[发明专利]一种阴影条件下光伏阵列最大功率点快速寻优系统及方法

说明书

（一）技术领域：

本发明属于光伏发电技术领域，特别是提出了一种阴影条件下光伏阵列最大功率点快速寻优系统及方法。

（二）背景技术：

太阳能发电作为一种新兴的绿色能源，以永不枯竭、无污染、不受地域限制等优点，正得到迅速的推广应用。太阳能光伏发电系统利用一个或者多个光伏模组串/并联将太阳能转化为直流电能，再经过电力电子变换器转化为各种形式的电能供负载使用。然而光伏阵列容易受到周围建筑物、树木、云层以及光伏板表面灰尘等产生的阴影（局部阴影）的影响，使得光伏阵列的输出特性发生改变，P-V曲线不再是简单的单峰曲线，而是含有多个局域最大峰值。多峰的输出特性曲线。一方面导致光伏阵列整体的输出功率降低，另一方面对最大功率点跟踪控制产生干扰，使得一般常用的最大功率跟踪（MPPT）算法，如扰动观察法、导纳增量法等将有可能在这种情况下失效，使工作点收敛于某个功率极值点上，而不是功率的最大点，从而使得光伏阵列的能量没有被充分利用，系统效率将大大降低。而光伏面板上出现部分遮挡问题是，电池性能降低，还会造成不匹配问题。

（三）发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有存在的问题和不足，提供了一种阴影条件下光伏阵列最大功率点快速寻优系统及方法，是一种遮荫条件下可最大功率寻优的光伏组件，这将显著提供光伏组件的最大功率输出，提高光伏并网系统的转换效率。

本发明的技术方案：一种阴影条件下光伏阵列最大功率点快速寻优系统，其特征在于它包括光伏电池组和MPPT控制器；其中，所述MPPT控制器包括A/D转换模块、A/D控制模块、寻优MPPT模块，PWM模块、电桥驱动模块和DC/DC模块；所述A/D转换模块输入端采集光伏电池组件的电压和电流数据，其输出端连接A/D控制模块的输入端；所述MPPT模块的输入端连接A/D控制模块的输出端，其输出端与PWM模块的输入端连接；所述电桥驱动模块的输入端连接PWM模块的输出端，其输出端连接输出电压信号的DC/DC模块。

所述A/D转换模块是8位ADC模拟/数字转换器芯片。

所述DC/DC模块为传统的BOOST电路。

所述PWM模块带驱动电路，且驱动电路由SG3524芯片构成。

一种阴影条件下光伏阵列最大功率点快速寻优系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

①数据准备：存储光伏电池板在无阴影遮蔽的情况下的开路电压U_OCA和短路电流I_SCA，以上数据亦可从光伏电池板使用手册上查询到，并计算短路电流比上开路电压的斜率，记为k_A；

②在程序初始化时，设定变换器电流占空比D，由A/D转换模块采集光伏阵列在均一光照无阴影时的最大功率点工作电压U_max，工作电流I_max；采集当前光伏阵列的电压和电流U(k)，I(k)，计算ΔI＝|I_max-I(k)|；设定检测光伏阵列电流突变阈值K1，若ΔI＜K₁，则光伏阵列未收到阴影遮蔽，采用传统方法寻找最大功率点；若ΔI＞K₁，则发生了阴影遮蔽情况；

③当发生阴影遮蔽情况时，计算第一辅助判断电压量其中I_S表示当太阳能电池工作点电压U=U_max时对应的工作S电CA流；根据相似三角形法则，可以得出阴影遮蔽时光伏板最大功率点的电压必介于Us1和U_max之间；

④调整变换器电路开关占空比，使光伏阵列工作电压逐渐接近Us1，当I_S2＝I(k+1)＝U(k+1)×k_A＝0时，记U_S2＝U(k+1)，其中Us2为第二辅助判断电压量，U_n+1为当前工作点电压量；

⑤调整占空比直到找到Us2时，记录电压变化时最大的功率点Pk=Uk*Ik；阴影条件下，影响电池板功率输出的影响因素主要有阴影分布面积、阴影部分光强大小和阴影排列方式；可通过阴影系数来平均上述三个条件的平均影响，设阴影系数为若m>1,可判断阴影遮蔽时光伏板最大功率点处的电压必介于Us2和U_max之间，否则，电池最大功率点处的电压必介于Us1和Us2之间；