一种特性失配光伏组串的功率峰数测量方法技术

本发明专利技术公开了一种特性失配光伏组串的功率峰数测量方法，通过计算光伏组串的电流—电压特性曲线中的台阶数来得出功率峰值的数目，假设一个光伏串列中的光伏组件受到了总共M种不同程度的光照，则该串列的电流—电压曲线中存在M个台阶和M‑1个拐点，该串列存在M个局部最大功率点LMPPs，其中有1个为全局最大功率点GMPP。本发明专利技术建立了一种利用组串电压和组件电压关系产生最优步进距离从而测量失配信息与功率峰数的方法，能够有效地量化电流—电压特性曲线中存在的峰值的数目与失配的情况。本发明专利技术提出的功率峰数测量方法，能够描述超过两个光照强度环境下的阴影信息，不需要额外的光照传感器，使用极少的步数实现了功率峰数的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种特性失配光伏组串的功率峰数测量方法
本专利技术涉及光伏领域，特别涉及一种特性失配光伏组串的功率峰数测量方法。
技术介绍
在现实应用场景中，光伏组串中的某几块光伏电板会不可避免地被周围的树木、云雾、落叶或灰尘遮挡。受遮挡的光伏发电组件会因无法产生电能而以负载状态工作，其组件自身所产生的热量很有可能造成局部热点效应，甚至引起火灾。为了避免这一现象，可在光伏组串中使用旁路二极管。所谓旁路二极管是在电池组件中反向并联于太阳能电池片组两端的二极管。在需要分流时，旁路二极管可以转移电流从而保护过热点的光伏电池。但旁路二极管的引入，会导致遮蔽情况下光伏阵列的功率—电压曲线呈现多峰特性。在此状况下的光伏电板串列的功率—电压曲线存在多个功率峰，这对最大功率点的跟踪增加了难度。如何准确描述这种现象，吸引了许多研究人员的关注。在文献1(P.Lei,Y.Li,andJ.E.Seem,“Sequentialesc-basedglobalmpptcontrolforphotovoltaicarraywithvariableshading,”IEEETransactionsonSustainableEnergy,vol.2,no.3,pp.348–358,July2011.)与文献2(HEYDARIDOOSTABAD,Hamed,KEYPOUR,Reza,M.R.Khalghani,andM.H.Khooban,“Anewapproachinmpptforphotovoltaicarraybasedonextremumseekingcontrolunderuniformandnon-uniformirradiances,”SolarEnergy,vol.94,no.4,pp.28–36,2013.)中，极值搜索控制(ESC)用于跟踪局部阴影(PSCs)下的功率峰值。在每个功率梯度内，系统循环中搜索每个局部峰值，但是在系统中计算梯度所需的计算量通常很大。文献3(A.K.PatiandN.C.Sahoo,“Anewapproachinmaximumpowerpointtrackingforaphotovoltaicarraywithpowermanagementsystemusingfibonaccisearchalgorithmunderpartialshadingconditions,”EnergySystems,vol.7,no.1,pp.145–172,2016)中，Pati和Sahoo提出了一种可用于识别最大功率情况的算法，即使用Fibonacci搜索算法改进每次迭代中的搜索区域。除了斐波那契搜索，许多软计算方法，如遗传算法(GA)，模拟退火(SA)，蚁群优化(ACO)，布谷鸟搜索(CS)等算法已经被应用解决此类问题。这些算法可以解决多峰情况下最大功率点跟踪问题，但是它们的跟踪性能通常决定于通过初始位置的选取和算法参数的设定，无法保证在所有功率峰中选出全局最大功率点。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供一种特性失配光伏组串的功率峰数测量方法，建立了一种利用组串电压和组件电压关系产生最优步进距离从而测量失配信息与功率峰数的方法，能够有效地量化电流—电压特性曲线中存在的峰值的数目与失配的情况。本专利技术的技术方案是：一种特性失配光伏组串的功率峰数测量方法，通过计算光伏组串的电流—电压特性曲线中的台阶数来得出功率峰值的数目，假设一个光伏串列中的光伏组件受到了总共M种不同程度的光照，则该串列的电流—电压曲线中存在M个台阶和M-1个拐点，该串列存在M个局部最大功率点LMPPs，其中有1个为全局最大功率点GMPP。