[發明專利]一種提高光伏陣列發電效率的方法

無效

• 申請號: 201310353378.5
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN103475267A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 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: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術領域：

本發明涉及光伏發電系統中光伏陣列遭遇局部陰影時的重構技術，屬于光伏發電運行控制技術領域。

背景技術：

太陽能光伏發電技術，因其清潔無污染、安裝方便、不受地域限制、運行維護簡單等諸多優點，成為繼風力發電之后的主要新能源發電方式。隨著各國光伏補貼政策的逐漸退出，光伏發電系統的高效運行對于降低光伏電力成本變得更為重要。

光伏發電系統中的光伏陣列由大量光伏電池以一定的串并聯結構組成，具有光電轉換功能。光伏陣列的最大功率輸出能力與其所處的環境和自身的陣列結構密切相關。當光伏陣列采取集中輸出功率控制時，局部陰影環境將對其輸出外特性產生顯著影響。局部陰影不僅削弱部分光伏組件潛在的最大功率輸出能力，而且會導致光伏組件之間出現功率失配現象而引入更多的功率損失，此外還會給最大功率點跟蹤(Maximum?Power?Point?Tracking，MPPT)控制帶來困難，若MPPT出現誤跟蹤，光伏陣列發電效率將進一步降低。

通過光伏陣列重構可以有效消除局部陰影條件下光伏組件之間的功率失配現象，然而光伏陣列重構需要獲取所有參與重構的光伏組件的光照和溫度數據。考慮到光伏陣列中溫度差異不大且溫度對光伏組件輸出特性影響較小，因此可以不考慮光伏陣列中的溫度差異。受局部陰影影響，光伏陣列中光伏組件的光照可能存在較大差異，從而導致光伏組件輸出特性出現顯著差異。若要掌握整個光伏陣列的局部陰影狀況，通常需要安裝大量的光傳感器，以實現對輻照度的精細化測量。大量的傳感器意味著建設成本高和系統復雜，對局部陰影測量精細度要求越高，傳感器的數量亦將成倍增加。

發明內容：

本發明針對大規模光伏陣列重構優化過程中光照數據難以實時準確獲取的問題，利用圖像處理技術和計算機仿真分析相結合的方式來獲取光伏陣列實時運行光照數據，并通過優化得到光伏陣列的最優運行結構。該方法只需要少量光傳感器就可以實現高精度、快速的光伏陣列輻照度分布數據測量，重構優化計算得到的光伏陣列結構能顯著提高光伏發電系統的發電效率，降低光伏發電MPPT控制難度。

為了實現上述技術目標，本發明提出的技術方案包含光伏陣列、光傳感器、圖像采集裝置、通信網絡、開關矩陣及其控制器、旁路二極管、光伏功率變換裝置和光伏發電系統控制中心。光伏陣列中的全部或部分光伏組件連接至開關矩陣，由開關矩陣決定光伏組件的連接方式，重構后的光伏陣列通過功率變換裝置向負載供電或者與外部電網并聯。開關矩陣的連接方式受控于光伏發電系統控制中心，光伏發電控制中心接收來自于光伏陣列的圖像信息和光傳感器測量信息，通過圖像處理技術辨識出當前光伏陣列中每個光伏組件的輻照度，并利用重構優化算法確定開關矩陣控制器的輸出控制信號，由開關矩陣控制器控制開關矩陣的連接方式，最終構造出當前運行條件下的最優光伏陣列結構，使其具有最小的失配功率損失。

本發明的實施步驟如下：

(1)確定光伏陣列的分布范圍、光伏組件的排列位置，并作標記；

(2)在光伏陣列中分散安裝光傳感器，在光伏陣列上方安裝圖像采集裝置，并將它們的安裝位置信息存儲于光伏發電系統控制中心；

(3)用光傳感器測量其安裝地點的輻照度，輻照度數據及其采集時間信息經通信網絡傳送到光伏發電系統控制中心；

(4)圖像采集裝置拍攝光伏陣列的運行圖像，圖像及其拍攝時間信息通過通信網絡傳送到光伏發電系統控制中心；

(5)光伏發電系統控制中心對光伏陣列的圖像進行分析，辨識局部陰影的分布范圍和均勻程度；并結合圖像拍攝時光傳感器采集的光伏陣列的輻照度數據，擬合出光伏陣列中各個位置的輻照度數據；

(6)光伏發電系統控制中心的計算機通過優化計算得到當前光照條件下光伏陣列的最優結構；

(7)光伏發電系統控制中心將最優光伏陣列結構信息發送給開關矩陣的控制器，由其控制開關矩陣來實時調整光伏陣列的運行結構，使光伏陣列運行于最優結構。

本發明不僅可以提高局部陰影條件下光伏陣列的發電效率、簡化光伏功率變換裝置對MPPT控制的要求，顯著提高MPPT的跟蹤準確度，而且所需的傳感器數量非常少、局部陰影辨識精度高、重構優化效果好。

附圖說明：

圖1?光伏陣列重構系統框架結構

圖2?光伏陣列重構優化實現流程圖

圖3a?實施例中無陰影時的光伏陣列圖像

圖3b?實施例中有局部陰影時的光伏陣列圖像

圖4a?實施例中無陰影時光伏陣列輻照度辨識結果

圖4b?實施例中有局部陰影時光伏陣列輻照度辨識結果