专利名称：最大功率点跟踪方法、装置及供电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及新能源发电技术领域，特别是涉及最大功率点跟踪方法、装置及供电系统。
背景技术：
在发展新能源的过程中，太阳能光伏发电和风力发电受到广泛应用。以太阳能光伏发电系统为例，该系统通过太阳能电池板追踪太阳方向，使太阳光线始终能垂直照射到太阳能电池板上，以实现光伏发电的最大化。电池板输出特性受光照强度、温度等外部环境因素影响较大，因此其输出功率具有时变非线性特点，需要改变太阳能电池板的输出电压或电流或倾斜角度，以使其工 作在最佳功率曲线上。现有技术中的太阳能发电系统通常包括多个太阳能电池板组串(太阳能电池板组串指几块电池板串联在一起)，每个太阳能电池板组串可以看作为一个能量输入组件，对于每个能量输入组件，通过检测其输出电压及电流获取其当前时刻的功率值，如果当前时刻的功率值大于前一时刻的功率值，则说明在当前向最大功率点调整过程中的扰动方向正确，因此按照一定的步长值改变电压或电流将输出功率继续向该扰动方向改变，反之，则将输出功率向相反的方向进行扰动，如此逐步调整，使供电系统最终工作在最大功率点附近。发明人在对现有技术的研究过程中发现，供电系统中的每个能量输入组件独立进行最大功率点的跟踪，在调整到最大功率点的过程中，对每个能量输入组件都需要通过多次调整电压或电流，即需要进行多次功率点扫描才能跟踪到最大功率点，因此供电系统的响应速度较低，调整时间较长，难以快速实现最大功率输出，导致能量损失。
发明内容
本发明实施例提供了一种最大功率点跟踪方法、装置及供电系统，以解决现有最大功率点跟踪时供电系统响应速度较低，调整时间较长，难以快速实现最大功率输出的问题。为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案一种最大功率点跟踪方法,包括对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果；通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件；重复前述步骤，直至跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点。一种最大功率点跟踪装置,包括测量单元，用于对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果；确定单元，用于通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件；跟踪单元，用于重复执行前述测量单元和确定单元的功能，直至跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点。一种供电系统，包括多个能量输入组件、为至少两个能量输入组件设置的最大功率点跟踪模块，以及变换器模块；所述最大功率点跟踪模块，用于对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果；通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件；重复前述步骤，直至跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点；变换器模块，用于将所述能量输入组件在所述最大功率点时的输入能量转换为电倉泛。 由上述实施例可以看出，本发明实施例在进行最大功率点跟踪时，对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果，通过比较至少两个功率值结果确定下一时刻至少两个能量输入组件的输入条件，重复前述步骤，直至跟踪到至少两个能量输入组件的最大功率点。本发明实施例中，不同能量输入组件之间可以并行进行最大功率点跟踪，即由于同一供电系统中的能量输入组件基本处于同一环境下，其外部参数和功率曲线基本一致，因此本发明实施例在调整到最大功率点的过程中，对至少两个能量输入组件进行最大功率点跟踪的协同操作，因此可以减少输入条件的调整次数，减少对每个能量输入组件在不同输入条件下的测量次数，因此可以提高供电系统在跟踪最大功率点时的整体响应速度，减少调整时间，快速实现供电系统的最大功率输出，提高系统发电量。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明最大功率点控制方法的第一实施例流程图；图2A为本发明最大功率点控制方法的第二实施例流程图；图2B为应用本发明最大功率点跟踪方法实施例的一种太阳能供电系统的架构图；图2C为图2B中在功率曲线上进行最大功率点跟踪的实现过程示意图；图2D为现有技术在功率曲线上进行最大功率点跟踪的实现过程示意图；图3为本发明最大功率点跟踪装置的第一实施例框图；图4A为本发明最大功率点跟踪装置的第二实施例框图；图4B为图4A中确定单元的实施例框图；图5为本发明供电系统的实施例框图；图6为一种应用图5所描述供电系统的应用实例图；图7为另一种应用图5所描述供电系统的应用实例图；图8为又一种应用图5所描述供电系统的应用实例图。
