[發明專利]光伏電池陣列完全可重構電氣系統的重構優化方法

有效

• 申請號: 201210560677.1
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103064459A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 戚軍;張曉峰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本發明涉及光伏電池技術領域，尤其是一種可重構電氣系統的重構優化方法。

背景技術

隨著傳統能源的枯竭和環保意識的覺醒，太陽能的開發利用日益受到重視，光伏發電是利用太陽能的主要方式。由于單個光伏電池的輸出電壓和電流都較小，無法直接滿足并網或大部分用電負載的用電要求，所以需要將多個光伏電池通過串并聯組成光伏組件。光伏發電站中需要用大量的光伏組件來組成光伏陣列，從而獲取所需的光伏輸出電壓和功率。為了防止熱斑現象出現損壞光伏電池，光伏陣列中還裝設有旁路二極管和防逆二極管。當光伏組件輸出特性一致且光照均勻時，光伏陣列的輸出功率-電壓(P-U)特性曲線呈現單峰現象，此時傳統的最大功率點跟蹤(MPPT)方法可以很容易跟蹤到最大功率點(MPP)。

當光伏陣列中存在光照條件不均勻、溫度差、組件特性不一致等影響光伏電池組件輸出特性的因素時，光伏陣列的輸出P-U特性曲線極有可能呈現多峰值現象，此時光伏陣列的最大輸出功率損失通常明顯大于因光照、溫度等外部環境因素引起的光伏組件功率損失之和。這是因為光伏陣列運行于MPP并不等同于其內部的每個光伏電池組件都運行于MPP，其中存在較大的失配功率損失。失配功率損失定義為：在光伏陣列順利跟蹤到并運行于光伏陣列MPP的前提下，由于部分光伏電池組件的運行點偏離其自身MPP而引入的功率損失。

改進MPPT方法對于減少失配功率損失顯然是無能為力，降低或消除失配功率損失必須從光伏陣列的電氣連接結構出發尋找解決辦法。目前不少電力電子領域的專家和工程師都在研究高效可靠低成本的微變換器，將光伏陣列的集中式功率變換與MPPT控制分解為每個光伏電池組件的功率變換與MPPT控制，這就消除了失配功率損失產生的基礎。雖然也有學者提出通過對光伏陣列的電氣連接結構進行重構來消除失配功率損失，無奈重構系統結構過于繁雜、重構優化算法計算復雜度過大，所以光伏陣列重構技術目前仍停留在理論研究階段。

發明內容

為了克服已有光伏電池陣列的由于光伏電池組件輸出特性不匹配而引入的失配功率損失、發電效率較低的不足，本發明提供一種有效減少由于光伏電池組件輸出特性不匹配而引入的失配功率損失、發電效率較高的光伏電池陣列完全可重構電氣系統的重構優化方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：?

一種光伏電池陣列完全可重構電氣系統的重構優化方法，所述電氣系統包括完全可重構光伏陣列，所述完全可重構光伏陣列由M組電氣模塊串聯而成，所述電氣模塊的兩端接口并聯光伏組件組或電力導線，每個光伏組件串聯有一個防逆二極管和一個電流互感器，每個電氣模塊并聯一個電壓互感器；

光伏陣列運行過程中，實時測量光伏組件的端電壓以及流過的電流，可以根據光伏組件的數學模型快速估算出每個光伏組件的短路電流I_sci，i=1，2，3，……，N；

所述重構優化方法包括以下步驟：

(1)采集實時電壓和電流信號；當電氣模塊端電壓之間的差值超過設定閾值時，即認為光伏陣列出現了較大的失配功率損失，啟動光伏陣列重構優化程序并進行新一輪結構調整；

(2)確定并聯電力導線的電氣模塊數量L，具體步驟如下：計算光伏陣列的端電壓，端電壓等于陣列中所有串聯電氣模塊端電壓之和；判斷光伏陣列的端電壓是否在規定的運行電壓范圍內，如果不在規定運行電壓范圍內，則需要調整并聯電力導線的電氣模塊數量L；當測量的光伏陣列端電壓小于規定直流電壓范圍的下限，則減少并聯電力導線的電氣模塊數量L；當測量的光伏陣列端電壓大于規定直流電壓范圍的上限，則增加并聯電力導線的電氣模塊數量L；

(3)確定光伏組件的分組方案，將N塊光伏組件按短路電流之和盡可能相等的原則分為(M-L)組，具體步驟如下：根據測量得到的光伏組件端電壓和端電流，計算此時光伏組件的短路電流I_sci，i=1，2，3，……，N；計算剩余(M-L)組電氣模塊光伏短路電流理想值為；第一輪光伏組件的分配中，將短路電流最大的(M-L)個光伏組件分配給剩余的(M-L)組電氣模塊；第二輪光伏組件的分配中，將剩余未分配光伏組件中短路電流最大的(M-L-f)個光伏組件分別分配給剩余的(M-L-f)組電氣模塊，其中f為光伏組件短路電流之和已經達到I_sc0的電氣模塊數量；直至所有光伏組件分配完畢；

(4)形成當前運行條件下的光伏陣列重構策略，并將重構信號釋放到電氣連接開關的切換控制系統中，將所有光伏組件準確并聯到對應的電氣模塊接口中，并將L個電氣模塊接口通過電力導線短接。