适用不同尺度光伏阵列的数值建模方法

发布时间：2019-11-30 21:31

【摘要】：把光伏电池电路模型的离散计算结果作为基准数据源,利用数值计算方法实现对光伏阵列及各光伏单元的建模,详细阐述了该建模方法的实现机理及数学模型表达。针对光伏阵列运行中常遇到的阴影遮挡工况,建立了不同规模(单体光伏电池、组件、组串、阵列)的遮挡模型,并给出仿真结果。结果表明:在不同遮挡率下,单体光伏电池、组件的I-V输出特性曲线只有一个阶梯,P-V输出特性曲线仅有一个功率峰值;组串I-V输出特性曲线阶梯个数等于组件不同遮挡率个数,P-V输出特性曲线功率峰值个数不大于阶梯个数,并验证了两者之间的确切关系;光伏阵列的功率峰值个数与各组串的峰值个数关系复杂。该模型可适用于不同规模光伏阵列,仿真灵活,也容易与电力电子回路集成实现系统级仿真。
【图文】：

况要视基本组件是否并联旁路二极管对计算结果进行修正。如果有旁路二极管，当该基本组件电压变负且设定旁路二极管为理想二极管，将输出电压修正为零；如果不考虑旁路二极管时，则将负值加到组串电压中。后种情况要视组串并联时是否串入防逆流二极管对计算结果进行修正，如果有防逆流二极管，要将电流为负的结果修正为电流为零对应的电压值，否则不予修正。光伏阵列是由组串并联组成，一般由基本组件先构成组串，再由组串并联构成阵列。假设阵列由Ｑ个组串并联构成，每个组串有Ｐ个基本组件，阵列建模首先设定构成阵列的所有单体电池遮挡率，依据前述方法建立该特定遮挡工况下所有基本组件定整点电流／电压数据表，再据此计算得到每个组串定整点电流／电压数据表。组串并联时电压相等，由于遮挡率变化不同，组串电流可能不等，所以阵列建模与前述组串和基本组件不同，应采用给定阵列电压输出区间并等分的方法，先设定整点电压值，求各组串对应的整点电流值，相加之和便是阵列的对应输出电流值，从而得到阵列的定整点电压／电流数据表。由于之前计算组串输出特性时所得数据表都是基于整点电流值，而输出电压没有统一的取值范围，需要选择合适的方法依据组串数据库计算定整点电压的阵列数据表。考虑到定整点电压值求各组串电流时，整点电压值不应超出各组串定整点电流／电压数据表中的电压值范围，为保证结果有效性，可将阵列电压范围的最小值Ｕａｒｒａｙ（ｍｉｎ）定义取各组串数据表中最小电压的最大值，即Ｕａｒｒａｙ（ｍｉｎ）＝ｍａｘ（ｍｉｎ（Ｕｓｔｒｉｎｇ（１，ｋ）），ｍｉｎ（Ｕｓｔｒｉｎｇ（２，ｋ）），…，ｍｉｎ（Ｕｓｔｒｉｎｇ（Ｑ，ｋ