具体的，计算光伏组串的电流—电压特性曲线中的台阶数的方法为：假设光伏组串中有Nm个光伏组件，每个光伏组件的最大电压为Voc，每个子范围中不同操作状态的数目等于Ns；首先收集光伏组串的每个光伏组件的工作状态Oij，1≤i≤Ns,1≤j≤Nm；具体在Voc的每四分之一处测量三个电流—电压特性曲线台阶的启动电流，Oij的值由以下公式确定：其中，Vm为对应模块电压，Vf为设定的阈值电压；设N0为非工作模块的数量，No和Ns分别初始化为Nm和1；为了测量每一台阶的启动电流，根据组件的开路电压Voc,m，将光伏组串的电流—电压特性曲线分成Ns部分，采样电压由以下公式确定：Vs＝(4Nm-4No+1)Voc,m/4在每个光照强度Gi所形成的台阶中，对模块电压Vm和串电流i进行采样，计算O和N0来识别特性失配光伏组串的功率峰数。进一步的，所述在每个光照强度Gi所形成的台阶中，对模块电压Vm和串电流i进行采样，采用数组Is用来记录每个采样点的电流，其值接近其所在组件处于特定光照强度下的短路电流。进一步的，设Nu为No新减少至0的个数，从而记录电流为Nu次；持续步进识别阴影信息，直到Vs大于整个光伏组串的开路电压Voc,s。本专利技术的优点是：1.本专利技术提出的功率峰数检测方法能够描述超过两个光照强度环境下的阴影信息，传统方法仅局限于两种光照的情况；2.本专利技术的检测方法不需要额外的光照传感器；3.本专利技术使用极少的步数实现了功率峰数的检测。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为受局部遮蔽影响的光伏串列的电流—电压曲线与功率—电压曲线；图2为局部阴影和均匀光照条件下的组件电压与组串电压关系曲线；图3为特定局部阴影情况下的阴影信息；图4阴影模式识别流程图；图5为实施例中提供的测量结构示意图；图6为实施例中用于测试的6种不同的光照模式表；图7为实施例中针对这6种不同的PSCs，本专利技术方法所产生的测量结果；图8为本专利技术测量方法在太阳能光伏电板实际工作环境中搜索功率峰数的过程图。具体实施方式本专利技术提出的一种特性失配光伏组串的功率峰数测量方法，能够描述复杂的阴影遮挡情况。如图1所示，假设一个光伏串列中的光伏组件受到了总共M种不同程度的光照，则该串列的电流—电压曲线中存在M个阶梯和M-1个拐点。在图1中，4个光伏组件分别接受到1kW/m2，0.8kW/m2，0.4kW/m2，0.4kW/m2的光照，即3种不同程度的光照，所以该串列的电流—电压曲线中存在3个阶梯和2个拐点，系统存在3个局部最大功率点LMPPs，其中有1个为全局最大功率点GMPP。如图2所示，四个光伏组件的组件电压与串压(Vm-Vs)特性，可用于研究局部阴影条件(PSCs)下的光伏组串特性。图2中增加的串电压表示相应的组件被激活。根据Vm-Vs特性，可以得出以下结论：1.在均匀光照条件(UICs)下，所有组件工作，Vm1、Vm2、Vm3和Vm4在[0，Voc]范围内获得相同的电压值(Nm＝4)。2.在局部阴影条件(PSCs)下，功率—电压曲线中的最大峰值数等于电流—电压曲线NG中的辐照度水平数。3.在局部阴影条件(PSCs本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种特性失配光伏组串的功率峰数测量方法，其特征在于，通过计算光伏组串的电流—电压特性曲线中的台阶数来得出功率峰值的数目，假设一个光伏串列中的光伏组件受到了总共M种不同程度的光照，则该串列的电流—电压曲线中存在M个台阶和M-1个拐点，该串列存在M个局部最大功率点LMPPs，其中有1个为全局最大功率点GMPP。/n

【技术特征摘要】
1.一种特性失配光伏组串的功率峰数测量方法，其特征在于，通过计算光伏组串的电流—电压特性曲线中的台阶数来得出功率峰值的数目，假设一个光伏串列中的光伏组件受到了总共M种不同程度的光照，则该串列的电流—电压曲线中存在M个台阶和M-1个拐点，该串列存在M个局部最大功率点LMPPs，其中有1个为全局最大功率点GMPP。


2.根据权利要求1所述的特性失配光伏组串的功率峰数测量方法，其特征在于，计算光伏组串的电流—电压特性曲线中的台阶数的方法为：
假设光伏组串中有Nm个光伏组件，每个光伏组件的最大电压为Voc，每个子范围中不同操作状态的数目等于Ns；首先收集光伏组串的每个光伏组件的工作状态Oij，1≤i≤Ns,1≤j≤Nm；
具体在Voc的每四分之一处测量三个电流—电压特性曲线台阶的启动电流，Oij的值由以下公式确定：



其中，Vm为对应模块电压，Vf为设定的阈值电压；设N0...

【专利技术属性】
技术研发人员：马洁明，王康石，文家乐，
申请(专利权)人：西交利物浦大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32