光伏系统并联失配及功率优化研究

发布时间：2020-07-25 17:23

【摘要】：由于制造差异以及光伏组件所处的工作环境条件变化或不同,光伏(PV)装置的输出特性略有不同。因此,在一个现实阵列中,各个组件或者阵列的运行都会偏离其各自的最大功率,输出的电压、电流会发生变化。当这些组件进行并联连接时,由于输出电压的不同,会产生电压失配,系统中将产生功率损耗。亦即,由于并联失配将导致光伏系统输出功率的下降或损失。光伏发电技术的发展中并联失配问题是整个光伏发电系统功率损失的主要原因,解决光伏电站中存在的并联失配问题对整个光伏系统的规划、投资与运维具有十分重要的研究意义和实用价值。本文首先通过对太阳电池等效电路进行分析,为硅太阳电池提供了一种准确、可靠且易于使用的数学模型,在标准测试条件(STC)下采用光伏电池单二极管输出特性公式提取五个参数,以用于模拟复杂条件下光伏阵列的输出特性。该模型要求制造商仅提供STC条件下数据,通过采用迭代方法来求取五个性能参数(I_(ph)、Is、n、R_s、R_(sh)),同时考虑到了R_s,R_(sh)和n对输出特性曲线的影响。对全工况条件下的参数进行修正,建立了适用于研究光伏组件不同条件下工作状态的等效电气模型。然后通过Matlab/Simulink仿真建立光伏组件与阵列的仿真模型,对单电池片局部遮蔽、多片电池局部遮蔽、局部遮蔽均匀性分布条件下组件的输出特性进行分析,结果证明不同阴影遮挡程度对光伏并联失配影响不同;并对光伏阵列着重仿真分析了光伏阵列中存在短路故障与局部阴影情况下,光伏阵列中并联阵列中产生并联电压失配的结果。针对光伏发电系统阵列中由于并联电压失配导致整体输出功率下降的问题提出一种基于DC/DC升压电路的解决方法及其优化措施,并根据该优化措施所需求的条件,构建了系统优化装置,并对软件与硬件进行了优化设计,该装置采用检测并联支路电压、判断与确定失配支路电压,然后对失配支路电压进行升压来改善和消除并联失配造成的功率损失。最后对光伏阵列中并联电路间的失配特性进行了试验分析,结果表明:阴影遮挡和短路故障导致阵列中的并联失配损失分别约为2%-15%和20%以上,而积灰与衰减对阵列并联失配造成的影响较小;通过对使用和未使用优化装置的光伏组件与阵列进行并联失配的测试对比分析,结果表明:在对于组件级的阴影遮挡所导致的并联失配加装优化装置可以提高5%的发电量,而对于阵列级的短路故障所导致的的并联失配加装优化装置可以提高5.76%的发电量。由于优化器控制器响应速度与升压损耗问题,文所提出并构建的系统优化装置在低辐照、低功率、辐照变化速率快的情况下尚未能获得满意的优化效果,需要对其进行进一步的优化设计。
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM615

【参考文献】