况要视基本组件是否并联旁路二极管对计算结果进行修正。如果有旁路二极管，当该基本组件电压变负且设定旁路二极管为理想二极管，将输出电压修正为零；如果不考虑旁路二极管时，则将负值加到组串电压中。后种情况要视组串并联时是否串入防逆流二极管对计算结果进行修正，如果有防逆流二极管，要将电流为负的结果修正为电流为零对应的电压值，否则不予修正。光伏阵列是由组串并联组成，一般由基本组件先构成组串，再由组串并联构成阵列。假设阵列由Ｑ个组串并联构成，每个组串有Ｐ个基本组件，阵列建模首先设定构成阵列的所有单体电池遮挡率，依据前述方法建立该特定遮挡工况下所有基本组件定整点电流／电压数据表，再据此计算得到每个组串定整点电流／电压数据表。组串并联时电压相等，由于遮挡率变化不同，组串电流可能不等，所以阵列建模与前述组串和基本组件不同，应采用给定阵列电压输出区间并等分的方法，先设定整点电压值，求各组串对应的整点电流值，相加之和便是阵列的对应输出电流值，从而得到阵列的定整点电压／电流数据表。由于之前计算组串输出特性时所得数据表都是基于整点电流值，而输出电压没有统一的取值范围，需要选择合适的方法依据组串数据库计算定整点电压的阵列数据表。考虑到定整点电压值求各组串电流时，整点电压值不应超出各组串定整点电流／电压数据表中的电压值范围，为保证结果有效性，可将阵列电压范围的最小值Ｕａｒｒａｙ（ｍｉｎ）定义取各组串数据表中最小电压的最大值，即Ｕａｒｒａｙ（ｍｉｎ）＝ｍａｘ（ｍｉｎ（Ｕｓｔｒｉｎｇ（１，ｋ）），ｍｉｎ（Ｕｓｔｒｉｎｇ（２，ｋ）），…，ｍｉｎ（Ｕｓｔｒｉｎｇ（Ｑ，，ｋ

【参考文献】

相关期刊论文 前7条

1 张厚升;赵艳雷;;多项式拟合的光伏电池阵列模拟器研究与设计[J];电力自动化设备;2012年02期

2 杜海江;李玉凯;;小型嵌入式系统的分析方法——IFSM[J];单片机与嵌入式系统应用;2006年04期

3 刘晓艳;祁新梅;郑寿森;王飞;陈达明;;局部阴影条件下光伏阵列的建模与分析[J];电网技术;2010年11期

4 苏建徽,余世杰,赵为,吴敏达,沈玉梁,何慧若;硅太阳电池工程用数学模型[J];太阳能学报;2001年04期

5 刘邦银;段善旭;康勇;;局部阴影条件下光伏模组特性的建模与分析[J];太阳能学报;2008年02期

6 陈如亮;崔岩;李大勇;胡宏勋;;光照不均匀情况下光伏组件仿真模型的研究[J];系统仿真学报;2008年07期

7 戚军;张晓峰;张有兵;周文委;;考虑阴影影响的光伏阵列仿真算法研究[J];中国电机工程学报;2012年32期

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 王康模;陈长缨;于志刚;刘兴华;刘小冲;赵俊;;太阳电池的负载匹配理论与负载变换技术[J];半导体光电;2009年02期

2 施敏;王强;孙玲;;ITO/Si/Al结构太阳电池pn结光电特性仿真研究[J];半导体光电;2010年04期

3 洪岳;陈长缨;王康模;邓椺;傅倩;;基于电流单参量控制的MPPT系统的设计[J];半导体光电;2011年01期

4 杨文燮;胡仁杰;卢志伟;;光伏模拟器的设计及仿真验证[J];半导体光电;2012年03期

5 李志敏;甘家梁;徐翠琴;谈怀江;;光伏并网的控制策略与最大功率点跟踪的仿真分析[J];变频器世界;2012年05期

6 王鑫磊;张皓;李振华;;光伏最大功率跟踪的分析与改进[J];北京印刷学院学报;2010年06期

7 齐志远;王生铁;;光伏发电系统蓄电池变电流快速充电的研究[J];蓄电池;2008年04期

8 肖俊明;杜迎虎;李燕斌;祝海明;刘鹏程;;光伏系统蓄电池二阶段快速充电法的研究[J];蓄电池;2012年01期

9 辜渝嘉;金小军;赵翔宇;金仲和;;皮卫星在轨能量平衡仿真及实验[J];传感技术学报;2010年06期

10 王玉龙;褚金奎;赵开春;张娜;姚弘轶;;仿生微纳导航系统的光电薄膜仿真分析[J];传感器与微系统;2007年07期

相关会议论文 前8条

1 苏刚;龚威;潘雷;高瑞;王贝贝;;基于OIF-Elman网络的光伏电源最大功率点跟踪方法研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

