一种光伏最大功率跟踪控制的装置及方法与流程

本发明涉及光伏发电控制领域，更具体地涉及一种光伏最大功率跟踪控制的装置及方法。

背景技术：

近年来，随着能源的逐渐枯竭，空气质量的不断下降，人们将目光转移到了太阳能、风能、水能等清洁可再生能源上，因此光伏技术得到了飞速的发展。光伏阵列(光伏组件或光伏板)的输出特性会随着外界环境条件的改变而变化，为了得到较高的光电转化效率，通过改变光伏阵列所带的等效负载，调节光伏阵列的工作点，使得光伏阵列始终工作在最大功率点附近，这就需要对光伏阵列进行最大功率点跟踪(mppt，maximumpowerpointtracking)控制，因此，实现mppt的控制方法成为了近年的研究热点。

目前，实现mppt控制的方法有恒定电压法、功率反馈法、扰动观察法、电导增量法、模糊控制法、人工神经网络法、智能控制法等，但是这些方法不能同时实现系统前期快速定位全局最大功率点(mpp，maximumpowerpoint)和后期系统稳定运行的双重优化效果。因此，在本发明中提出一种基于数据统计的光伏最大功率点跟踪的控制方法，不仅能够实现系统全局mpp快速定位，还能在环境改变时快速定位局部mpp，使系统具有高稳定性。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述现有技术中的相关问题。本发明一方面一种光伏最大功率跟踪控制的装置，另一方面提供了一种光伏最大功率跟踪控制的方法。通过本发明提供的方案，不需要利用大步长确定全局mpp，提高系统速度；此外，在外界环境因素变化时，本发明中的光伏数据库能够快速定位新状态，快速稳定更新mpp。

本发明第一方面提供一种光伏最大功率跟踪控制的方法，包括：通过传感器采集影响光伏组件工作的环境参数；将采集到的环境参数输入到光伏数据库，并且根据所述环境参数在所述光伏数据库中进行数据匹配以获取所述光伏组件的工作参数和最大功率点；以及保持所述光伏组件在所述获取的工作参数和最大功率点下工作。

根据本发明的一个实施方式，其中所述环境参数至少包括光照强度和温度，所述工作参数至少包括光伏组件的输出电压和电流。

根据本发明的一个实施方式，当所述环境参数实时发生变化时，所述传感器将变化后的环境参数输入到所述光伏数据库，所述光伏数据库根据变化后的环境参数重新获取所述光伏组件的工作参数和最大功率点，并对数据库中的相关数据进行更新。

根据本发明的一个实施方式，所述光伏数据库包括数据采集模块，用于对所述光伏组件的静态数据和动态信息进行采集，所述静态数据为所述传感器采集到的环境参数的数据类型，所述动态数据为每时刻下静态数据对应的数值量，其中所述数值量至少包括光伏组件的电压、电流和功率。

根据本发明的一个实施方式，所述光伏数据库还包括：数据存储模块，用于对数据采集模块采集到的数据进行存放；数据etl，将存放的数据进行抽取，转换和加载；数据预处理模块，将数据etl输出的数据送入数据仓库，进行数据预处理；数据挖掘模块，对数据类型的归类并将数据线性拟合以避免存入波动较大的数据；数据应用模块，将数据挖掘模块处理后的数据以图表的方式进行输出以便于根据所述环境参数进行查找和数据匹配。

根据本发明的一个实施方式，其中，当所述环境参数变化是由于光伏组件被遮挡或太阳被遮挡引起时，所述光伏组件的面积与工作参数和最大功率点为正相关关系，其中正相关关系的参数k＝光伏组件遮挡后面积/光伏组件原面积。

根据本发明的一个实施方式，其中所述光伏数据库中的数据通过处理模块进行快速匹配以提升所述最大功率点的跟踪速度和跟踪精度。

根据本发明的一个实施方式，其中所述数据应用模块输出的图表数据为以实验温度、光照强度为输入和以光伏组件工作电压、工作电流和最大功率点为输出的矩阵。

本发明第二方面提供一种光伏最大功率跟踪控制的装置，包括：采集模块，用于通过传感器采集影响光伏组件工作的环境参数；光伏数据库，接收采集到的环境参数，并且根据所述环境参数在所述光伏数据库中进行数据匹配以获取所述光伏组件的工作参数和最大功率点；以及控制器，保持所述光伏组件在所述获取的工作参数和最大功率点下工作。

