并联型单开关管光伏组件优化器的研究与设计

在光伏发电系统中,因局部阴影遮挡造成的特性失配是引起输出功率降低的重要原因。传统方案大多针对组串及组件失配问题,将每个光伏组件的输出经过变换器独立的最大功率跟踪后再串联加以解决,改变了原有系统连接结构。针对小功率分布式光伏发电系统主要遭遇的组件内失配问题,研究了一种不改变原有光伏组件结构的优化方法,并采用单开关的拓扑实现。该方法在光伏组件遇到局部阴影等造成的组件内特性失配时,可以从光伏组件的输出抽取能量,对受遮挡部分进行补偿,使得各个光伏子串的工作状态可调,从而提高这种情况下的总输出功率。该方法属于部分功率变换,且电路拓扑仅采用单个开关管,控制算法简单,电路损耗和成本较低。仿真和样机实验结果表明,该方法能够显著提高局部阴影条件下光伏组件的输出功率。     

覆雪状态下光伏发电功率预测方法研究北大核心CSCD

光伏组件覆雪易造成发电损耗、组件变形、内部破坏等问题,是影响光伏电站冬季正常运行的重要因素之一。目前国内外对于光伏组件覆雪多采用人工清扫或任其自然消融,但人工清扫费时费力,而自然消融过程中造成的光伏发电损失难以评估。为此,文中首先对冰雪条件下光伏发电功率预测中的关键环节与参数进行了详细分析;随后对覆雪状态下光伏组件发电功率损失原理进行分析,进而搭建光伏组件覆雪实验平台,得出不同冰雪类型、厚度下的发电功率损失;最后建立基于蝗虫算法优化支持向量回归机的预测模型,并通过与4种不同模型预测对比,验证所提预测模型的有效性。该方法有助于对冰雪条件下光伏发电功率进行预测,可为光伏电站冬季运维提供参考。     

考虑旁路二极管故障的光伏组件数学建模及功率特性分析研究

在光伏组件中引入旁路二极管是目前解决组件中电流失配问题的主要手段，但是当旁路二极管故障时，不仅会导致光伏组件的功率损失，极端情况下还会引发火灾。考虑到目前针对旁路二极管故障尚缺乏有效的检测手段，本文根据光伏组件中旁路二极管的工作原理和热特性，建立了一种考虑旁路二极管的光伏组件数学模型，分析了旁路二极管故障时光伏组件的输出特性；最后，搭建了并网光伏系统模型，分析了旁路二极管损坏对光伏系统最大功率跟踪控制的影响，为光伏系统故障诊断提供了理论依据。     

基于分布式MPPT光伏系统效率研究

在光伏电池数学模型基础上,对采用分布式MPPT的光伏系统输出特性进行分析。在实际光伏电池组件上加装分布式MPPT测量正常情况下和有遮挡情况下的输出特性及效率,得出分布式MPPT具有宽输入/输出电压范围,系统中的单块组件功率输出受限不影响系统中其他组件输出,最大化能量采集和输出,使得光伏电池的利用项目更加可行。     

部分遮挡条件下光伏组件的建模与仿真研究

当光伏组件被部分遮挡时,输出的伏安特性曲线呈阶梯状,功率电压特性曲线会产生多个局部峰值点,在此情况下,现有的单体光伏电池数学模型和传统的单峰最大功率点跟踪算法都不再适用.研究和建立了适用于部分遮挡情况下串联光伏组件的数学模型,并通过Matlab软件对其进行仿真研究,分析了光伏组件在部分遮挡时Ⅰ-Ⅴ,P-Ⅴ特性曲线及输出...     

光伏组件潜在诱导衰减效应的研究

光伏组件的潜在诱导衰减会减少光伏发电系统对外输出的电能,严重情况下使光伏发电系统瘫痪,几乎不对外输出电能。在温度为85℃和85%湿度条件下,对单块光伏组件模拟光伏发电系统中出现的潜在诱导衰减效应,即组件的铝边框和输出端产生1 000 V的电势差。每隔6 h测试一次组件的电致发光(EL)图像和I-V电性能,实验持续时间为48 h。结果表明:该效应会使组件产生漏电,漏电程度随着实验持续的时间而变得严重。运用电容原理解释潜在诱导衰减产生的物理机制,并采用低介电常数的封装材料制作新的光伏组件,能使组件的功率衰减控制在2%以内,完全具有抗潜在诱导衰减的性能。     

阴影对串联光伏阵列输出特性的影响

基于传统的光伏电池等效模型,研究了影响光伏电池输出特性的主要因素。通过对受部分遮挡的串联光伏组件工作状态的分析,建立了适用于任意遮挡情况下的串联光伏阵列的数学及仿真模型,通过仿真曲线与实验数据的对比验证了所建模型的正确性。利用所建模型,仿真分析了串联光伏阵列在不同遮挡程度下的输出特性曲线,对比分析了不同遮挡状态下串联光伏阵列的最大输出功率的变化。     

