一種串聯(lián)光伏組件多峰i-v曲線仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，包括以下步驟：a.獲取光伏組串中各光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)條件下的參數(shù)信息；b.計(jì)算獲取光伏組件在實(shí)際環(huán)境中的參數(shù)；c.將各光伏組件的實(shí)際短路電流按照大小進(jìn)行排列；d.對(duì)各組件的實(shí)際開路電壓求和得到光伏組串的開路電壓；e.依次對(duì)各光伏組件進(jìn)行仿真，得到每個(gè)組件在光伏組串中的I-V特性曲線以及仿真長度，進(jìn)而計(jì)算得到光伏組串的仿真總長度；f.采用仿真步長統(tǒng)一法對(duì)各光伏組件的實(shí)際短路電流進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)全；g.選取各電壓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大電流值作為該點(diǎn)的光伏組串輸出電流，即可得到光伏組串受陰影遮擋時(shí)多峰I-V特性曲線。不采用迭代方法，仿真計(jì)算量??；仿真步長統(tǒng)一法簡化了電流大小判斷。
【專利說明】一種串聯(lián)光伏組件多峰卜V曲線仿真方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏組件建模仿真領(lǐng)域，具體涉及一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿 真方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近些年來，以風(fēng)能、太陽能為代表的新能源在全球得到迅猛發(fā)展。截止2011年底， 全球太陽能發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到6740萬千瓦，其中，光伏組件產(chǎn)量增速驚人，2010年太 陽電池組件出貨量達(dá)20GW，2011年光伏組件出貨量達(dá)27. 7GW，預(yù)計(jì)至2020年，光伏組件年 產(chǎn)量將達(dá)40GW。在此情況下，光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率也正受到廣泛重視，而影響光伏系統(tǒng)發(fā)電 效率的重要因素就是光伏逆變器對(duì)光伏陣列P-V曲線最大功率點(diǎn)的跟蹤精度。
[0003] 根據(jù)光伏組件特性，其理想P-V曲線為一條單峰拋物線，光伏逆變器僅需要跟蹤 其單峰頂端即可，但這是在假設(shè)光伏組件特性完全相同的前提下；受制作過程中的誤差和 老化問題影響，還有在實(shí)際運(yùn)行中行云、樹木、建筑物以及鳥類排泄物的影響，光伏陣列會(huì) 受到局部遮擋，在這種情況下，光伏組件所接收的太陽輻照度存在較大差異性，光伏組串輸 出特性也會(huì)發(fā)生改變，整個(gè)光伏組串的I-V特性曲線上必然會(huì)出現(xiàn)多個(gè)膝點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的P-V特 性曲線上會(huì)出現(xiàn)多個(gè)峰值點(diǎn)，造成光伏逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤失效。
[0004] 馮麗娜在其碩士論文《局部陰影下光伏陣列的建模與動(dòng)態(tài)組態(tài)優(yōu)化》中公開了一 種利用太陽能電池工程用模型，根據(jù)不同輻照度的I-V曲線特性分電壓段模擬出陰影遮擋 下的光伏陣列多峰曲線，在陰影組件固定情況下，通過不同光伏陣列的分布，進(jìn)而求得相同 陰影條件下光伏陣列的最優(yōu)分布和最差分布。
[0005] 2009年，肖景良、徐政在《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》上發(fā)表題為《局部陰影條件下光伏 陣列的優(yōu)化設(shè)計(jì)》論文，針對(duì)大功率集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)，比較了陰影分布及陣列結(jié)構(gòu)對(duì) 光伏陣列輸出特性影響，并提出了局部陰影條件下光伏陣列最大功率點(diǎn)的簡化算法，通過 單串陣列以及多串并聯(lián)陣列的局部陰影分析以及局部陰影分布分析，得出當(dāng)陰影均勻分布 時(shí)，（陰影遮擋組件-1)為列的整數(shù)倍，最大輸出功率下降；當(dāng)陰影集中分布時(shí)，（陰影遮擋組 件-1)為行的整數(shù)倍，最大輸出功率下降。
[0006] 戚軍、張曉峰等人以組件為基本單元，兼顧旁路二極管和防逆二極管的影響，建立 光伏陣列的高維數(shù)學(xué)模型，根據(jù)不同陰影遮擋模式，文中將均勻陰影分為三種方式，不均勻 陰影也分為三種方式，在不同陰影遮擋方式下，光伏陣列I-V曲線也會(huì)呈現(xiàn)出不同的結(jié)果， 組串完全遮擋對(duì)光伏陣列I-V曲線影響較小，而相同遮擋塊數(shù)下離散陰影對(duì)光伏陣列I-V 曲線影響較大；另外，相同情況下，不均勻陰影遮擋相較于均勻陰影遮擋，將出現(xiàn)更多的 I-V曲線峰。
[0007] 2010年，卞海、徐青山在《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上發(fā)表文章《考慮隨機(jī)陰影影響的光伏 陣列失配運(yùn)行特性》建立光伏組件物理模型，分析在三種陰影遮擋模式下8 X 10和10 X 8排 布的光伏陣列最大輸出功率；結(jié)果表明在相同組件陰影遮擋數(shù)目下，優(yōu)先采用并聯(lián)組件可 不受太陽能組串最大可供電流的約束，同時(shí)減小開路電壓，從而提升最大功率；同時(shí)，文獻(xiàn) 還分析了當(dāng)局部輻照強(qiáng)度下降時(shí)光伏陣列最大輸出功率不變的"門檻效應(yīng)"。
