[发明专利]一种串联光伏组件多峰I‑V曲线仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏组件建模仿真领域，具体涉及一种串联光伏组件多峰I-V曲线仿真方法。

背景技术

近些年来，以风能、太阳能为代表的新能源在全球得到迅猛发展。截止2011年底，全球太阳能发电累计装机容量达到6740万千瓦，其中，光伏组件产量增速惊人，2010年太阳电池组件出货量达20GW，2011年光伏组件出货量达27.7GW，预计至2020年，光伏组件年产量将达40GW。在此情况下，光伏系统的发电效率也正受到广泛重视，而影响光伏系统发电效率的重要因素就是光伏逆变器对光伏阵列P-V曲线最大功率点的跟踪精度。

根据光伏组件特性，其理想P-V曲线为一条单峰抛物线，光伏逆变器仅需要跟踪其单峰顶端即可，但这是在假设光伏组件特性完全相同的前提下；受制作过程中的误差和老化问题影响，还有在实际运行中行云、树木、建筑物以及鸟类排泄物的影响，光伏阵列会受到局部遮挡，在这种情况下，光伏组件所接收的太阳辐照度存在较大差异性，光伏组串输出特性也会发生改变，整个光伏组串的I-V特性曲线上必然会出现多个膝点，对应的P-V特性曲线上会出现多个峰值点，造成光伏逆变器最大功率点跟踪失效。

冯丽娜在其硕士论文《局部阴影下光伏阵列的建模与动态组态优化》中公开了一种利用太阳能电池工程用模型，根据不同辐照度的I-V曲线特性分电压段模拟出阴影遮挡下的光伏阵列多峰曲线，在阴影组件固定情况下，通过不同光伏阵列的分布，进而求得相同阴影条件下光伏阵列的最优分布和最差分布。

2009年，肖景良、徐政在《中国电机工程学报》上发表题为《局部阴影条件下光伏阵列的优化设计》论文，针对大功率集中式光伏发电系统，比较了阴影分布及阵列结构对光伏阵列输出特性影响，并提出了局部阴影条件下光伏阵列最大功率点的简化算法，通过单串阵列以及多串并联阵列的局部阴影分析以及局部阴影分布分析，得出当阴影均匀分布时，(阴影遮挡组件-1)为列的整数倍，最大输出功率下降；当阴影集中分布时，(阴影遮挡组件-1)为行的整数倍，最大输出功率下降。

戚军、张晓峰等人以组件为基本单元，兼顾旁路二极管和防逆二极管的影响，建立光伏阵列的高维数学模型，根据不同阴影遮挡模式，文中将均匀阴影分为三种方式，不均匀阴影也分为三种方式，在不同阴影遮挡方式下，光伏阵列I-V曲线也会呈现出不同的结果，组串完全遮挡对光伏阵列I-V曲线影响较小，而相同遮挡块数下离散阴影对光伏阵列I-V曲线影响较大；另外，相同情况下，不均匀阴影遮挡相较于均匀阴影遮挡，将出现更多的I-V曲线峰。

2010年，卞海、徐青山在《电工技术学报》上发表文章《考虑随机阴影影响的光伏阵列失配运行特性》建立光伏组件物理模型，分析在三种阴影遮挡模式下8×10和10×8排布的光伏阵列最大输出功率；结果表明在相同组件阴影遮挡数目下，优先采用并联组件可不受太阳能组串最大可供电流的约束，同时减小开路电压，从而提升最大功率；同时，文献还分析了当局部辐照强度下降时光伏阵列最大输出功率不变的“门槛效应”。

2008年，陈如亮、崔岩在《系统仿真学报》上发表文章《光照不均匀情况下光伏组件仿真模型的研究》通过电压步长的离散化，得到光伏组件的电压-电流对应矩阵，采用迭代法对光伏对缝光伏组件I-V特性进行仿真，得到多峰I-V曲线；同时，文章利用二步最大功率跟踪算法(A study on a two stage maximum power point tracking control of a photovoltaic system under partially shaded insolation conditions)进行多峰光伏组件的MPP跟踪仿真。

除此之外，针对光伏阵列的建模研究，主要有如下3种方法：

1)通过仿真软件，如MATLAB，Pspice等搭建电路，建立光伏阵列的模型；

2)建立光伏阵列的数学方程，在软件环境中进行算法编程，建立光伏阵列的模型；

3)通过智能算法，只讨论光伏阵列的输出与输入变量之间的关系，建立光伏阵列的模型。

综上，目前主要通过电压值离散化对光伏组件多峰I-V曲线进行建模，其模型建立较为复杂，其中还涉及迭代方法、超越方程等较为复杂的数学方法，给模型求解与仿真带来一定困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种串联光伏组件多峰I-V曲线仿真方法，可以解决现有技术主要通过电压值离散化对光伏组件多峰I-V曲线进行建模，其模型建立较为复杂，导致给模型求解与仿真带来一定困难的问题。

本发明通过以下技术方案实现：