一种失配条件下光伏阵列动态组态重构拓扑电路及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光伏发电领域，特别是设及一种失配条件下光伏阵列动态组态重构拓 扑电路及方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球范围内的能源危机和环境问题日益严重，新能源的研究与应用受到世 界各国的广泛关注。太阳能W其分布广泛、储量巨大、清洁环保等优点得到广泛应用。由于 光伏发电系统的结构及其所处环境十分复杂，局部阴影或光照不均造成的阵列失配现象， 使P-V特性由单峰值曲线变为多峰值曲线，不仅使光伏阵列的输出功率降低，其热斑效应 还会造成安全和可靠性问题。在实际的运营中，传统的光伏阵列的串并联拓扑结构是固定 的，当有阴影发生时，阵列中的光伏组件会相互影响，导致光伏阵列的输出功率减少。为 减小阴影的影响，使光伏阵列根据自身的工作状态实时自动调整其连接方式，即动态组态 重构，是提高光伏阵列输出功率的重要方法。
[0003]目前，解决局部阴影影响的方法是在集中式光伏阵列发电系统中，应用全局峰值 判定的最大功率点跟踪算法，但运种算法复杂，对控制器计算速度和精度要求较高，不易在 硬件中实现。对于大规模的光伏阵列，当有局部阴影产生时，如何用行之有效的方法，用最 少的传感器、电子开关等元件，使得阴影对光伏阵列的输出功率的影响达到最小，同时还可 W节约成本，成为了近些年来学者的主要研究方向。失配条件下。光伏阵列的动态组态的 优化，对保障光伏电站高效可靠的运营，提高光伏收益具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术上存在的不足，本发明目的是通过改变光伏阵列在失配条件下的拓 扑结构，降低失配对输出功率造成的影响，公开一种失配条件下光伏阵列动态组态重构拓 扑电路及方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
[0006] 一种失配条件下光伏阵列动态组态重构拓扑电路，包括RELAY1、RELAY2、RELAYS S个电子开关，2个直流变换器，分别为DC/DC1和DC/DC2 ;W及6个光伏组件，分别为光伏 组件1、光伏组件2、光伏组件3、光伏组件4、光伏组件5、光伏组件6 ;
[0007] 所述6个光伏组件与DC/DC1和DC/DC2串联成一起，所述RELAYl并联在光伏组件 1和光伏组件4之间，所述RELAY2并联在光伏组件2和光伏组件5之间，所述RE1JW3并联 在光伏组件3和光伏组件6之间。
[0008] -种失配条件下光伏阵列动态组态重构方法，利用上述的电路，Ii和V1、Iz和V2分 别为两串组件对应的电流和电压，Si为被遮挡组件的福照度，S为正常工作组件的福照度， 当电子开关RELAY1、RELAY2、RELAY3断开时，两串组件分别接入DC/DC1和DC/DC2,此时电 路为多路MPPT电路结构，当RELAY1、RELAY2、RE1JW3闭合时，DC/DC1被短路，两串组件组成 3X2的TCT电路结构，接入DC/DC2 ;
[0009] (I)、通过采样到的光伏阵列工作在最大功率点时的电流IW及处于失配条件下 的组件上的电流Ii,计算得出此时正常工作组件上的福照度S和失配组件上的福照度Si;
[0010] (2)、再利用S和Si计算阵列在多路MPPT电路结构和TCT电路结构下的输出功率， 根据输出功率最优原则，选择要切换的光伏阵列工作电路结构，实现光伏阵列动态组态重 构优化。
[0011] 上述步骤似中多路MPPT电路结构下的动态组态重构优化的方法如下：
[001引在多路MPPT拓扑电路结构中，光伏组件1、光伏组件2和光伏组件3串联形成左 侧光伏串，光伏组件4、光伏组件5和光伏组件6串联形成右侧光伏串，当左侧的光伏组件 1被遮挡而发生失配时，左侧光伏串处于失配状态，而其余右侧的光伏组件串正常工作，此 时，正常工作的光伏组件上的电压Vz和输出功率P2分别为：
[0013]
[0014]
[0015] 其中，12为正常工作组件所在串的电流，DI和DV分别为正常工作组件电流、电压 的变化量，V。。为组件的开路电压，ISt为组件的短路电流，Cl和C2为标准条件下常数，标准 条件指福照度为looow/m2,溫度为25°C的状态，Vd表示旁路二极管或阻塞二极管的压降；
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 其中，S为正常工作组件的福照度，SfW为标准条件下的福照度，Rg为串联电阻，IM、 Vm分别为标准条件下下的最大功率点的电流和电压；
