陰影條件下光伏系統(tǒng)的失配分析與優(yōu)化控制研究.pdf

1、開發(fā)利用太陽能等可再生能源是解決環(huán)境污染與能源供給問題、實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑。分布式光伏發(fā)電技術(shù)作為開發(fā)利用太陽能資源的有效方式，近年來獲得了快速的發(fā)展。但是分布式光伏系統(tǒng)極易受到局部遮擋、積塵覆蓋及電池老化等因素的影響，導(dǎo)致光伏陣列出現(xiàn)輸出特性不一致的失配問題。失配問題不僅會(huì)嚴(yán)重影響分布式光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率，同時(shí)失配問題引起的熱斑效應(yīng)現(xiàn)象還會(huì)降低光伏系統(tǒng)的可靠性和安全性。當(dāng)前分布式光伏系統(tǒng)的失配問題分析與優(yōu)化控制研究已經(jīng)成為光

2、伏發(fā)電技術(shù)的熱點(diǎn)研究方向之一。
　　圍繞分布式光伏系統(tǒng)的失配分析與優(yōu)化控制問題，目前已有部分文獻(xiàn)針對(duì)失配特性分析與陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)、全局最大功率點(diǎn)跟蹤方法、以及組件級(jí)分布式優(yōu)化控制方法等具體內(nèi)容展開了研究。但是從研究現(xiàn)狀來看，系統(tǒng)研究光伏系統(tǒng)失配分析與優(yōu)化控制的文獻(xiàn)還較為少見，各方向的研究都有待進(jìn)一步深入與完善。為此，本文以“陰影條件下光伏系統(tǒng)的失配分析與優(yōu)化控制研究”為題，對(duì)光伏系統(tǒng)的失配問題展開系統(tǒng)性研究。主要研究內(nèi)容和成果如下:

3、
　　(1)為了提高系統(tǒng)分析的準(zhǔn)確性，針對(duì)光伏電池物理模型參數(shù)Rs、A、I0難以顯式求解問題，論文基于對(duì)輸出特性參數(shù)與物理模型參數(shù)相關(guān)性的分析，建立了物理模型參數(shù)Rs、A、I0的顯式求解方法;針對(duì)現(xiàn)有工程模型建模誤差較大、同時(shí)在最大功率點(diǎn)處dP/dU≠0的問題，論文通過改進(jìn)工程模型建模參數(shù)的計(jì)算與選擇方法，給出了改進(jìn)的工程數(shù)學(xué)模型。此外，針對(duì)光伏陣列現(xiàn)有小信號(hào)模型未能反映電池內(nèi)阻壓控特性的問題，論文給出了一個(gè)改進(jìn)的光伏陣列小信號(hào)模

4、型。
　　(2)分析光伏陣列的失配特性是改進(jìn)系統(tǒng)控制方法的前提與基礎(chǔ)。為了分析多峰值現(xiàn)象，論文以光伏電池串（子組件）為基本單元建立了失配輸出特性的分段模型，基于仿真及測試結(jié)果，給出了最右側(cè)極值點(diǎn)是否是全局最大功率點(diǎn)的判斷規(guī)則;基于對(duì)失配條件下光伏組件功率損耗的分析，論文建立了以光伏電池溫升模型為基礎(chǔ)的熱斑效應(yīng)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。從提高失配條件下光伏組件的輸出功率出發(fā)，研究了旁路二極管的配置優(yōu)化方法，提出了一種層疊

5、式旁路二極管配置方式。
　　(3)為了提高多峰值情形下MPPT算法的跟蹤效率，論文在綜合分析現(xiàn)有全局MPPT方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用功率閉環(huán)控制在多峰值曲線上的條件穩(wěn)定特性，提出了一種基于電壓和功率雙閉環(huán)的多峰值全局MPPT方法。然后，通過仿真驗(yàn)證了該方法的有效性。該MPPT方法的主要改進(jìn)和創(chuàng)新在于將功率閉環(huán)控制引入到MPPT方法的全局快速掃描過程，形成了改進(jìn)的快速全局掃描策略。此外還包括基于穩(wěn)態(tài)功率和電壓累計(jì)變化量的動(dòng)態(tài)環(huán)境判斷

6、方法、基于功率閉環(huán)控制的動(dòng)態(tài)重啟策略、以及針對(duì)P&O方法動(dòng)態(tài)誤判和工作點(diǎn)擾動(dòng)問題提出的改進(jìn)措施。
　　(4)為了進(jìn)一步提高失配條件下光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率，論文對(duì)光伏系統(tǒng)的分布式優(yōu)化控制技術(shù)進(jìn)行了研究。論文首先對(duì)比分析了基于全功率變換的分布式MPPT技術(shù)和基于功率差值變換的功率均衡優(yōu)化技術(shù)。以等效變換功率為指標(biāo)，對(duì)比分析了三種不同功率差值變換拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)功率差值變換優(yōu)化控制的實(shí)現(xiàn)方法以及系統(tǒng)級(jí)聯(lián)工作穩(wěn)定性的分析問題，論文結(jié)合“削

7、峰填谷”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，給出了基于反并聯(lián)正激電路的均衡優(yōu)化器實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)基于“Middlebrook阻抗比判據(jù)”分析了系統(tǒng)級(jí)聯(lián)工作的穩(wěn)定性。最后，通過仿真方法驗(yàn)證并定量分析了失配條件下“削峰填谷”均衡優(yōu)化方法對(duì)光伏系統(tǒng)發(fā)電效率的提升作用。
　　(5)對(duì)失配問題的優(yōu)化控制方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。結(jié)合全局MPPT算法實(shí)現(xiàn)過程的特殊性，論文討論了系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)和主電路的優(yōu)化設(shè)計(jì);為了測試全局MPPT方法在不同失配情形下的可行性和有效性，論文在屋頂