一种阴影遮挡状态下的光伏组串输出功率点优化方法技术

本发明专利技术公开了一种阴影遮挡状态下的光伏组串输出功率点优化方法，属于光伏发电输出功率优化跟踪技术领域。现有MPPT控制策略基本都是直接控制组串输出使其工作在全局最大功率点。若组串中某些组件出现阴影遮挡，该组串输出会出现多峰，此时若仍控制组串长时间工作在全局最大功率点，势必会对受遮挡组件造成损伤，从而降低其发电效率。本发明专利技术然后通过光生电流和工作电流的比较，对组串输出功率点进行优化筛选，通过输出功率和消耗功率的比较确定组串的最佳功率点。既保证了组串的输出，又一定程度上降低了受遮挡组件的损耗，提高了组件寿命和长时间发电效益。

An Optimizing Method for Output Power Point of Photovoltaic Series under Shadow Occlusion

The invention discloses an optimization method for output power points of photovoltaic series under shadow occlusion, which belongs to the technical field of photovoltaic power generation output power optimization tracking. The existing MPPT control strategies are basically to directly control the output of the group series to make it work at the global maximum power point. If shadowing occurs in some components of the group string, the output of the group string will have multiple peaks. At this time, if the group string is still working at the global maximum power point for a long time, it will inevitably cause damage to the occluded components, thereby reducing its power generation efficiency. The invention then optimizes the output power point of the group series by comparing the photogenerated current with the working current, and determines the optimal power point of the group series by comparing the output power and the consumed power. It not only guarantees the output of the series, but also reduces the loss of the occluded components to a certain extent, and improves the service life of the components and long-term power generation benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种阴影遮挡状态下的光伏组串输出功率点优化方法
本专利技术涉及一种阴影遮挡状态下的光伏组串输出功率点优化方法，属于光伏发电输出功率优化跟踪