2 张渊明;孙彦广;张云贵;;非均匀辐射条件下光伏阵列建模及运行稳定性分析[A];全国冶金自动化信息网2012年年会论文集[C];2012年

3 张国荣;瞿晓丽;苏建徽;刘宁;董康;;基于动态电容充电的光伏阵列Ⅰ-Ⅴ测试仪[A];2009安捷伦科技节论文集[C];2009年

4 孙亚宁;;独立光伏发电系统最大功率点跟踪控制[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会（CSAE 2009）论文集[C];2009年

5 张臻;沈辉;朱家劲;蔡睿贤;;太阳电池组件阴影遮挡问题实验研究[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集：迎接光伏发电新时代[C];2008年

6 赵耀;赵庚申;程如岐;郭天勇;;微网中直流母线能量优化利用方法的研究[A];2012中国智能电网学术研讨会论文集[C];2012年

7 Dexuan Zou;Xin Wang;;Finding the model parameters of photovoltaic (PV) modules by a novel modified differential evolution algorithm[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年

8 傅望;罗时武;青志明;;局部阴影条件下光伏阵列输出特性方程研究[A];2013年中国电机工程学会年会论文集[C];2013年

相关博士学位论文 前10条

1 徐晓冰;光伏跟踪系统智能控制方法的研究[D];合肥工业大学;2010年

2 于蓉蓉;光伏发电关键技术及电动汽车充电站可靠性研究[D];北京交通大学;2011年

3 龚宇雷;微电源并网同步检测与定功率输出控制技术研究[D];山东大学;2011年

4 刘立群;分布式风光互补系统控制与最大功率跟踪策略研究[D];上海交通大学;2011年

5 胡义华;小型光伏系统及其关键问题研究[D];中国矿业大学;2011年

6 黄汉奇;风力发电与光伏发电系统小干扰稳定研究[D];华中科技大学;2012年

7 欧阳名三;独立光伏系统中蓄电池管理的研究[D];合肥工业大学;2004年

8 王培珍;光伏阵列故障状态的识别研究[D];合肥工业大学;2005年

9 唐西胜;超级电容器储能应用于分布式发电系统的能量管理及稳定性研究[D];中国科学院研究生院（电工研究所）;2006年

10 董密;太阳能光伏并网发电系统的优化设计与控制策略研究[D];中南大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 许晓艳;并网光伏电站模型及其运行特性研究[D];中国电力科学研究院;2009年

2 王鑫磊;太阳能光伏并网逆变系统[D];北京印刷学院;2011年

3 张琪祁;大型光伏电站接入电网的技术和特性研究[D];浙江大学;2011年

4 张武斌;单级式光伏并网逆变系统最大功率点的研究与分析[D];东华大学;2010年

5 顾雪霏;单级式光伏并网发电系统与MPPT的研究与实现[D];东华大学;2011年

6 王磊;基于生物网络的光伏并网发电系统研究[D];东华大学;2011年

7 王卫星;光伏并网发电控制系统的仿真研究[D];中原工学院;2011年

8 刘志强;10kW光伏并网逆变器的研制[D];北方工业大学;2011年

9 刘东冉;并网光伏发电系统的暂态稳定性研究[D];华北电力大学（北京）;2011年

10 彭道福;超级电容器储能系统在光伏发电系统中的研究与应用[D];北京交通大学;2011年

【二级参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨卫东;薛峰;徐泰山;方勇杰;李碧君;;光伏并网发电系统对电网的影响及相关需求分析[J];水电自动化与大坝监测;2009年04期