根据本发明的一个实施方式，所述环境参数至少包括光照强度和温度，所述工作参数包括光伏组件的输出电压和电流。

根据本发明的一个实施方式，当所述环境参数实时发生变化时，所述传感器将变化后的环境参数输入到所述光伏数据库，所述光伏数据库根据变化后的环境参数重新获取所述光伏组件的工作参数和最大功率点，并对数据库中的相关数据进行更新。

根据本发明的一个实施方式，数据采集模块，用于对所述光伏组件的静态数据和动态信息进行采集，所述静态数据为所述传感器采集到的环境参数的数据类型，所述动态数据为每时刻下静态数据对应的数值量，其中所述数值量至少包括光伏组件的工作电压、电流和功率；数据存储模块，用于对数据采集模块采集到的数据进行存放；数据etl，将存放的数据进行抽取，转换和加载；数据预处理模块，将数据etl输出的数据送入数据仓库，进行数据预处理；数据挖掘模块，对数据类型的归类并将数据线性拟合以避免存入波动较大的数据；数据应用模块，将数据挖掘模块处理后的数据以图表的方式进行输出以便于根据所述环境参数进行查找和数据匹配。

根据本发明的一个实施方式，还包括处理模块，用于对所述光伏数据库中的数据进行快速匹配以提升所述最大功率点的跟踪速度和跟踪精度。

根据本发明的一个实施方式，当所述环境参数变化是由于光伏组件被遮挡或太阳被遮挡引起时，所述光伏组件的面积与工作参数和最大功率点为正相关关系，其中正相关关系的参数k＝光伏组件遮挡后面积/光伏组件原面积。

根据本发明的一个实施方式，其中所述数据应用模块输出的图表数据为以实验温度、光照强度为输入和以光伏组件工作电压、工作电流和最大功率点为输出的矩阵。

本发明第三方面提供一种机器可读介质，其上存储有指令，当执行指令时，使得机器用于执行本发明第一方面提供的一种光伏最大功率跟踪控制的方法。

采用本发明的实施方案，具有的有益效果为：1)不需要利用大步长确定全局mpp，提高系统速度；2)在外界环境变化时，数据库快速定位新状态，快速稳定更新mpp，减小系统震荡；3)本发明的光伏数据库在实时更新输入数据的情况下，能够快速而且稳定的工作在光伏最大功率点，使得装配有本发明装置的光伏系统稳定地运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图进行简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明的一个示例性实施例的光伏最大功率跟踪控制的方法的流程图。

图2是根据本发明的一个示例性实施例的光伏最大功率跟踪控制的框图。

图3是根据本发明的一个示例性实施例的光伏数据库的结构示意图。

图4是根据本发明一个示例性实施例的光伏数据库的输出图表。

图5是根据本发明的一个示例性实施例的光伏最大功率跟踪控制的装置的结构框图。

具体实施方式

如在本文中所使用的，词语“第一”、“第二”等可以用于描述本发明的示例性实施例中的元件。这些词语只用于区分一个元件与另一元件，并且对应元件的固有特征或顺序等不受该词语的限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含意相同的含意。如在常用词典中定义的那些术语被解释为具有与相关技术领域中的上下文含意相同的含意，而不被解释为具有理想或过于正式的含意，除非在本发明中被明确定义为具有这样的含意。

本领域的技术人员将理解的是，本文中描述的且在附图中说明的本发明的装置和方法是非限制性的示例性实施例，并且本发明的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施例所说明或描述的特征可与其他实施例的特征组合。这种修改和变化包括在本发明的范围内。

下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在附图中，省略相关已知功能或配置的详细描述，以避免不必要地遮蔽本发明的技术要点。另外，通篇描述中，相同的附图标记始终指代相同的电路、模块或单元，并且为了简洁，省略对相同电路、模块或单元的重复描述。

此外，应当理解一个或多个以下方法或其方面可以通过至少一个控制单元或控制器执行。术语“控制单元”或“控制器”可以指代包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储程序指令，而处理器具体配置成执行程序指令以执行将在以下进一步描述的一个或更多进程。而且，应当理解，正如本领域普通技术人员将意识到的，以下方法可以通过包括控制单元的装置并结合一个或多个其他部件来执行。