具体实施例方式本发明如下实施例提供了一种最大功率点控制方法、装置及供电系统。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。参见图1，为本发明最大功率点跟踪方法的第一实施例流程图步骤101 :对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果。本发明实施例中，供电系统可以是太阳能光伏发电系统，将太阳能光伏电池板作为能量输入组件，或者风力发电系统，将风力发电机叶片作为能量输入组件。与现有技术采用串行方式进行功率点扫描不同，本发明实施例同时至少对两个能量输入组件进行不同输入条件上的测量，以便通过比较每一次测量结果，采用并行扫描的方式确定下一时刻至少两个能量输入组件的输入条件。本实施例中，输入条件具体指能改变能量输入组件的输出功率值的特性参数，SP本发明实施例通过改变能够对能量输入组件的输出功率有影响的特性参数得到不同的输出功率值。当供电系统为太阳能光伏发电系统时，特性参数包括电压值、电流值、倾斜角度；当供电系统为风力发电系统时，特性参数包括叶尖速比。需要说明的是，在同一供电系统中，由于各个能量输入组件处于同一环境下，因此其输出特性基本一致，且功率曲线也基本一致，因此可以采用并行跟踪的方式对系统中至少两个能量输入组件同时进行跟踪，以快速找到最大功率点。步骤102 :通过比较至少两个功率值结果确定下一时刻至少两个能量输入组件的输入条件。具体的，获得至少两个功率值结果中的最大功率值，将能量输入组件的功率值向最大功率值变化的方向确定为能量输入组件的输入条件扫描方向，按照能量输入组件的输入条件扫描方向调整下一时刻能量输入组件的输入条件，其中，调整后的输入条件对应于能量输入组件的下一时刻的输入条件。步骤103 :重复前述步骤101和步骤102，直至跟踪到至少两个能量输入组件的最大功率点。在重复前述步骤101和步骤102进行最大功率跟踪时所执行的算法可以采用现有的算法，包括恒压法、短路电流法、扰动观察法、导纳增量法、变步长的导纳增量法或变步长的扰动观察法等。这些算法的核心在于将每一次功率点测量结果进行输出比较，以确定下一次至少两个能量输入组件的输入条件，经过反复调整输入条件，直到某一时刻获得的功率值结果大于之前所有时刻获得的功率值结果。上述实施例中，在调整到最大功率点的过程中，对至少两个能量输入组件进行最大功率点跟踪的协同操作，因此可以减少输入条件的调整次数，减少对每个能量输入组件在不同输入条件下的测量次数，因此可以提高供电系统在跟踪最大功率点时的整体响应速度，减少调整时间，快速实现供电系统的最大功率输出。参见图2A，为本发明最大功率点跟踪方法的第二实施例流程图，该实施例以两个能量输入组件为例，详细示出了最大功率点的跟踪过程步骤201 :对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果。本发明实施例中，供电系统可以是太阳能光伏发电系统，将太阳能光伏电池板作为能量输入组件，或者风力发电系统，将风力发电机叶片作为能量输入组件。与现有技术采用串行方式进行功率点扫描不同，本发明实施例同时对两个能量输入组件进行不同输入条件下的测量，以便通过比较每一次测量结果，采用并行扫描的方式确定下一时刻两个能量输入组件的输入条件。 在同一供电系统中，由于各个能量输入组件处于同一环境下，其输出特性基本一致，且功率曲线也基本一致，因此可以采用并行跟踪的方式对系统中的两个能量输入组件同时进行跟踪，以快速找到最大功率点。本实施例中，输入条件具体指能改变能量输入组件的输出功率值的特性参数，即本发明实施例通过改变能够对能量输入组件的输出功率有影响的特性参数得到不同的输出功率值。当供电系统为太阳能光伏发电系统时，特性参数包括电压值、电流值、倾斜角度；当供电系统为风力发电系统时，特性参数包括叶尖速比。参见图2B，为应用本发明最大功率点跟踪方法实施例的一种太阳能供电系统的架构图。图2B中示出的太阳能供电系统中包含三个能量输入组件，分别为太阳能光伏组件I、太阳能光伏组件2和太阳能光伏组件3，为上述三个太阳能光伏组件分配配置了MPPT (Maximum Power Point Tracking,最大功率点跟踪)模块 1、MPPT 模块 2 和 MPPT 模块3，上述三个MPPT模块集成在变换器模块内。