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关于光伏逆变器动态MPPT效率测试方法的思考

作者:高压电源网 日期:2016-04-28 10:33 出处:跌迁高压电源网 人气: 
       在实际生活中,因为阳光照射角度、云层、暗影等多种身分影响,光伏阵列接收到的阳光辐照度和响应温度在不合的前提下会有很大年夜的差别,比如在凌晨和正午,在晴朗和多云的气象下,特别是云层遮蔽的影响,可能会造成短时光内辐照度的激烈变更。是以对于光伏逆变器而言,其必须具备应对阳光辐照度持续变更的策略,始终保持、或者是在尽可能短的时光内恢复到一个较高的MPPT精度程度,以及较高的转化效力,才能在实际生活中实现优胜的发电效不雅。

      今朝光伏逆变器行业中各大年夜厂商对于静态MPPT追踪算法的处理根本都展示出了很高的水准,可以精确地保持在异常接近100%的程度,为后端直流转交换的过程供给了优胜的基本。这一点也表如今各个型号的逆变器的总体效力参数上,标称值一般都很高。而在逆变器实际的工作情况中,日照、温度等外部前提是处于及时动态变更的过程中,逆变器在如许的前提下工作,其动态效能也就成为了衡量其实际机能的弗成忽视的重要指标。 copyright hvpsc.com

       在实验室的测试情况下,光伏模仿器作为可以直接模仿各类类型、各类设备的光伏阵列的高效模仿器,已经被广泛地应用于逆变器的测试。但此前的测试更多地集中于模仿各类静态前提下(即在测试过程中保持给定的IV曲线不变更),或者是有限的低强度变更(如测试过程中会在给定的两条或数条IV曲线之间切换),较少涉及长时光、高强度的┞锋实工作状况的模仿。笔者存眷应用光伏模仿器来模仿光伏阵列随时光而产活泼态变更的输出,商量此动态MPPT测试功能的实用性和个中须要留意的要点。

内容来自hvpsc.com

       因为动态气象的组合方法几乎无穷无尽,是以重要的问题是光伏模仿器供给了哪些典范类型的气象文档,以及是否有足够的灵活度来供客户自行生成新的气象文档,是否供给足够高的时光分辨率来支撑快速的辐照度变更。我们以光伏模仿与测试业内的有名品牌阿美特克ELGAR的光伏模仿器产品为例,其供给了好天、多云、阴天等状况的典范气象情况实例(如下图1),别的支撑直接在软件内制订或者经由过程外部数据处理软件(如EXCEL)生成自定义气象文档,时光分辨率为1秒。对于气象文档的时光长度则没有限制,可以支撑长时光的测试,如一周甚至更长时光。 copyright hvpsc.com

      
      图1 好天和阴天的辐照度及温度变更情况,横轴为时光,黄线为辐照度,紫线为温度 hvpsc.com

        ? 三角变更(辐照度30秒大年夜100W/m2线性升至800W/m2然后雷同速度降低回100W/m2,反复60次) 内容来自高压电源网

      1. Sandia National Laboratory定义了辐照度和温度变更的几种不合模式。 内容来自高压电源网

        ? 快速变更(辐照度3秒钟大年夜100W/m2线性升至800W/m2及反向降低) copyright hvpsc.com

        ? 慢速变更(辐照度半小时大年夜0W/m2线性升至1000W/m2然后雷同速度降低回0,同期温度大年夜5度到60度再回到5度) 内容来自高压电源网

        ? 温度变更(10秒大年夜35度线性升温至75度然后雷同速度降低回35度,反复15次)

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      2. IEC/EN50530在附录B中定义了不合的测试模式。

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      业内部分组织也定义了一些“标准”的测试形态,以便对不合的逆变器按照雷同标准来做比对。例如:

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        ? 低辐照度到中辐照度的不合速度来去变更(大年夜100W/m2到500W/m2的变更,11种不合速度,最慢800秒,最快8秒) copyright hvpsc.com

        ? 中辐照度到高辐照度的不合速度来去变更(大年夜300W/m2到1000W/m2的变更,6种不合速度,最慢70秒,最快7秒) 内容来自hvpsc.com

      3. 鉴衡CGC/GF004对于动态效力的测试模式定义与EN50530雷同。

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      应当嗣魅这些标准供给了很好的参考前提,便于各逆变器厂商进行针对性的改良动态MPPT机能的研究。这些标准更多的是存眷辐照度的变更而非温度的变更,这是因为光伏组件的输出功率受辐照度影响特别激烈,而温度的影响则相对较小。须要留意的是,这些标准对于辐照度变更的时光分辨率并没有给出强迫性的请求,然则其本质上会请求在以秒为基本单位的同时进行进一步的线性内插,以知足该种测试形态。

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      以EN50530为例,其对于辐照度变更速度的最快的请求是100W/m2/s,以7秒钟实现大年夜300W/m2到1000W/m2的变更。如不雅我们只是采取1秒钟变更一次辐照度的办法,则将获得如下的以1秒为步进的阶梯状辐照度变更图档(图2),而非标准所请求的线性变更状辐照度图档(图3)。