技术介绍
在光伏发电系统中，为最大效率地将太阳能转变成电能，保证系统工作在功率曲线的最大峰值点，即最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)一直以来都是研究者们较为关注的问题。光伏组件在受光均匀以及工作温度恒定的条件下，其P-U特性曲线为单峰，存在唯一最大功率点，且该点为光伏组件的最理想工作点，然而在局部阴影遮挡状态下，P-U特性曲线为多峰，当光伏组件仍工作在全局最大功率点时，全局最大功率点处的电流通常大于受遮挡组件的光生电流，故这些组件或组件内部受遮挡部分的电池片工作在“过劳”状态，表现为组件内部负载，在该情况下长时间工作会导致其发热和温度升高，形成所谓的“热斑效应”，无论其是否有对外输出，都会导致内部材料特性受到影响，从而对外表现为发电效率下降，即组件衰减，该现象被称为“遮挡衰减”(由于遮挡导致的组件额外功率衰减)。本专利技术考虑到阴影遮挡条件下工作在全局最大功率点时产生的“热斑效应”会影响组件寿命从而提出最优功率点(OPPOptimalPowerPoint)和最优功率点跟踪(OPPTOptimalPowerPointTracking)的概念，通过最优功率点跟踪使组件工作在最优功率点，在保证组件输出功率尽量高的前提下，避免了组件遮挡衰减的发生，提高了组件的使用寿命。专利技术专利《一种光伏组件定电压范围工作点控制消除热斑损害的方法》(申请号：CN201110163159.1，公开号：CN102244139A)通过在组件输出端依次串联MPPT功能模块和DC-DC模块来在设定的工作电压范围内寻找组件最大功率点，该方法虽然实现了消除热斑损害，但在每个组件后都串联MPPT模块和DC-DC模块需要投入大量的资金，现实中难以推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免遮挡导致的组件功率衰减并克服现有方法的不足，提出了阴影遮挡状态下的光伏组串输出功率点优化方法，该方法用于高大建筑障碍物及组件前后排遮挡等阴影情况下组件输出功率点的优化，这类遮挡导致的阴影通常较为均匀，且随太阳位置的变化而缓慢移动，本专利技术所述方法旨在实现：对组串输出功率点进行优化选择，在现有P-U输出曲线的多个(或一个)波峰中，通过电流比较和功率比较的方法判断出当前状态下的组串最优输出波峰功率点，既保证组件输出尽量大，又保证受遮挡组件的衰减尽量小，从而实现长期利益最大化。由于组件内各电池片相互串联，组串内各组件相互串联(构成光伏组串)，故单块组件与光伏组串等效电路规律相同，二者在相同遮挡状态下的I-U及P-U输出特性曲线规律也相同，如图1及图2所示分别为光伏组串和单块光伏组件受到非全区域遮挡时，其阴影遮挡情况与其输出特性曲线的对应关系，可见在同一种遮挡情况下，单块光伏组件和光伏组串的输出特性曲线特征及规律是相同的，所以下述输出功率点优化方法既适用于单块组件，也适用于串联光伏组串，由于在光伏电站的发电环境下，实际使用的光伏组件均串联为光伏组串然后接入逆变器或直流汇流箱，所以实际中光伏组串是功率调节及MPPT的对象及基本单位，因此为实现该方法的清晰叙述，下述方法说明中仅以单块光伏组件为例进行，但所述方法及步骤均可无差的适用于光伏组串中。值得说明的是，本专利技术所提方法的实施步骤里，需要计用到组件的五参数，该五参数计算方法已经在本专利专利技术人魏缪宇已发表的专利技术专利《一种用于故障诊断的光伏组件参数提取方法》(申请号：2018103091871)中给予公布，故五参数计算方法本专利技术不再赘述。原理介绍下面以常见规格的270W多晶硅光伏组件为例进行说明：组件内部串联的60块光伏电池片被并联的3个旁路二极管分为三部分，故组件可视为3块90W组件(记为①②③)串联，以横排方式支架安装，假设在上午9:00以前和下午15:00以后，前排组件对后排组件产生遮挡，以下午15:00以后遮挡变化过程为例，随着太阳位置的改变，对后排中受遮挡的某一块组件来说，其所受阴影遮挡的变化情况和相应组件的输出特性曲线如图3所示。随着太阳位置的改变，受遮挡组件的阴影遮挡状态可分为图3中a-g共7种情况，按照三块小组件①、②、③的受遮挡情况不同，其对应输出P-U特性曲线波峰个数如下：a和g：完全无遮挡或完全遮挡，三块小组件①、②、③全为同一种遮挡状态：无遮挡(或全遮挡)即工作状态均相同，输出单峰；c和e：小组件全区域遮挡，三块小组件①、②、③共分为两种遮挡状态：无遮挡和全区域遮挡，即三者处于两种工作状态下，所以输出为双峰；b和f：小组件非全区域遮挡，三块小组件①、②、③共分为两种遮挡状态：无遮挡和非全区域遮挡，即三者处于两种工作状态下，所以输出为双峰；d：三块小组件①、②、③共分为三种遮挡状态：无遮挡、非全区域遮挡和全区域遮挡，即三者处于三种工作状态下，所以输出为三峰；若按照现有常规MPPT策略，组件时刻工作在其P-U曲线的全局最大功率点处，则上述7中情况中，a和g状态下，组件正常输出，故无遮挡衰减；c和e状态下，无遮挡小组件正常输出，遮挡小组件被旁路二极管短路，受遮挡电池片也不会产生遮挡衰减；b、d和f状态下，由于组件最大功率点处电流Ip与受遮挡电池片的光生电流Iph2(或Iph3)的相对大小未知，所以可能出现两种情况：Ip≥Iph2(或Iph3)：受遮挡电池片有遮挡衰减；Ip<Iph2(或Iph3)：受遮挡电池片没有遮挡衰减；所以可通过计算Ip和Iph2(或Iph3)，进一步判断受遮挡电池片是否有衰减；求出最大功率点处电流Ip与受遮挡电池片的光生电流Iph2(或Iph3)以后，需要通过电流比较和功率比较进行波峰点优化，从而实现最优波峰点的确定。具体方法以图3b对应遮挡状态下的组件为例：由于受到非全区域遮挡输出P-U特性曲线出现双峰，其中首峰对应未受遮挡的小组件①和②，第二个波峰对应受到非全区域遮挡的小组件③。由于实际中存在的遮挡严重程度(遮挡后的光强降低程度)不同，所以输出P-U曲线的两波峰相对大小可能出现图4a和4b所示两种情况，此时不妨记第一和第二个波峰点为A点和B点；记第一个波峰功率点功率值PA对应电压值为UA，对应电流值为IA；记第二个波峰功率点功率值PB对应电压值为UB，对应电流值为IB；记受遮挡电池片的光生电流Iph2对应电压值为Uph2，对应功率点为Pph2；已知受遮挡电池片的消耗功率P耗：P耗＝UI＝mRsh2(IQ-Iph2)IQ式中：m——遮挡电池片等效个数；Rsh2——遮挡电池片的等效并联电阻；Iph2——遮挡电池片的光生电流；IQ——遮挡电池片的工作电流；分别计算出若组串工作在A点和B点时，受遮挡电池片内部的消耗功率P耗A和P耗B，因为对输出曲线上的功率点A(或点B)来说，PA(或PB)表征组件用于对外做功的有效输出功率，越大越好；而P耗A(或P耗B)表征组件内部受遮挡电池片当前状态下内部发热消耗掉的功率，越小越好，所以某点的功率差值P-P耗即可用于表征组件工作在该点的综合效果好坏，故采用A点和B点的功率差值PA-P耗A与PB-P耗B进行比较，来确定最优输出功率峰值点。图4a中对应遮挡程度较轻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阴影遮挡状态下的光伏组串输出功率点优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A.统计组串基本参数：包括待测组串内组件块数N和组串包含的某块组件内电池片块数M，记优化后组串输出功率点为OPP；B.采样所述组串的开路电压Uoc，依次采样电压