由于与现有技术相比，最少只需要同时对两个能量输入组件进行并行MPPT即可提高系统的响应时间，因此除了如图2B中示出的为每个太阳能光伏组件配置一个MPPT模块外，也可以仅为两个太阳能光伏组件配置MPPT模块，对此本实施例不再通过图例一一赘述。步骤202 :获得至少两个功率值结果中的最大功率值。步骤203 :将能量输入组件的功率值向最大功率值变化的方向确定为能量输入组件的输入条件扫描方向。步骤204 :按照能量输入组件的输入条件扫描方向调整下一时刻能量输入组件的输入条件。在图2B所示的太阳能供电系统架构中，每个MPPT模块在进行最大功率跟踪时所执行的算法可以采用现有的算法，包括恒压法、短路电流法、扰动观察法、导纳增量法、变步长的导纳增量法或变步长的扰动观察法等。与现有技术不同之处在于，本实施例中各个MPPT模块之间可以相互配合，即每个MPPT模块将每一次功率点测量结果进行输出比较，以确定下一次各个MPPT模块的输入条件。参见图2C，为图2B中在功率曲线上进行最大功率点跟踪的实现过程示意图。功率曲线上的空心点表示光伏组件I的输出功率，实心点表示光伏组件2的输出功率。起始时亥IJ，对光伏组件I的功率点a进行测量，同时对光伏组件2的功率点b进行测量，根据测量结果可知，功率点b的功率值大于功率点a的功率值,此时比较功率点a和b的电压可知，b点的电压小于a点电压，因此可知电压减小的方向为下一时刻两个光伏组件的输入条件扫描变化方向，如图中箭头所示。下一时刻，根据输入条件扫描变化方向分别减小两个光伏组件的电压值(所减小的电压值可以根据具体算法的不同采用变步长的电压值，或者等补偿的电压值)，其中光伏组件I的输入条件变为功率点C，光伏组件2的输入条件变为功率点d，且调整后的功率点c和功率点d的电压值均小于上一时刻最大功率值所对应的功率点b的电压值。为了说 明采用本发明实施例的有益效果，参见图2D，为现有技术在功率曲线上进行最大功率点跟踪的实现过程示意图。其中空心点表示当前时刻光伏组件的输出功率，实心点为下一时刻光伏组件的输出功率。由于现有技术中每个能量输入组件单独进行最大功率点跟踪，因此如图2D中，初始时刻，对某一光伏组件的功率点a进行测量，下一时刻对该光伏组件的功率点b进行测量，根据扫描结果确认如箭头所示的功率点扫描变化方向，在下一时刻，通过减少电压，将功率点c作为待扫描输入条件，以此类推，直至跟踪到最大功率点。与图2C比较可知，由于图2C中采用并行MPPT扫描方式，因此在从功率点a扫描到功率点d的过程中，只需要分别在两个时刻进行扫描，而图2D中从功率点a扫描到功率点d的过程中，则需要在四个时刻进行扫描，因此采用本发明实施例可以提高供电系统追踪最大功率点的速度。并且，图2C仅以两个能量输入组件为例进行说明，当有更多能量输入组件并行执行MPPT时，则供电系统追踪最大功率点的速度将进一步提闻。步骤205 :判断是否跟踪到两个能量输入组件的最大功率点，若是，则执行步骤206 ;否则，返回步骤201。本实施例中所采用的最大功率点跟踪算法的核心在于将每一次功率点测量结果进行输出比较，以确定下一次至少两个能量输入组件的输入条件，经过反复调整输入条件，直到某一时刻获得的功率值结果大于之前所有时刻获得的功率值结果。步骤206 :将同一供电系统中除这两个能量输入组件外的其它能量输入组件的功率调整为与跟踪到的最大功率点一致，结束当前流程。如前所述，在同一供电系统中，由于各个能量输入组件处于同一环境下，因此其输出特性基本一致，且功率曲线也基本一致，所以在应用本实施例时，如果不是所有能量输入组件都进行了并行MPPT，则在跟踪到最大功率点后，没有进行并行MPPT的能量输入组件可以应用跟踪到的结果，直接将功率调整为与跟踪到的最大功率点一致即可。由上述实施例可见，不同能量输入组件之间可以并行进行最大功率点跟踪，即由于同一供电系统中的能量输入组件基本处于同一环境下，其外部参数和功率曲线基本一致，因此本发明实施例在调整到最大功率点的过程中，对至少两个能量输入组件进行最大功率点跟踪的协同操作，因此可以减少输入条件的调整次数，减少对每个能量输入组件在不同输入条件下的测量次数，因此可以提高供电系统在跟踪最大功率点时的整体响应速度，减少调整时间，快速实现供电系统的最大功率输出，提高系统发电量。与本发明最大功率点跟踪方法的实施例相对应，本发明还提供了最大功率点跟踪装置及供电系统的实施例。参见图3，为本发明最大功率点跟踪装置的第一实施例框图该装置包括测量单元310、确定单元320和跟踪单元330。其中，测量单元310，用于对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果；确定单元320，用于通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件；
跟踪单元330，用于重复执行前述测量单元310和确定单元320的功能，直至跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点。
