一种基于协调算法的分布式光伏组件优化装置，用于优化多个太阳能电池串并联电路的最佳工作状态，每个太阳能电池串由多个太阳能电池组件串联而成，包括以下模块： [0044] 数据获取模块，用于按周期采集每个太阳能电池组件的输出电压、输出电流数据，并获得每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串在该采样周期内的平均输出功率数据； [0045] 损耗计算模块，将采样周期内的每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的平均输出功率数据与每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的额定输出功率之差，除以每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的额定输出功率，获得每个采样周期内的平均功率损耗率；或，采样周期内的每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的平均输出功率数据与所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期平均输出功率之差，除以所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期平均输出功率，获得每个采样周期内的平均功率损耗率；或，采样周期内的每个太阳能电池组件和/或每个太阳能电池串的平均输出功率数据与所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期输出功率中的最大值之差，除以所有太阳能电池组件或太阳能电池串的同期输出功率中的最大值，获得每个采样周期内的平均功率损耗率；当采用额定输出功率作为基准时，由于太阳光强度的不断变化，要达到最佳的额定输出功率是很困难的，这会导致整个装置不停的去调整，使得系统效率过低。因此可以采用同一时间段所有太阳能电池组件或太阳能电池串的平均输出功率作为基准，这样容易调整到位，调整效率高，但是由于是平均值，因此使得整个系统的效率并没有达到最佳状态。因此可以采用以同一周期内所有太阳能电池组件或太阳能电池串中输出功率最高值或者多个排列在前的输出功率的平均值(用以规避因为特殊原因造成的个别太阳能电池组件或太阳能电池串的输出功率超常的高)作为基准，则可以进一步提高整个太阳能并联系统的发电效率。 [0046] 损耗比较模块，当某个太阳能电池组件和/或太阳能电池串采样周期内的平均功率损耗率大于正常值时，发出调整指令；这里的正常值是指，在该时间周期内，同等光照条件下，正常的太阳能电池组件和/或太阳能电池串采样周期内的平均功率损耗率，因为，一般情况下，大多数太阳能电池组件和/或太阳能电池串处于正常状态，因此可以通过分析采集到的数据进行分析得出一个具体值或一个适当的范围值。 [0047] 调整处理模块，当接到调整指令时，先维持太阳能电池串的并联电压，以每个太阳能电池串为单位，通过调整太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电压和输出电流来降低功率损耗率。 [0048] 进一步的，所述调整处理模块包括调压调流调整模块，用于设定所有太阳能电池串的并联电压到一个新的同一数值，并以每个太阳能电池串为单位，通过调整太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电流来降低功率损耗率。 [0049] 进一步的，所述调压调流模块为降压升流调整模块，用于首先降低所有太阳能电池串的并联电压到一个新的同一数值，以每个太阳能电池串为单位，通过提升太阳能电池串内的各太阳能电池组件的输出电流来降低功率损耗率。 [0050] 进一步的，还包括学习模块，学习模块用于控制基于协调算法的分布式光伏组件优化装置进行周期性的调整作业，直到功耗损耗率降低到设定的范围内，停止调整。系统可以反复进行各种参数组合进行调整，如每个太阳能电池组件的输出电压及输出电流如何调整，调整到什么数值，是一部分太阳能电池组件进行调整，还是全部太阳能组件进行调整等，学习模块可以记录每一次调整后的运行参数及功率损耗率结果，并将最优的调整方式置顶，如果后续有更优的调整策略，则将该策略置顶。因此可以在以后相近似的情况下，优先调用最佳的参数组合，达到快速调整到最佳状态的目的。并在此基础上进行小范围的微调，以寻找更加的调整策略，这样会降低系统调整时间。 [0051] 工作原理及优点和前述方法一致。 [0052] 实际应用中，所述调整处理模块用于分别调整每一个太阳能电池组件的输出电压和输出电流。可以独立的分别调整每一个太阳能电池组件的输出电压和输出电流，能更好的实现前述方法。基于此，可以针对每一个太阳能电池组件安装一个优化控制盒，每个优化控制盒可以具备上述所有模块，也可以只包括数据采集模块和调整处理模块，至于其他模块可以采用一个中央控制器来处理。 [0053] 在实际应用中，如图2所示，同时采用优化盒(即优化控制盒)及MPPT来完成相关工作，首先汇总所有优化盒数据及MPPT输入数据，然后计算及判断整体损耗率是否变大，如果否，保持运行，并按周期不断重新扫描，如果是，则先采用电压法，通过调整调整处理模块中的PWM控制电路的脉冲占空比，来调整相应的太阳能电池组件的输出电压和输出电流(具体见前述异常电池组件升流、其他电池组件升压降流的方法说明)，达到维持组串并联电压不变的目的。采用上述方法后，进一步判断在升压状态下，整个太阳能电池串的功率损耗率是否降低到合理范围，如果是，则保持该运行参数继续运行，并且按照周期继续进行扫描。如果不是，继续进行升压，当达到升压的上限(每一个太阳能电池组件的输出电压和电路都有一个极限值)，功率损耗率依然很高，则下调整个并联系统的并联电压(可以预设多个调整档次)，然后在尝试调整各太阳能电池串内的太阳能电池组件的输出电压及输出电流，寻求获得一个最佳的运行状态，即将功率损耗率降到合理的范围。在降低并联电压后，通过调整各太阳能电池组件对应的优化盒中的PWM控制电路的占空比，来达到完成前述的目的。 [0054] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 |
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