【技术特征摘要】
1.一种阴影遮挡状态下的光伏组串输出功率点优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A.统计组串基本参数：包括待测组串内组件块数N和组串包含的某块组件内电池片块数M，记优化后组串输出功率点为OPP；B.采样所述组串的开路电压Uoc，依次采样电压处的数据点，其中i为整数，1≤i<N，判断所述组串的P-U曲线转折点Zj，其中j∈N+，0≤j≤2，计算所述P-U曲线的第一各波峰对应的第一组五参数及第一个波峰点A(UA，IA)，并进行判断：B1.若j＝0，说明此时所述组串输出P-U曲线为单峰：则令OPP＝A；B2.若j≠0，说明此时组件输出P-U曲线为多峰：计算此时所述组串内遮挡电池片的块数m，其中m为正整数，0<m≤M*N，并进行判断：B21.若j＝1，说明此时所述组件输出P-U曲线为双峰：计算出遮挡电池片的光生电流Iph2和并联电阻Rsh2，通过第一组五参数计算第二个波峰峰值点B的电压UB，采样得到点B(UB，IB)，进一步对遮挡电池片块数m进行判断：B211.若m＝1/3*M*N或m＝2/3*M*N，则进行判断：B2111.若PA≥PB，则令OPP＝A；B2112.若PA<PB，则令OPP＝B；B212.若0<m<1/3*M*N或2/3*M*N<m<M*N，则通过已求得的遮挡电池片的块数m、光伏电流Iph2和并联电阻Rsh2，分别通过公式计算出当组串工作在A点和B点时，受遮挡电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫东，陈俐宏，臧健康，魏缪宇，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33