光伏组件热斑电池片功率损耗的简化算法研究

热斑故障是光伏组件各类故障中最常见的一种。热斑电池发热越大,热斑故障越严重,对光伏系统的危害越大。针对常见晶硅光伏组件结构,剖析了光伏组件因热斑故障所引起的发热机理,结合单二极管等效电路模型提出一种简化的热斑电池片功率损耗计算方法;分析了光伏组件的不同工作状态,并结合组件的I-V曲线给出了各种工作状态下简化功率损耗算法中的关键参数确定方法。通过对光伏组件热斑电池片实验测试温度和热仿真温度对比,验证了所提简化功率损耗计算方法的准确性。     

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。     

光伏温室屋顶组件排布对太阳光利用率的影响

充分利用温室顶部的空间建立光伏发电设施的“农业+光伏”模式,是一种对太阳能进行大规模利用的新模式。光伏温室屋顶的光伏组件排布方式所造成的阴影遮挡会影响太阳能的利用率。本研究针对四种光伏组件的排布方式,采用人工天穹实验系统模拟了4个纬度地区下全年的太阳高度角全天的变化,探讨了在遮光率不变的情况下,光伏温室顶部光伏组件的不同排布方式带来的不同形状的阴影对温室内作物采光的影响。通过设置64组(4个纬度地区×4个季节×光伏组件4种排布方式)平行实验,对每一种光伏温室建筑模型进行全天太阳高度角的动态模拟,每一次模拟均从日出到日落每隔半小时测量一次数据,并做归一化处理。实验结果表明,当遮光率一定时,光伏组件按水平方向的间隔式排布的光伏温室对太阳光的利用率最低,而光伏组件按竖直方向间隔式排布、水平方向棋盘式排布和竖直方向棋盘式排布这3种方式布局的光伏温室对太阳光的利用率较高。     

光伏并网电站光伏组件安装倾角的选择设计

在太阳能光伏发电系统的设计工作中,光伏组件的安装倾角设计对光伏并网工程的实际发电量和占地面积都有较大影响,目前的一些工程设计往往按照能够提供最大发电量的原则来选择光伏组件的安装倾角。经过对阿拉善左旗5 MW光伏并网电站工程计算分析认为,若适当地减小安装倾角,虽然降低了发电量,但使得占地面积有效减少,从总体上获得了工程经济效益的最大化。为便于工程的实际应用,同时对上网电价变化进行敏感性分析,提出安装倾角减少量与电价变化的关系。     

一个实际小型光伏微网系统的设计与实现

详细介绍了一个与建筑结合的小型光伏微网系统的实现方法,结合具体应用地点的气象数据、具体建筑的空间及用电负荷情况,通过对比不同倾角情况下的发电量差异,确定了以年发电量最大为目标的各部分光伏组件的安装容量及安装方式.以蓄电池双向逆变器为核心,确定了主从型光伏微网系统的设计方案并加以实现,并通过上层控制器可以设置系统工作在不...     

基于FCM与高斯隶属度的光伏组件健康状态诊断

随着光伏发电的大规模推广,光伏系统中的故障检测问题成为研究热点。在技术不断革新的同时,能够预测和提前预防光伏系统故障的发生,保证系统的可靠运行,变得尤其重要。文章基于光伏组件的工作情况、组件结构、老化现象以及对应的等效电路模型参数变化,对光伏组件的健康状态进行划分,总结了影响光伏组件亚健康状态的三大指标,分别是透光率、串联电阻以及并联电阻。文章提出了一种模糊算法对光伏组件健康状态进行健康、亚健康、部分阴影与故障状态进行诊断。首先,对归一化处理后的光伏组件样本数据集进行模糊C均值(fuzzy C-means,FCM)聚类得到聚类中心;然后,利用聚类中心与测试样本代入高斯隶属函数对健康状态进行诊断,并通过仿真与实验验证了该方法的可行性,为光伏系统故障预警、老化检测提供参考。     

光伏组件表面积灰对发电性能的影响

灰尘颗粒沉积到光伏组件表面后,会使组件前盖玻璃的透光率降低,导致组件的输出功率降低。介绍了用MATLAB/SIMULINK模拟灰尘沉积对光伏组件输出性能的影响,从不同灰尘沉积情况下光伏组件的输出特性曲线可以看出,灰尘沉积的增多,其最大功率点功率下降明显。在理论研究的基础上,搭建实验平台进行实验研究,结果证明仿真结果是有效可信的。     

