局部阴影遮挡影响光伏系统性能实验研究

研究了局部阴影遮挡对光伏组件和光伏发电系统输出性能的影响,对光伏组件在不同比例局部阴影遮挡,以及光伏系统在10%的阴影遮挡下的输出特性进行了实验研究。结果表明:光伏系统中的任意一块光伏组件的遮挡都会使整个系统的输出功率衰减;当光伏组件有超过10%部分被遮挡时,光伏系统的输出功率损失达85%以上,输出功率损失随着遮挡面积增大而增大;集中遮挡造成的功率损失大于分散遮挡,遮挡越分散对光伏系统造成的功率衰减越小。     

基于改进蜉蝣算法的光伏阵列最优重构方法

部分遮蔽是导致光伏阵列输出功率损耗以及组件失配的主要原因之一。文中针对网状连接拓扑的光伏阵列提出了一种基于改进蜉蝣算法（IMA)的重构方法,通过改变光伏阵列内部的电气连接均匀分布光伏阵列上的阴影,以此来均衡光伏阵列的行电流。在10×10和10×7光伏阵列的10种阴影情况下,将IMA与数独重构方法及其他6个启发式算法分别通过失配损耗和功率提升百分比2个评估标准进行了比较,并给出了由IMA重构后的光伏阵列辐照分布图。结果表明,IMA可有效提高光伏阵列输出功率,降低失配损耗,输出PV曲线均趋向呈现单个峰值,并且重构结果均优于其他方法。此外,基于RTLAB平台上的硬件在环实验验证了硬件可行性。     

局部光照条件下光伏阵列优化设计

由于光伏发电系统所处环境的复杂化,无法保证光伏阵列不被遮挡而产生局部光照。局部光照导致光伏阵列输出功率下降、组串功率特性复杂化及常规最大功率追踪效果不佳。提出了优化光伏阵列结构的方法,使各组串输出功率最大,提高阵列输出功率。分析了优化光伏阵列结构的方法和模糊自适应控制方法,仿真结果表明:优化光伏阵列结构,使光伏阵列各组串输出功率最大,提高了光伏阵列的输出功率。该方法为光伏发电系统工程设计提供了借鉴。     

基于遮荫度模型的光伏阵列自适应重构系统

在各种光伏发电系统中,普遍存在局部遮荫或光照不均等现象.遮荫造成的阵列失配现象以及热斑效应不仅影响太阳能发电系统的功率输出,还会造成安全和可靠性问题.提出一种新的基于遮荫度模型的自适应重构方法来减少遮荫对太阳能阵列的影响.利用遮荫度模型的控制算法,在确定遮荫度的前提下,用开关矩阵改变补偿电池组与固定光伏阵列的连接,以提高太阳能阵列在局部遮荫时的输出功率.     

阴影遮挡对光伏阵列影响的解决方法

光伏阵列易受阴影遮挡的影响,使输出功率减小,为提高光伏发电系统的输出功率,需解决阴影遮挡对光伏阵列影响的问题。对现有解决方法进行分类,在分析各种方法的工作原理基础上,总结它们的特点和应用场合,为提高光伏阵列输出功率的研究和应用提供参考。     

基于分离式MPPT技术的BAPV并网电站优化设计与实验研究

针对集中式MPPT光伏发电系统的不足,本文提出了分离式MPPT光伏发电技术,并将其应用于实际的BAPV系统设计中.详细阐述了分离式MPPT技术提高发电量的原理,给出了电池板的电气接线图.用Matlab软件建立了光伏电池组件和光伏阵列的Bishop仿真模型,得到了不同遮挡情况下阵列输出的U-P和U-I特性曲线,并比较了在不同遮挡情况下分离式MPPT与集中式MPPT系统的输出功率.选取两个建筑光伏阵列进行了对比实验,得到了阴影遮挡时间内的发电功率曲线和全天的发电功率曲线.实验结果表明:分离式 MPPT光伏发电系统的日发电量比集中式MPPT光伏发电系统提高了8.45％,经过连续4个月的发电量统计得到分离式单元将发电量提高了6.48％.     