[0021] 当光伏组件被遮挡时，其P-V曲线会出现多个峰值，定义最大功率点靠近短路电 流一侧的一段P-V曲线为左峰，最大功率点靠近远离短路电流一侧的一段P-V曲线为右峰； 当组件在多路MPPT条件下，光伏组件1被遮挡左侧光伏组件串此时有2个局部峰值点即 左峰和右峰，当左侧光伏组件串工作在左峰时，被遮挡组件被旁路二极管旁路，组件完全失 配，该串正常工作光伏组件电压Vs为：
巧）
[0022] 则左侧光伏组件串输出功率Pi和电流I1的关系：
[0023]
(8)
[0027] 正常光伏组件上电压为：[0028]
(611)
[0024] 当左侧光伏串工作在右峰时，左右两串的电流相等，即Ii=I2,失配光伏组件电压 为：
[0025] 傑
[0026]
[002引此时，左侧光伏组件串输出功率Pi和电流I 1的关系：
[0030]
C12)
[003。其中，DI、DV、Dll、DVi由公式（3)、（4)、（10)求得；
[003引将公式做和（4)代入公式似，将不同工作情况时的Pz和I2作为输入量，则公 式左右两边只有一个未知数S，即可求得此时正常工作光伏组件上福照度S，即：
[003引
（巧）
[0034] Cz由公式巧）、做求得，I SC、Voc的数值由所使用光伏组件的参数决定，R S为串 联电阻大小；
[003引将公式（10)代入公式（12)，将不同工作情况时的Pi和I1作为输入量，则公式左 右两边只有一个未知数Si,即可求得此时失配光伏组件上福照度Si,即：
[0036]
(14)1
[0037]失配组件电流Ii和福照度S1的关系如下：
[0038]对Ii和S1具体的数值进行分析，将处于无失配下的光伏组件的福照度S设为 lOOOW/m2,而失配光伏组件的福照度Si从O-lOOOW/m2变化，可得出失配光伏组件福照度S1 与多路MPPT电路下输出功率Pi的关系，W及失配光伏组件的电流I1和失配组件的福照度 Si关系，I1和S1关系如下所不： <570W/Itfor=IQOQrznf(/, - 2.76^)1
[0039] 荀H ^(15)。
[ 400.4/,-116 {others)
[0040]TCT电路结构下的动态组态重构优化的方法如下：
[0041] 开关RELAYl，RELAY2,RELAY3导通时，光伏阵列工作于TCT工况，在TCT工况下， 3X2光伏阵列出现失配时，出现两个局部极值点，TCT工况工作在左峰，即光伏阵列最大功 率点在左侧的局部极值点时，被遮挡组件被旁路二极管旁路，严重失配，TCT工况的输出功 率是远小于相同条件下的多路MPPT工况，而当失配条件轻微时，TCT工况下光伏阵列右峰 的输出功率是远高于左峰，忽略TCT工况下阵列工作在左峰的情况；
[0042]TCT工况工作在右峰时，左侧失配光伏组件上的电压值和右侧光伏组件串上的电 压值相同，表示为：
[0043]
(16)
[0044] 其中，V'为失配光伏组件两端的电压，I/为失配光伏组件所在串的电流，DV'和 DI'是分别为失配光伏组件的电压电流变化量，I'整个光伏阵列的输出电流，即（I/+1'2)， 对左右两端计算可W得到：
[0045]
(1巧
[0046] 其中，DV'和DI'是分别为正常工作的光伏组件的电压电流变化量，I'2为右侧串 组件的工作电流。
[0047]TCT光伏阵列中光伏组件2、光伏组件5、光伏组件3、光伏组件6的输出特性相同， 其上电压V3'为：
[0048]
(1.苟
[0049] 由此可W得到光伏阵列的输出功率P'和输出电流I'的关系：
[0050] 户'=/'口戸3+气'_。）
(19)
[0051] 其中，DI'、DV'、DIi'、DVi'由公式（3)、（4)、（10)得到，将运四个数代入公式（17) 和（19)，得到两个方程：
[0052]
OO
[0053] (21)
[0054] 其中S'为正常工作光伏组件上福照度，Si'为失配光伏组件上福照；含有两个未 知数S'和S/，将光伏阵列控制器采样到的光伏阵列功率P、光伏阵列输出电流I和失配组 件上电流值Ii作为输入，即可得到S'和S 1'的大小；
[00巧]失配组件电流Ii和福照度S 1'的关系如下：
[0056] 设定正常工作光伏组件上福照度S'为lOOOW/m2,失配光伏组件上福照度Si'从 O-lOOOW/m 2变化，可W得出在TCT工况下，失配光伏组件福照度S 1'和光伏阵列输出功率P 之间的关系，W及失配光伏组件上电流Ii和失配组件福照度Si'的关系，Ii和S/关系如下 所示：
[0057] S/ = 巧.12 (20)。
[0058] 初始时，光伏阵列工作在多路MPPT工况下，通过采样到的光伏阵列工作在最大功 率点时的电流I W及处于失配条件下的组件上的电流Ii,计算得出此时正常工作组件上的 福照度S和失配组件上的福照度Si,再利用S和Si计算阵列在多路MPPT工况和TCT工况