固定式光伏发电组件最佳倾角的聚类分析方法

在集中式大型光伏系统工程设计过程中,固定式光伏组件的倾角直接影响着整体光伏组件的IV输出特性,从而直接关系到光伏发电系统的收益。即固定式光伏组件的安装倾角不同,整个光伏系统所接收到的有效太阳辐射量不同,其发电量在一年范围内的差距较大,为此,为有效应对光伏组件安装倾角受限于经纬度、地域环境等多影响因素,追求大型集中式光伏发电系统的经济性,提出了一种考虑区域经纬信息的光伏发电组件最佳倾角聚类分析方法,并在华北地区某174MW大型光伏电站设计过程中应用,其计算结果与PVsyst软件所计算的结果对比分析,验证了所提算法的有效性。     

水面光伏电站环境载荷数值预报方法研究

环境载荷评估的准确性直接关系到水面光伏电站锚固系统设计的安全性和经济性。光伏漂浮方阵组件多、支架结构及排布方式各异、规模日趋庞大,现有相近规范均不能给出令人信服的环境载荷估算结果。本文提出了一套基于多尺度分析的数值计算方法,对风载荷、流载荷和波浪载荷进行了预报。在数值考察验证的基础上对方阵几何模型进行适当简化,将网格单元数控制在2.5亿以内,使大规模数值计算成为可能;从漂浮方阵中摘选不同行列数的子区域,通过彼此对比确认,分析各组件环境载荷随方阵行列的变化规律,完成整体方阵环境载荷的预报。研究结果表明：上游组件对下游组件存在着明显的遮蔽效应,迎风第5行会形成风载荷次峰;方阵内部载荷基本趋于稳定;风、流载荷沿列的分布规律存在明显差异。本研究解决了水面光伏电站多尺度、大规模、无法直接进行建模计算的问题,为水面光伏电站的锚泊设计提供了数据支持。     

基于BP神经网络的光伏组件在线故障诊断

为了提高光伏系统的发电效率,同时降低人工维护的成本,提出了一种基于 BP(back propagation)神经网络的光伏组件在线故障诊断策略;分析了光伏组件短路和异常老化故障的成因,并在 Matlab 中对光伏组件故障状态下的输出特性进行了仿真研究。根据仿真结果并结合光伏组件的数学模型,总结了光伏组件的故障规律,建立了BP神经网络故障诊断模型及模拟光伏组件各种故障的仿真模型。用该模型采集了适合神经网络训练的样本,并对神经网络诊断模型进行了训练。结合光伏功率优化器,进行了组件在线故障诊断的仿真和实验研究,结果验证了文中方法的正确性、有效性和环境适应性。     

基于BP神经网络的光伏组件在线故障诊断

为了提高光伏系统的发电效率,同时降低人工维护的成本,提出了一种基于BP(back propagation)神经网络的光伏组件在线故障诊断策略;分析了光伏组件短路和异常老化故障的成因,并在Matlab中对光伏组件故障状态下的输出特性进行了仿真研究。根据仿真结果并结合光伏组件的数学模型,总结了光伏组件的故障规律,建立了BP神经网络故障诊断模型及模拟光伏组件各种故障的仿真模型。用该模型采集了适合神经网络训练的样本,并对神经网络诊断模型进行了训练。结合光伏功率优化器,进行了组件在线故障诊断的仿真和实验研究,结果验证了文中方法的正确性、有效性和环境适应性。     

光伏组件表面积灰影响探究

以某研究院30kW光伏工程为背景,以提高光伏组件输出效率为目的,仿真研究了光伏表面积灰对光伏组件输出性能的影响,提出了该光伏组件的清洁周期与清洁方法。通过分析光伏效应,在Maflab／Simulink平台上建立光伏电池模型,并据此建立光伏组件表面积灰影响光伏电池输出特性的模型。设置积灰浓度从0逐步增加到4g／m^2,仿真结果显示随着积灰浓度的增加,光伏输出功率受到明显的限制,单体最大功率点下降幅度分别为7．51％、13．27％、18．16％、22．24％。该30kW光伏工程项目运行数据统计结果显示经清洁后光伏组件的输出效率有明显的提升,平均效率提高1．57％。考虑到光伏工程运行的组件安装形式、天气条件与安装地点等条件,确定该光伏工程的清洁周期,大大提高了能源利用率。     

广域分布式光伏发电监测与出力估计研究

为准确评估光伏出力对电力系统的运行影响,掌握分布式发电的实时数据,为调度中心提供电网的实时运行状态,需开展广域分布式光伏发电监测与出力估计研究。首先,提出光伏全局出力估计的分布式光伏国-省-地一体化信息建模方法,实现广域分布式光伏发电的有线与无线全景监测;其次,开展不同场景下分布式光伏出力特性研究,通过掌握组件类型、安装方式、地理位置、光资源分布、地形条件等场景对分布式光伏出力的影响,对分布式光伏进行聚合分析,并提出全局出力估计方法;最后,研发广域分布式光伏发电聚合分析和全局出力估计系统,并在省调示范应用。