一种激光光伏发电系统优化利用方法

本发明属于激光光伏发电，特别涉及一种激光光伏发电系统优化利用方法。

背景技术：

1、在能源危机和环境保护的双重压力下，造成了传统化石能源的使用成本急剧上升。人们寻求更多缓解或解决能源危机的途径。太阳能作为一种极具发展潜力的新能源，收到了世界各国的普遍关注，而光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一。受环境影响，光伏电池(pv)输出电压和电流具有强烈的非线性，导致其出力波动。在特定的工作环境中，pv存在唯一一个最大功率输出点，为更好利用光伏发电，需对pv实施最大功率追踪。

2、随着激光无线传能方式的快速发展，采用激光无线充电的光伏发电系统得以出现。采用激光充能的光伏发电系统中光伏板上会出现明显的光斑和相对阴影，这些都会影响利用光伏电池传能的效率。

技术实现思路

1、鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的一种激光光伏发电系统优化利用方法，本方法在深入研究光伏电池在激光照射下的p-u曲线特性的基础上，利用曲线上优化功率点以下功率数值对称，以及曲线上恒流区功率/电压近似成比例的特点，从而在实施激光光伏发电系统能量优化利用过程中，对功率点实施从小到大的编织追踪，来迅速准确地定位到优化功率点。

2、为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

3、一种激光光伏发电系统优化利用方法，步骤为：

4、步骤1、基于激光光伏电池的p-u曲线，用前一时刻点到现工作点的坐标增量比，求出p-u曲线中某点处斜率k，求解公式(1)为：

5、

6、式中kn+1为p-u曲线中采样点(n+1)处斜率；δppv(n+1)为p-u曲线中采样点(n+1)处与前一采样点n处功率的变动值；δupv(n+1)为p-u曲线中采样点(n+1)处与前一采样点n处电压的变动值；δipv(n+1)为p-u曲线中采样点(n+1)处与前一采样点n处电流的变动值；upv(n+1)和upv(n)分别为p-u曲线中采样点(n+1)处与前一采样点n处的采样电压值；ipv(n+1)和ipv(n)分别为p-u曲线中采样点(n+1)处与前一采样点n处的采样电流值。

7、步骤2、定义激光光伏发电系统输入电压为pv电压upv，输出电压为后端直流电压ubus，电路输入、输出电压及电路占空比d的关系式为：

8、upv＝(1-d)upv+(1-d)uf+(rl+(1-d)rf+dron)il                 (2)；

9、式中，il为电感电流直流分量，rl为电感等效电阻；uf和rf分别为二极管d的正向压降及等效电阻；ron为开关管s导通电阻；d为占空比。

10、步骤3、简化公式(2)，得出等效公式(3)：电路正常工作范围内，rl、rf、ron均保持稳定且为微小量，在小容量分布式光伏电源中，il数值远小于ubus数值，因此式(2)中“rl+(1-d)rf+dron”可忽略；uf为常数；激光光伏发电系统中ubus保持稳定；因此，简化式(2)得：

11、upv≈cd’(3)；

12、式中，c为ubus与uf数值的和；c为一常数；d′等于1-d。

13、步骤4、把式(3)代入上式(1)，并实施占空比等步长变化，步长为△d，设△d>0，化简得：

14、

15、记为，

16、式中kn+1为p-u曲线中采样点(n+1)处斜率；δd为实施占空比等步长变化的步长；d(n+1)为采样点(n+1)处系统中占空比值；ipv(n+1)和ipv(n)分别为系统采样点(n+1)处与前一采样点n处的采样电流值；spn+1为简化标记符号，为公式(4)右边分子项。

17、从而对激光光伏发电系统的光伏电池实施输出功率优化。

18、优选的方案中，所述的步骤4中，对激光光伏发电系统的光伏电池实施输出功率优化过程如下：

19、步骤4.1，稳态时刻t1，在控制器内设定初始占空比为d1，测量对应光伏电池输出电流ipv1；

20、步骤4.2，占空比变为d2＝d1+△d，并在稳态时刻t2，测量对应的ipv2；

21、步骤4.3，按式(4)计算判据分子式sp2，并进行如下判断和执行：

22、步骤4.3.1，若sp2>0，则k2为负，表示光伏电池t2时刻处于优化功率点m右边，下一步应减少电压，控制占空比增加：d3＝d2+△d；

23、步骤4.3.2，若sp2<0，则k2为正，表示光伏电池处于优化功率点m左边，下一步增加电压，控制占空比减少：d3＝d2-△d；

24、步骤4.3.3，若sp2为零，则k2＝0，表示光伏电池刚好处于优化功率点m，下一步保持占空比d2不变。

25、优选的方案中，所述的步骤4.3.3中，有限采样中搜寻到曲线斜率k为零是不可实现的，考虑到p-u曲线中，越靠近点m斜率k的绝对值越小，因此当spn或者斜率kn足够小时，则认为此时处于优化功率点而停止追踪，即上面判断和执行中步骤4.3.3更改为：

26、步骤4.3.3’，若∣spn∣≤ε(∣spn∣、∣kn∣二者选一即可，ε为设定的很小常数)，则搜索到优化功率点，后续保持占空比dn不变。

27、本发明可达到以下有益效果：

28、本方法仅需测量激光光伏发电系统光伏电池输出电流ipv，然后把升压模块的占空比d与ipv作为变量一起输入到系统功率优化输出控制器中去，采用编织法来控制pv输出最大功率。

29、本方法在深入研究光伏电池在激光照射下的p-u曲线特性的基础上，利用曲线上优化功率点以下功率数值对称，以及曲线上恒流区功率/电压近似成比例(在一条直线上)的特点，从而在实施激光光伏发电系统能量优化利用过程中，对功率点实施从小到大的编织追踪，来迅速准确地定位到优化功率点。从而最优化利用激光光伏发电系统电能，提高激光光伏发电系统运维管理水平，有利于激光光伏发电系统的普及应用。

技术特征：

1.一种激光光伏发电系统优化利用方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种激光光伏发电系统优化利用方法，其特征在于：步骤4中，对激光光伏发电系统的光伏电池实施输出功率优化过程如下：

3.根据权利要求2所述的一种激光光伏发电系统优化利用方法，其特征在于：步骤4.3.3中，有限采样中搜寻到曲线斜率k为零是不可实现的，考虑到p-u曲线中，越靠近点m斜率k的绝对值越小，因此当spn或者斜率kn足够小时，则认为此时处于优化功率点而停止追踪，即上面判断和执行中步骤4.3.3更改为：

技术总结
一种激光光伏发电系统优化利用方法，包括本方法在深入研究光伏电池在激光照射下的P‑U曲线特性的基础上，利用曲线上优化功率点以下功率数值对称，以及曲线上恒流区功率/电压近似成比例的特点，从而在实施激光光伏发电系统能量优化利用过程中，对功率点实施从小到大的编织追踪，来迅速准确地定位到优化功率点。本方法仅需测量激光光伏发电系统光伏电池输出电流i<subgt;pv</subgt;，然后把升压模块的占空比d与i<subgt;pv</subgt;作为变量一起输入到系统功率优化输出控制器中去，采用编织法来控制PV输出最大功率。

技术研发人员：何云从
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8