配电网中的分布式光伏系统发电性能仿真

针对基于配电网的分布式光伏发电系统发电性能开展仿真研究。分析了分布式光伏发电系统拓扑结构,根据光伏系统关键部件运行机理,建立了光伏组件、光伏逆变器运行模型,根据光伏组件I-V特性,建立光伏组件阴影遮挡模型。结合现场实际测试,确定光伏系统各环节运行模型参数,通过分布式光伏系统各环节结构以及光伏部件,对分布式光伏系统发电性能进行评估。     

高原高寒地区局部阴影下光伏阵列输出功率提升实验研究

高原高寒地区太阳能资源充足,利用光伏发电技术有利于改善当地电源结构。光伏电站出力不足是业内普遍存在的技术难题,光伏组件老化、表面温度高、局部阴影等都会降低光伏电站出力。以4×2光伏阵列为例,通过Matlab/Simulink建模仿真,对不同结构的光伏阵列在局部阴影下的输出特性进行对比,分析表明重构网状（RTCT）结构优于其他3种结构,且最大输出功率平均提升7.7%,为光伏阵列输出功率提升奠定实验基础。基于拉萨搭建的光伏阵列输出功率提升实验平台,采用改变光伏阵列拓扑结构和增加直流优化器2种方法,研发光伏阵列输出功率提升技术。结果表明,采用以上2种方法均能有效提升光伏阵列输出功率,可为光伏电站优化设计和运行提供解决方案。     

一种优化的光伏全局最大功率点追踪方法

当前的光伏最大功率点追踪技术存在以下不足：在局部阴影工况下,易陷入局部功率峰值;在负载波动时,系统容易出现振荡甚至失稳。针对上述问题,提出一种自适应的光伏全局最大功率点追踪设计方案。该方案将光伏输出端电压-功率扫描电路与Zeta斩波电路有机结合,通过单开关管的简单电路拓扑,既可实现光伏输出端电压?功率特性快速扫描,定位全局最大功率点位置,又能根据后级电路需要,实现升降压斩波直流调节。在光照等输入或负载发生突变后,所述系统均能进行开关管占空比自适应调整,确保稳定工作在全局最大功率点附近,避免出现大幅振荡与失稳。经过PSCAD-EMTCD仿真与样机实验验证,结果表明该方案能在包括局部阴影等各种复杂工况下自适应地快速追踪与锁定当前光伏全局最大功率点。     

局部阴影条件下太阳能电池-超级电容器件的充放电控制方法

局部阴影条件下,传统光伏阵列中被遮挡光伏组件和未遮挡光伏组件的功率输出特性不一致,导致光伏阵列的功率输出曲线存在多峰值。为此,利用太阳能电池-超级电容器件(Solar cell-supercapacitor device, SCSD)的发电-储能双重功能,构建了以SCSD为基本单元的光伏阵列,并对正常光照和局部阴影下SCSD的数学模型及工作特性进行了分析。在此基础上,提出了一种基于开关网络的充放电控制方法。局部阴影下利用开关网络变换不仅能对SCSD进行独立控制,实现SCSD内部的超级电容对本身光伏功率缺额进行补偿,而且能控制多个SCSD的超级电容相互配合,共同补偿光伏功率缺额。最后基于Matlab仿真,验证了该方法不仅能有效避免储能电池组不均衡问题,而且能在局部阴影下使光伏阵列输出功率曲线恢复单峰值,最大限度地降低局部阴影下的光伏功率波动。     

一种多输入变换器在光伏DMPPT中的应用

为了解决光伏系统中由于在实际环境中光照不均、阴影遮挡、光伏板老化程度差异等因素导致的失配问题,采用分布式最大功率跟踪DMPPT(distributed maximum power point tracking)结构是有效方法之一。针对光伏DMPPT结构提出了一种基于差额功率结构的多输入变换器拓扑及分时控制策略。该拓扑及控制策略不仅只用1个MPPT控制单元就可完全消除光伏板间的失配问题、使各个光伏板输出其理想最大功率,而且变换器拓扑采用差额功率结构,该结构具有降低变换器的功率等级要求和提高系统的电压增益等优点。对该拓扑及控制策略进行了详细分析,并在Matlab/Simulink中仿真验证。仿真结果表明,即使在光照不均及光照突变的情况下,每个光伏板仍都可以工作在各自理想最大功率点上。     