图1是根据本发明的一个示例性实施例的光伏最大功率跟踪控制的方法的流程图。

如图1所示，在s101处，通过传感器对影响光伏组件(也可以使用光伏阵列或光伏板，以下描述为了清楚统一，均采用光伏组件)环境参数进行采集，一般常用的环境参数包括当时的风速、空气湿度、可见度等各种会影响光伏发电的因子，在本发明的一个实施例中以光照强度和温度为代表因子，例如对光伏组件的光照强度s0、温度t0的信息进行采集，实验用光伏组件面积可参考其规格参数，设为a0。

在s102处，将采集到的环境参数数据输入到光伏数据库中，在光伏数据库中找到s0＝s，t0＝t时对应的电压um、电流io和最大功率功率pmax，其中光伏组件面积与光伏组件输出功率线性正相关，因此，可以标记为a0＝ka(k为系数)，输出最大功率功率记为kpmax(k为系数)。

在s103处，将包含有光伏组件的光伏系统保持在最大功率点的状态下工作。

在步骤s104出，当实现了对光伏组件最大功率点的跟踪之后，由于光伏组件可能会出现遮挡物，太阳被挡住等因素，所以要实时采集实验环境因子s0、t0，一旦发生变化就要重新输入到数据库匹配数据，即将实时采集到的数据输入的光伏数据库中，并在s105中更新光伏数据库中的相关数据，再次执行步骤s101、s102和s103的操作，经过再次输出光伏组件对应的电压um、io和pmax，提高了系统的寻优速度和稳定性。

图2是根据本发明的一个示例性实施例的光伏最大功率跟踪控制的框图。输入部分为光照强度s0、温度t0等等，经过数据库筛选匹配后，输出对应的电压um、电流io和功率pmax。根据本发明的一个或多个实例性的实施例，输入光伏数据库中的环境参数可以还包括风速、空气湿度、可见度等各种会影响光伏发电的因子。

图3是根据本发明的一个示例性实施例的光伏数据库的结构示意图。如图3所示，光伏数据库的设计是对象与各对象间关系模型来管理。光伏数据库300包括5个组成模块，分别为数据集成模块301、数据存储模块302、数据预处理模块303、数据挖掘模块304和数据应用模块305。数据集成模块301是对光伏组件静态数据和动态信号的采集，静态数据一般为传感器采集的环境参数数据类型，一般包括光照强度、温度等；动态数据一般为每时刻下静态变量对应的数值变量，一般为电压、电流和功率等；数据存储模块302，对采集的数据进行存放，mysql是一个关系型数据管理系统，云存储技术同时被应用到该系统的存储单元；数据etl(extract-transform-load)是对传递的数据从来源端经过抽取、转换和加载的过程，，数据处理模块303，将数据etl来的数据传递到数据仓库，进行数据预处理；数据挖掘模块304对数据类型的归类，将数据线性拟合，避免存入波动较大的数据；数据应用模块305是将数据库以图表的形式输出(数据少的情况下)，如图4所示，可输入一定的光照强度和温度，进行数据匹配，在光伏库中查找到对应的电压、电流和功率，可作为光伏组件工作的mpp。在图4中，数据应用模块305输出的图表数据为以实验温度、光照强度为输入和以光伏组件工作电压、工作电流和最大功率点为输出的矩阵。在图4中，t表示实验温度，s表示光照强度，um、io、pmax为对应条件下的光伏输出，即为mpp。

根据本发明的一个或多个实施例，首先，在光伏数据库设计时，选取某一固定地点，固定面积的光伏组件，监测其一年内各个时间点的光照强度、温度(也可以监测其他变量，湿度，可见度等)，以及对应情况下的电压，电流和功率，该过程是一个数据收集的过程；数据存储采集的数据进行存放，mysql是一个关系型数据管理系统，云存储技术同时被应用到该系统的存储单元；数据etl(extract-transform-load)是对传递的数据从来源端经过抽取、转换和加载的过程，传递到数据仓库，可进行数据预处理；数据挖掘可以理解为对数据类型的归类，将数据线性拟合，避免存入波动较大的数据；数据应用是将数据库以图表的形式输出(数据少的情况下)，如图4所示，但是由于存储的数据过多，光伏数据库一般通过处理模块(或处理器)进行数据匹配，这样能同时获得较快的跟踪速度和较高的跟踪精度，且方法简单，容易实现。