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      经由过程简单的数学计算,以一个在标准测试状况下(STC,1000W/m2,25摄氏度)标称为1KW的逆变器为例,来评估这种阶梯状变更方法的影响能有多大年夜。按照EN50530附录C中定义的光伏阵列I/V曲线拟合公式,响应的晶硅模型和薄膜模型在对应辐照度下的理论最大年夜功率点列表如下。

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       也就是说每次100W/m2的辐照度变更会导致光伏模仿器的输出IV曲线的最大年夜功率点(以下简称Pmp)有一个大年夜约10%标称功率的跳变。别的经由过程简单的数学计算便可得出此种阶梯状变更方法与幻想情况间会造成的实际给逆变器供给功率的差别,在这辐照度线性增大年夜的7秒内对于晶硅模型是少了707W,对于薄膜模型是少了700W,也就是大年夜约每秒少供给100W,约10%标称功率的供给不足。同应当辐照度线性削减的时刻就会是大年夜约每秒多供给100W,约10%标称功率的供给过量。这种高达10%的供给功率差别美满是因为光伏模仿器本身的算法导致的。对于高速逆变器来说,这种差别可能严重影响其机能表示,使其无法发挥出本身的┞锋实才能,无法与其他的相对低速的逆变器区分开来。

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      当IV曲线处于高速主动线性内插的状况(例如每7.8毫秒更新一次)时,很显然惯例的20ms测量窗口无法与之匹配,当20ms的测量采样时光完成并获得一个输出功率值瓯,此时的IV曲线已经更新了二至三次,我们拿这个测量值除以当前应用的IV曲线的Pmp值,获得的MPPT效力显然会存在掉真。于是当辐照度处于上升状况时,此时光伏模仿器申报的MPPT效力会偏低;当辐照度处于降低状况时,光伏模仿器申报的MPPT效力会偏高。如下图(图4)是一个辐照度以100W/m2的速度大年夜1000W/m2降低至300W/m2,同时光伏模仿器进行每秒128次内插的测试结不雅。我们可以清跋扈地看到,红色线代表的光伏模仿器申报的实际输出功率赶过蓝色线代表的线性降低的幻想IV曲线的Pmp,以至于计算获得的MPPT效力会出现跨越100%的情况。

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      图4 100W/m2/s的辐照度线性降低情况下,带高速线性内插功能的光伏模仿器申报的MPPT效力存在较大年夜的误差 内容来自高压电源网

      为懂得决此一问题,我们须要拔取恰当的IV曲线更新速度以及测量时光窗口。例如阿美特克ELGAR光伏模仿器许可用户设置禁用每秒128次的仪器主动内插更新IV曲线功能,而启用软件同一控制的每100毫秒更新一次IV曲线的办法,而同样由软件来操作在此时代的输出功率回读,如许就可以确保当前输出功率的测量与IV曲线更新的同步问题。如许IV曲线的更新速度为每秒10次,可以使得供给给逆变器的功率跳变、以及供给能量与幻想情况的差别均缩减为1%的量级,无疑是目前市情上机能表示最为优良的光伏模仿器。如下图5是采取该方法后的测试结不雅。我们可以看到代表实际输出功率测量结不雅的红色轨迹极好地匹配了代表幻想Pmp变更的蓝色轨迹。图6是更长时光上的测试结不雅图示,包含辐照度降低和上升的两种情况。解释当前这款逆变器可以异常优胜地适应这种1000W/ m2的辐照度变更速度,保持99%以上的MPPT效力。 内容来自高压电源网

      今朝各厂家根本上都是依附光伏模仿器本身供给的MPPT精度测量功能来直接计算逆变器的MPPT效力,计算办法是将当前时刻的输出电压乘以输出电流,获得当前的实际输出功率,然后除以当前IV曲线的Pmp。这个中当前的实际输出电压和电流值的获取是须要进行及时测量的,有一个测量时光窗口长度的问题,理论上是时光长度长一些比较好,例如20ms或以上,以便于滤除纹波干扰以获得高精度的读数;而另一个更重要、影响也更大年夜的问题是同步问题。

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      解决此问题的办法就是在每秒间进行线性内插,使得光伏模仿器给出的IV曲线尽可能地贴合幻想的线性变更。例如阿美特克ELGAR的光伏模仿器可以在每秒之间线性内插128次,也 就是每7.8毫秒就会主动变革一条新的IV曲线,如许一来就相当于曲线之间几乎是无缝切换。然则如许高速的变更会惹人另一个问题,即MPPT追踪精度的计算问题。

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     综上所述,当我们须要在实验室里进行动态的气象状况模仿时,须要可以或许构建或加载各类复杂气象状况以及国际规范定义的典范测试模式,构建的气象文档的时光分辨率达到秒级,而实际的IV曲线更新速度须要更快(如每秒10次)以知足腻滑变更及相符实际状况的请求,同时在高速的IV曲线更新时还务须要确保输出采样数据的同步性,只有如许,我们才能获得足够精确、可托赖的测试结不雅。 内容来自hvpsc.com


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