参见图4A，为本发明最大功率点跟踪装置的第二实施例框图该装置包括测量单元410、确定单元420、跟踪单元430和调整单元440。其中，扫描单兀410,用于对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果；确定单元420，用于通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件；跟踪单元430，用于重复执行前述测量单元410和确定单元420的功能，直至跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点；调整单元440，将所述同一供电系统中除所述至少两个能量输入组件外的其它能量输入组件的功率调整为与所述跟踪到的最大功率点一致。参见图4B，为图4A中确定单元的实施例框图该确定单元420包括功率值获得子单元421、扫描方向确定子单元422和扫描调整子单元423。功率值比较子单元421，用于获得所述至少两个功率值结果中的最大功率值；扫描方向确定子单元422，用于将所述能量输入组件的功率值向所述最大功率值变化的方向确定为所述能量输入组件的输入条件扫描方向；扫描调整子单元423，用于按照所述能量输入组件的输入条件扫描方向调整下一时刻所述能量输入组件的输入条件。参见图5，为本发明供电系统的实施例框图该供电系统包括多个能量输入组件510、为至少两个能量输入组件设置的最大功率点跟踪模块520 (为了示例方便，图5中假设为每个能量输入模块都配置一个最大功率点跟踪模块)、以及变换器模块530。所述最大功率点跟踪模块520，用于对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果；通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件；重复前述步骤，直至跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点。变换器模块530，用于将所述能量输入组件在所述最大功率点时的输入能量转换为电能。进一步，该变换器模块530，还可以用于将所述供电系统中除所述至少两个能量输入组件外的其它能量输入组件的功率调整为与所述跟踪到的最大功率点一致。本实施例变换器模块可以具体为光伏逆变器、风机变流器、或带逐日系统的光伏逆变器等。参见图6，为一种应用图5所描述供电系统的应用实例图，该应用实例中以三个能量输入组件为例，分别为能量输入组件I、能量输入组件2和能量输入组件3，其中该供电系统具有一个变换器模块，为每个能量输入组件分别配置一个MPPT模块，分别为MPPT模块I、MPPT模块2和MPPT模块3，三个MPPT模块集成在变换器模块中。参见图7，为另一种应用图5所描述供电系统的应用实例图，该应用实例与图6所不的不同在于，MTTP模块独立于变换器模块设置。参见图8，为又一种应用图5所描述供电系统的应用实例图，该实施例中系统可以进一步包括组件划分模块，用于对所述多个能量输入组件进行分组，并为分组后得到的每一组能量输入组件配置一个变换器模块，将其中至少一个变换器模块定义为主变换器模块，其它变换器模块作为从变换器模块与所述主变换器模块进行通信。如图8中，共包括六个能量输入组件，通过组件划分模块将这些能量输入组件分为三组，其中能量输入组件11、能量输入组件12为一组，能量输入组件21、能量输入组件22为一组，能量输入组件31、能量输入组件能量输入组件32为一组，并未上述三组能量输入组件分别配置变换器模块I、变换器模块2和变换器模块3。由上实施例可见，本发明实施例在进行最大功率点跟踪时，对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果，通过比较至少两个功率值结果确定下一时刻至少两个能量输入组件的输入条件，重复前述步骤，直至跟踪到至少两个能量输入组件的最大功率点。本发明实施例中，不同能量输入组件之间可以并行进行最大功率点跟踪，即由于同一供电系统中的能量输入组件基本处于同一环境下，其外部参数和功率曲线基本一致，因此本发明实施例在调整到最大功率点的过程中，对至少两个能量输入组件进行最大功率点跟踪的协同操作，因此可以减少输入条件的调整次数，减少对每个能量输入组件在不同输入条件下的测量次数，因此可以提高供电系统在跟踪最大功率点时的整体响应速度，减少调整时间，快速实现供电系统的最大功率输出，提高系统发电量。本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如R0M/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。权利要求