根据本发明的一个或多个实施例，在将数据库应用到包含光伏组件的光伏系统时，通过传感器第一时间感应实验环境参数，将光照强度和温度输入到数据库中，通过系统的数据匹配，得到对应的输出电压，电流和功率，此点可作为光伏最大功率点，系统应该保持该状态运行，提高效率。但是，由于光伏组件可能被遮挡，阳光被遮挡等突发情况的发生，导致mpp的改变，使系统波动，因此需要考虑两种情况：1、实时更新传感器的光照强度和温度的数据，重新由处理模块或处理器快速定位新的mpp；2、当光伏组件被遮挡时，由于输出电压、电流和功率与光伏组件面积线性相关，因此可以用公式得到：k＝遮挡后面积/原面积，输出电压、电流、功率对应为kum、kio、kpmax，同理当增加光伏组件面积时，也可以用上式进行处理。最后，包含光组件的系统在实时更新输入数据的情况下，快速而且稳定的工作在光伏最大功率点，将此点对应的电压电流作为dc-dc电路的输入，使包含光伏组件的光伏系统稳定地运行，并有效地向负载供电。

图5是根据本发明的一个示例性实施例的光伏最大功率跟踪控制的装置的结构框图。如图所示，光伏最大功率跟踪控制的装置500包括采集模块501，光伏数据库300和控制器502，其中采集模块501，用于通过传感器从环境数据中采集影响光伏组件工作的环境参数；光伏数据库300的功能如图3所示，其接收采集到的环境参数，并且根据所述环境参数在所述光伏数据库中进行数据匹配以获取所述光伏组件的工作参数和最大功率点。控制器502，保持所述光伏组件在所述获取的工作参数和最大功率点下工作。光伏数据库模块300中包括了数据采集模块301，用于对所述光伏组件的静态数据和动态信息进行采集，所述静态数据为所述传感器采集到的环境参数的数据类型，所述动态数据为每时刻下静态数据对应的数值量，其中所述数值量至少包括光伏组件的工作电压、电流和功率；数据存储模块302，用于对数据采集模块采集到的数据进行存放；数据etl，将存放的数据进行抽取，转换和加载；数据预处理模块303，将数据etl输出的数据送入数据仓库，进行数据预处理；数据挖掘模块304，对数据类型的归类并将数据线性拟合以避免存入波动较大的数据；数据应用模块305，将数据挖掘模块处理后的数据以图表的方式进行输出以便于根据所述环境参数进行查找和数据匹配。所述数据应用模块305输出的图表数据为以实验温度、光照强度为输入和以光伏组件工作电压、工作电流和最大功率点为输出的矩阵，具体如图4所示。

在图5中，还包括处理模块503，用于对所述光伏数据库中的数据进行快速匹配以提升所述最大功率点的跟踪速度和跟踪精度。处理模块503可以为处理器。当所述环境参数变化是由于光伏组件被遮挡或太阳被遮挡引起时，所述光伏组件的面积与工作参数和最大功率点为正相关关系，其中正相关关系的参数k＝光伏组件遮挡后面积/光伏组件原面积。

根据本发明的一个或多个实施例，还提供了一种包括指令的可读存储介质，当执行指令时，使得机器执行本发明如图1所述的光伏最大功率跟踪控制的方法。

具体地，在本发明中，具体地，在本发明中控制器可以为微控制器mcu。另外，本发明中的处理模块和控制器可以诸如但不限于一个或多个单核或多核处理器。(一个或多个)处理器可包括通用处理器和专用处理器(例如，图形处理器、应用处理器等)的任何组合。处理器可与其耦接和/或可包括计存储器/存储装置，并且可被配置为执行存储在存储器/存储装置中的指令，以实现在本发明中控制器上运行的各种应用和/或操作系统。

作为本发明示例的上文涉及的附图和本发明的详细描述，用于解释本发明，但不限制权利要求中描述的本发明的含义或范围。因此，本领域技术人员可以很容易地从上面的描述中实现修改。此外，本领域技术人员可以删除一些本文描述的组成元件而不使性能劣化，或者可以添加其它的组成元件以提高性能。此外，本领域技术人员可以根据工艺或设备的环境来改变本文描述的方法的步骤的顺序。因此，本发明的范围不应该由上文描述的实施方式来确定，而是由权利要求及其等同形式来确定。

尽管本发明结合目前被认为是可实现的实施方式已经进行了描述，但是应当理解本发明并不限于所公开的实施方式，而相反的，意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同配置。