不规则阴影影响下光伏阵列最大功率点跟踪方法

在不规则阴影影响下,光伏阵列输出特性曲线存在多个局部最大功率点,传统最大功率点跟踪算法在此情况下难以找到全局的最大功率点,从而陷入局部最优值。为解决该问题,根据滑模变结构控制在非线性系统控制中具有响应速度快、鲁棒性强等优点和扰动观察法具有算法简洁、跟踪效率高的特点,提出了将滑模变结构控制和扰动观察法相结合的算法,将其应用到不规则阴影影响下光伏阵列的最大功率跟踪控制中,用于解决局部遮阴下多峰寻优的问题。为了验证该算法的有效性,建立了不规则阴影影响下光伏阵列的实验电路。通过与传统扰动观察法的比较,实验结果表明:在光伏阵列被部分遮蔽的情况下,该算法可以快速跟踪到全局最大功率点,使系统稳定地工作在最大功率点附近,减小输出功率的波动,从而有效地利用太阳能。     

Study on maximum power point tracking of photovoltaic array in irregular shadow

Traditional maximum power point tracking (MPPT) methods can hardly find global maximum power point (MPP) because output characteristics curve of photovoltaic (PV) array may have multi local maximum power points in irregular shadow, and thus easily fall into the local maximum power point. To address this drawback, Considering that sliding mode variable structure (SMVS) control strategy have such advantages as simple structure, fast response and strong robustness, and P&O method have the advantages of simple principle and convenient implementation, so a new algorithm combining SMVS control method and P&O method is proposed, besides, PI controller is applied to reduce system chattering caused by switching sliding surface. It is applied to MPPT control of PV array in irregular shadow to solve the problem of multi-peak optimization in partial shadow. In order to verity the rationality of the proposed algorithm, the experimental circuit is built, which achieves MPPT control by means of the proposed algorithm and P&O method. The experimental results show that compared with the traditional P&O algorithm, the proposed algorithm can fast track the global MPP, tracking speed increases by 60% and the relative error decreased by 20%. Moreover, the system becomes more stable near the MPP, the fluctuations of output power is greatly reduced, and thus make full use of solar energy.     

一种基于最小均衡差的光伏阵列重构方案

对于光伏阵列而言,局部阴影是其最常见的导致输出功率损失的原因,由局部阴影导致的功率损失不仅与阴影面积相关,更多地取决于阴影的分布位置以及光伏阵列中各光伏板之间的连接方式.为了提升阴影条件下光伏阵列的输出功率,提出了一种基于网式连接(TCT)结构的光伏阵列重构方法,重点研究了如何根据不同的阴影条件,合理重构光伏板之间的连接关系.所提方法将光伏阵列分为固定结构和自由结构两部分,局部阴影条件下遵循均衡差原则,根据不同的阴影模式调整自由结构部分光伏板的连接方式,确定最佳的连接关系.仿真结果表明,在多种阴影条件下,相较于重构前,重构后光伏阵列的输出功率明显提高,且P-U特性曲线更趋向于呈现单峰值特性,更有利于最大功率点跟踪控制的实现.     

基于秃鹰搜索算法的部分遮蔽条件下光伏阵列重构方法

部分遮蔽(partial shading,PS)是影响光伏发电效率最主要的因素之一,它通常会引起失配损耗并降低光伏阵列的输出功率.为了解决这个问题,光伏重构技术被广泛应用于光伏发电系统.文章提出了一种基于秃鹰搜索算法(bald eagle search,BES)的光伏阵列重构方法,它可以有效地减少功率损失,提高发电效率...     