1.一种最大功率点跟踪方法，其特征在于，包括 对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果； 通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件； 重复前述步骤，直至跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件包括 获得所述至少两个功率值结果中的最大功率值； 将所述能量输入组件的功率值向所述最大功率值变化的方向确定为所述能量输入组件的输入条件扫描方向； 按照所述能量输入组件的输入条件扫描方向调整下一时刻所述能量输入组件的输入条件。
3.根据权利要求I或2所述的方法，所述输入条件包括能改变所述能量输入组件的输出功率值的特性参数； 当所述供电系统为太阳能光伏发电系统时，所述特性参数包括电压值、电流值、倾斜角度； 当所述供电系统为风力发电系统时，所述特性参数包括叶尖速比。
4.根据权利要求I至3任一项所述的方法，其特征在于，在所述跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点之后还包括 将所述同一供电系统中除所述至少两个能量输入组件外的其它能量输入组件的功率调整为与所述跟踪到的最大功率点一致。
5.一种最大功率点跟踪装置，其特征在于，包括 测量单元，用于对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果； 确定单元，用于通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件； 跟踪单元，用于重复执行前述测量单元和确定单元的功能，直至跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定单元包括 功率值获得子单元，用于获得所述至少两个功率值结果中的最大功率值； 扫描方向确定子单元，用于将所述能量输入组件的功率值向所述最大功率值变化的方向确定为所述能量输入组件的输入条件扫描方向； 扫描调整子单元，用于按照所述能量输入组件的输入条件扫描方向调整下一时刻所述能量输入组件的输入条件。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，还包括 调整单元，用于将所述同一供电系统中除所述至少两个能量输入组件外的其它能量输入组件的功率调整为与所述跟踪到的最大功率点一致。
8.一种供电系统，其特征在于，包括多个能量输入组件、为至少两个能量输入组件设置的最大功率点跟踪模块，以及变换器模块； 所述最大功率点跟踪模块，用于对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果，通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件，重复前述步骤，直至跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点； 变换器模块，用于将所述能量输入组件在所述最大功率点时的输入能量转换为电能。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于， 所述变换器模块，还用于将所述供电系统中除所述至少两个能量输入组件外的其它能量输入组件的输入条件调整为与所述跟踪到的最大功率点的输入条件一致。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 组件划分模块，用于对所述多个能量输入组件进行分组，并为分组后得到的每一组能量输入组件配置一个变换器模块，将其中至少一个变换器模块定义为主变换器模块，其它变换器模块作为从变换器模块与所述主变换器模块进行通信。
全文摘要
本发明实施例公开了一种最大功率点跟踪方法、装置及供电系统，该方法包括对同一供电系统中的至少两个能量输入组件在不同输入条件上进行测量，得到至少两个功率值结果；通过比较所述至少两个功率值结果确定下一时刻所述至少两个能量输入组件的输入条件；重复前述步骤，直至跟踪到所述至少两个能量输入组件的最大功率点。本发明实施例中，不同能量输入组件之间可以并行进行最大功率点跟踪，因此可以减少输入条件的调整次数，减少对每个能量输入组件在不同输入条件上的测量次数，因此可以提高供电系统在跟踪最大功率点时的整体响应速度，减少调整时间，快速实现供电系统的最大功率输出，提高系统发电量。
文档编号H02N6/00GK102629841SQ20121012421
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者石勇, 郭新, 陶渊 申请人:华为技术有限公司