一种串联光伏组件多峰i-v曲线仿真方法
【专利摘要】本发明公开了一种串联光伏组件多峰I-V曲线仿真方法，包括以下步骤：a.获取光伏组串中各光伏组件在标准条件下的参数信息；b.计算获取光伏组件在实际环境中的参数；c.将各光伏组件的实际短路电流按照大小进行排列；d.对各组件的实际开路电压求和得到光伏组串的开路电压；e.依次对各光伏组件进行仿真，得到每个组件在光伏组串中的I-V特性曲线以及仿真长度，进而计算得到光伏组串的仿真总长度；f.采用仿真步长统一法对各光伏组件的实际短路电流进行数据补全；g.选取各电压点对应的最大电流值作为该点的光伏组串输出电流，即可得到光伏组串受阴影遮挡时多峰I-V特性曲线。不采用迭代方法，仿真计算量小；仿真步长统一法简化了电流大小判断。
【专利说明】一种串联光伏组件多峰卜V曲线仿真方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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 X 10和10 X 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"。
[0008] 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 最大功率足艮踪算法（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。
[0009] 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。
[0010] 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】
[0011] 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。
[0012] 本发明通过以下技术方案实现： 一种串联光伏组件多峰I-V曲线仿真方法，包括以下步骤： a. 获取光伏组串中各光伏组件在标准条件下的参数信息，包括开路电压V。。、短路电流 Is。、最大功率点电压Vm、最大功率点电流Im、最大功率Pmpp、填充因子FF、电压温度系数β ; b. 根据辐照度、温度与组件参数之间的关系计算获取光伏组件在实际环境中的参数， 包括实际短路电流Isc/、实际开路电压V、实际最大功率点电流1/、实际最大功率点 电压V/ ;
【权利要求】
1. 一种串联光伏组件多峰I-V曲线仿真方法，其特征在于包括以下步骤： a. 获取光伏组串中各光伏组件在标准条件下的参数信息，包括开路电压V。。、短路电流 Is。、最大功率点电压Vm、最大功率点电流Im、最大功率Pmpp、填充因子FF、电压温度系数β ; b. 根据辐照度、温度与组件参数之间的关系计算获取光伏组件在实际环境中的参数， 包括实际短路电流Isc/、实际开路电压V、实际最大功率点电流1/、实际最大功率点 电压V/ ;
f. 采用仿真步长统一法对各光伏组件的实际短路电流Is。」进行数据补全，在各光伏组 件对应的I-V特性曲线之后加补（S i+1+···+Sn)个0值； g. 在光伏组串开路电压由0至V。。all变化过程中，选取各电压点对应的最大电流值作 为该点的光伏组串输出电流，即可得到光伏组串受阴影遮挡时多峰I-V特性曲线。
2.如权利要求1所述的一种串联光伏组件多峰Ι-ν曲线仿真方法，其特征在于：步骤 a所述的标准条件是辐照度为1000 W/ m2,组件温度25°C。
3. 如权利要求1所述的一种串联光伏组件多峰I-V曲线仿真方法，其特征在于：步骤 b所述组件电压温度系数为-0. 5/°C。
4. 如权利要求1所述的一种串联光伏组件多峰I-V曲线仿真方法，其特征在于：将步 骤g所述电压点与对应的光伏组串输出电流相乘，即可得到光伏组串受阴影遮挡时多峰 P-V特性曲线。
【文档编号】G06F17/50GK104063264SQ201410303861
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】陈健, 卢旻, 吴绍武, 谢剑锋, 王东阳 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司淮安供电公司, 江苏省电力公司