A power compensation and control system for a partially shaded PV array

The power–voltage and current–voltage characteristics of a PV array change with the variation of insolation and temperature. In particular, the output power of a PV‐panel block consisting of series‐PV modules inevitably goes down due to partial shading caused by peripheral obstacles. This results in a significant reduction of the total output power from the PV power generation system where a couple of PV blocks are parallel to the DC terminal of interactive inverter because of mismatch of the optimum operating voltages between the PV blocks. In this paper, we propose a power conversion system to compensate the output power of a partially shaded PV array. The proposed system can control the output power of the PV array on a PV block basis, which contributes to a more efficient and simpler implementation of the PV power compensation system than that by individual controls of PV modules using DC–DC converters. In addition, inverter DC voltage is appropriately controlled so that the maximum output power from the overall PV array can be obtained. Then, the feasibility of the system is investigated and verified from the simulation and experimental results. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 146(3): 74–82, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10203     

局部阴影条件下的光伏阵列插空列循环静态重构方法

对于光伏发电系统,局部阴影会导致光伏组件失配和热斑效应形成,采用重构方法可以降低局部阴影影响,减小损耗,提高输出功率.针对网状(TCT)结构光伏阵列,提出一种插空列循环(ICL)静态重构方法.在典型局部阴影类型和奇偶阵列类型情况下,给出了传统TCT结构和3种静态重构方法优化后的阴影分布图,计算了对应的阵列行电流.在MATLAB/Simulink软件中搭建了TCT结构光伏阵列模型,对所提方法和现有静态重构方法进行仿真和对比分析.结果表明,采用所提方法可使受遮蔽光伏组件在整个阵列中的分布更加均衡,有效提高光伏阵列平均输出功率,明显减少输出特性曲线上的峰值个数.所提方法还具有原理简单、易于实现、成本较低等优势,可为光伏电厂建设时阵列结构和重构方法的选择提供参考.     

基于决策树的光伏组件故障诊断方法研究

分析了光伏组件在局部阴影或异常老化状态下的输出特性,提出了一种基于决策树算法的光伏组件在线诊断局部阴影或异常老化的判断方法。同时分析了在这两种状态下填充因子FF、斜率因子K和输出电流比Im/Isc的变化规律,结合光伏组件的四个输出参数(最大功率点电压Um和电流Im、开路电压Uoc和短路电流Is)一起作为属性集合,用于提供给决策树生成算法自由选择合适的属性生成故障诊断决策树。实际应用中,只要获得需要的属性数据即可通过生成的决策树诊断出光伏组件的工作状态。实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

局部阴影最大功率点MPPT算法研究

光伏阵列作为太阳能光伏发电系统的基本发电单元,容易受到阴影的影响.在局部阴影条件下,光伏阵列的输出特性发生改变,相应的功率电压曲线含有多个局域峰值,使常规的最大功率点跟踪算法很难准确地跟踪到真正的最大功率点.在光伏电池通用数学模型的基础上,结合串并联理论,对局部阴影条件下光伏阵列的输出特性进行了数学建模分析,结果表明,带检测环节的MPPT算法有更好的适应性和稳定性.     

基于Non-MPPT算法的区域光伏消纳控制策略

基于两级式光伏发电系统环境自适应算法以及光伏阵列分布式结构,提出一种适用于区域光伏消纳控制的Non-MPPT（maximum power point tracking）算法,力主解决光伏发电系统出力过剩问题。该算法基于光伏模块分布式前级优化器,实现不同环境下光伏模块分散控制,并通过光伏模块输出电压、电流随机变量,导出光伏电池环境修正参数,进而实时修正区域光伏模块最大功率电压,使其最大功率电压实时跟随外部环境变化,并结合电导增量法,实现不同环境下光伏阵列全局最大功率跟踪。而后,若区域性电网光伏发电系统出力过剩,则将区域光伏按其实际出力情况进行分区管理,以区域电网对其出力分配额度为控制目标,推导出光伏阵列对应输出电压,并将其引入至光伏发电系统前级Boost电路,通过修正Boost电路占空比,使光伏发电系统输出功率快速跟随主网需求指令,解决了区域内光伏过剩出力的消纳问题。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件搭建两级式三相光伏并网系统,验证该算法在电力系统应用中的有效性。