[0008] 2008年，陳如亮、崔巖在《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》上發(fā)表文章《光照不均勻情況下光伏組 件仿真模型的研究》通過電壓步長的離散化，得到光伏組件的電壓-電流對(duì)應(yīng)矩陣，采用 迭代法對(duì)光伏對(duì)縫光伏組件I-V特性進(jìn)行仿真，得到多峰I-V曲線；同時(shí)，文章利用二步 最大功率足艮蹤算法（A study on a two stage maximum power point tracking control of a photovoltaic system under partially shaded insolation conditions)進(jìn)行多峰光伏組 件的MPP跟蹤仿真。
[0009] 除此之外，針對(duì)光伏陣列的建模研究，主要有如下3種方法： 1) 通過仿真軟件，如MATLAB，Pspice等搭建電路，建立光伏陣列的模型； 2) 建立光伏陣列的數(shù)學(xué)方程，在軟件環(huán)境中進(jìn)行算法編程，建立光伏陣列的模型； 3) 通過智能算法，只討論光伏陣列的輸出與輸入變量之間的關(guān)系，建立光伏陣列的模 型。
[0010] 綜上，目前主要通過電壓值離散化對(duì)光伏組件多峰I-V曲線進(jìn)行建模，其模型建 立較為復(fù)雜，其中還涉及迭代方法、超越方程等較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)方法，給模型求解與仿真帶 來一定困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，可以 解決現(xiàn)有技術(shù)主要通過電壓值離散化對(duì)光伏組件多峰I-V曲線進(jìn)行建模，其模型建立較為 復(fù)雜，導(dǎo)致給模型求解與仿真帶來一定困難的問題。
[0012] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，包括以下步驟： a. 獲取光伏組串中各光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)條件下的參數(shù)信息，包括開路電壓V。。、短路電流 Is。、最大功率點(diǎn)電壓Vm、最大功率點(diǎn)電流Im、最大功率Pmpp、填充因子FF、電壓溫度系數(shù)β ; b. 根據(jù)輻照度、溫度與組件參數(shù)之間的關(guān)系計(jì)算獲取光伏組件在實(shí)際環(huán)境中的參數(shù)， 包括實(shí)際短路電流Isc/、實(shí)際開路電壓V、實(shí)際最大功率點(diǎn)電流1/、實(shí)際最大功率點(diǎn) 電壓V/ ;

【權(quán)利要求】
1. 一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，其特征在于包括以下步驟： a. 獲取光伏組串中各光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)條件下的參數(shù)信息，包括開路電壓V。。、短路電流 Is。、最大功率點(diǎn)電壓Vm、最大功率點(diǎn)電流Im、最大功率Pmpp、填充因子FF、電壓溫度系數(shù)β ; b. 根據(jù)輻照度、溫度與組件參數(shù)之間的關(guān)系計(jì)算獲取光伏組件在實(shí)際環(huán)境中的參數(shù)， 包括實(shí)際短路電流Isc/、實(shí)際開路電壓V、實(shí)際最大功率點(diǎn)電流1/、實(shí)際最大功率點(diǎn) 電壓V/ ;
f. 采用仿真步長統(tǒng)一法對(duì)各光伏組件的實(shí)際短路電流Is?！惯M(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)全，在各光伏組 件對(duì)應(yīng)的I-V特性曲線之后加補(bǔ)（S i+1+···+Sn)個(gè)0值； g. 在光伏組串開路電壓由0至V。。all變化過程中，選取各電壓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大電流值作 為該點(diǎn)的光伏組串輸出電流，即可得到光伏組串受陰影遮擋時(shí)多峰I-V特性曲線。
2.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)光伏組件多峰Ι-ν曲線仿真方法，其特征在于：步驟 a所述的標(biāo)準(zhǔn)條件是輻照度為1000 W/ m2,組件溫度25°C。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，其特征在于：步驟 b所述組件電壓溫度系數(shù)為-0. 5/°C。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，其特征在于：將步 驟g所述電壓點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的光伏組串輸出電流相乘，即可得到光伏組串受陰影遮擋時(shí)多峰 P-V特性曲線。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104063264SQ201410303861
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】陳健, 盧旻, 吳紹武, 謝劍鋒, 王東陽 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司淮安供電公司, 江蘇省電力公司