2 卞海红;徐青山;高山;雪田和人;一柳胜宏;;考虑随机阴影影响的光伏阵列失配运行特性[J];电工技术学报;2010年06期

3 陈阿莲;冯丽娜;杜春水;张承慧;;基于支持向量机的局部阴影条件下光伏阵列建模[J];电工技术学报;2011年03期

4 韩珏;李欣;林平;胡长生;;基于XC164的数字式光伏阵列模拟器研制[J];电气应用;2007年12期

5 王军;王鹤;杨宏;张伶;;太阳电池热斑现象的研究[J];电源技术应用;2008年04期

6 撖奥洋;邓星;文明浩;李惠宇;陈晓燕;;高渗透率下大电网应对微网接入的策略[J];电力系统自动化;2010年01期

7 刘立群;王志新;张华强;;部分遮蔽光伏发电系统模糊免疫MPPT控制[J];电力自动化设备;2010年07期

8 张厚升;赵艳雷;;单相双级式光伏并网逆变器[J];电力自动化设备;2010年08期

9 袁继敏;李小玲;魏建国;曹太强;;光伏发电系统软开关并网研究[J];电力自动化设备;2010年09期

10 王继东;张小静;杜旭浩;李国栋;;光伏发电与风力发电的并网技术标准[J];电力自动化设备;2011年11期

相关博士学位论文 前1条

1 翟载腾;任意条件下光伏阵列的输出性能预测[D];中国科学技术大学;2008年

相关硕士学位论文 前7条

1 韩珏;太阳能电池阵列模拟器的研究与设计[D];浙江大学;2006年

2 朱丽;一个光伏阵列模拟器的设计[D];合肥工业大学;2007年

3 陈如亮;光伏热斑现象及多峰最大功率跟踪的研究[D];汕头大学;2007年

4 刘素梅;光伏方阵失配现象研究[D];汕头大学;2008年

5 曹伟;基于DSP的数字光伏模拟器研究[D];合肥工业大学;2009年

6 韩朋乐;数字式光伏电池阵列模拟器的研究与设计[D];电子科技大学;2009年

7 孙孝金;太阳能电池阵列模拟器的研究与设计[D];山东大学;2009年

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘邦银;段善旭;刘飞;徐鹏威;;基于改进扰动观察法的光伏阵列最大功率点跟踪[J];电工技术学报;2009年06期

2 赵永强;侯红玲;;太阳能光伏阵列模拟器设计与实验研究[J];机械设计与制造;2010年01期

3 窦伟;许洪华;李晶;;跟踪式光伏发电系统研究[J];太阳能学报;2007年02期

4 岑长岸;张淼;;基于组态优化的光伏阵列最大输出功率控制[J];可再生能源;2008年03期

5 戴晨骏;王宏华;;基于模糊控制的光伏阵列MPPT仿真[J];机械制造与自动化;2010年02期

6 徐维;;并网光伏发电系统数学模型研究与分析[J];电力系统保护与控制;2010年10期

7 王宏华;;光伏发电技术系列讲座(1) 光伏发电原理及发展现状[J];机械制造与自动化;2010年04期

8 王培珍;郑诗程;;基于红外图像的太阳能光伏阵列故障分析[J];太阳能学报;2010年02期

9 邓赞高;胡立伟;杜长泉;;太阳能光伏并网发电系统仿真研究[J];可再生能源;2010年06期

10 王晓雷;王卫星;路进升;王国军;周笑;;光伏阵列特性仿真及其在光伏并网逆变器测试系统中的应用[J];电力系统保护与控制;2011年10期

相关会议论文 前10条

1 张渊明;孙彦广;张云贵;;非均匀辐射条件下光伏阵列建模及运行稳定性分析[A];全国冶金自动化信息网2012年年会论文集[C];2012年

2 张国荣;瞿晓丽;苏建徽;刘宁;董康;;基于动态电容充电的光伏阵列Ⅰ-Ⅴ测试仪[A];2009安捷伦科技节论文集[C];2009年

3 陶晓峰;吴红斌;;三相光伏并网发电系统的动态仿真[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集（下册）[C];2008年

4 谢标锴;沈辉;朱薇桦;;六种太阳电池光伏阵列实际发电性能比较[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集：迎接光伏发电新时代[C];2008年

5 阮睿;井天军;杨明皓;;基于MATLAB/Simulink的风/光复合发电系统的稳态建模与仿真[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集（下册）[C];2008年

6 孙孝峰;廉志珍;王宝诚;李昕;王立乔;;直流分布式发电系统能量优化控制研究[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

7 宗桂林;茆美芹;;基于ARM与GSM短信息的太阳能光伏发电数据采集系统[A];第九届全国电技术节能学术会议论文集[C];2007年

8 陈维;沈辉;王宁;施晓丹;杨振宝;;广州地区倾角对光伏系统性能影响实验研究[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集：迎接光伏发电新时代[C];2008年

9 白连平;张巧杰;;光伏发电实验设计探讨[A];第五届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集(2)[C];2008年

10 赵国强;宋占魁;;单级式光伏发电系统最大功率点跟踪控制策略[A];中国计量协会冶金分会2009年年会论文集[C];2009年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 星子;黄南首座风光互补发电系统建成投运[N];青海日报;2009年

2 王贺;山东省博物馆建大型单体太阳能屋顶[N];中华建筑报;2009年

3 驻安徽记者查健 特约记者刘莉莉;安徽合肥在楼顶建“光伏电站”[N];中国建材报;2011年

4 刘杰;浙江义乌建成国内最大屋顶太阳能光伏发电站[N];中国建设报;2009年

5 陈元新　宋文华 陈栋栋;新能源板块现生机 我电力结构或加快调整[N];中国工业报;2010年

6 记者 马静;又一座10兆瓦光伏电站落户桑日县[N];西藏日报;2010年

7 潘宏军　刘曙光;桑日县又一10兆瓦光伏电站开工[N];岳阳晚报;2010年

8 中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会委员、北京交通大学理学院太阳能研究所所长 徐征;光电建筑一体化是建设低碳城市的重要途径[N];中国电力报;2011年

9 沈阳建筑大学 陈曦　时方晓 高旭;光电建筑一体化是建筑节能发展的重要方向[N];中国电力报;2011年

10 韩小懿;国内最大离网型光伏电站完成验收[N];中国电力报;2011年

相关博士学位论文 前10条

1 吴小进;光伏阵列及并网逆变器关键技术研究[D];北京交通大学;2012年

2 胡义华;小型光伏系统及其关键问题研究[D];中国矿业大学;2011年

3 王培珍;光伏阵列故障状态的识别研究[D];合肥工业大学;2005年

4 吴理博;光伏并网逆变系统综合控制策略研究及实现[D];清华大学;2006年

5 翟载腾;任意条件下光伏阵列的输出性能预测[D];中国科学技术大学;2008年

6 朱艳萍;微电网多参数特性分析及其测控方法研究[D];燕山大学;2012年

7 熊远生;太阳能光伏发电系统的控制问题研究[D];浙江工业大学;2009年

8 史君海;光伏燃料电池混合发电系统控制设计与仿真研究[D];上海交通大学;2008年

9 董密;太阳能光伏并网发电系统的优化设计与控制策略研究[D];中南大学;2007年

10 徐瑞东;光伏发电系统运行理论与关键技术研究[D];中国矿业大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 庞志超;局部阴影条件下基于模糊控制的光伏阵列重构系统的研究[D];天津大学;2010年

2 钟丹;基于复合信息融合技术的光伏阵列故障诊断研究[D];天津大学;2012年

3 冯丽娜;局部阴影下光伏阵列的建模与动态组态优化[D];山东大学;2012年

4 徐勇;一种光伏阵列故障诊断与定位方法的研究[D];天津大学;2012年

5 李兵峰;光伏阵列故障检测方法的研究[D];天津大学;2010年

6 傅望;数字式光伏阵列模拟器研究[D];重庆大学;2011年

7 韩雄;光伏阵列模拟器的设计[D];太原理工大学;2012年

8 唐佳能;太阳能光伏阵列故障检测及仿真分析[D];华北电力大学;2012年

9 刘伟;基于ARM的光伏阵列最大功率跟踪系统的研究[D];合肥工业大学;2012年

10 岑长岸;基于组态优化的光伏阵列控制技术的研究[D];广东工业大学;2008年

本文编号：2568076