一種串聯(lián)光伏組件多峰i-v曲線仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，包括以下步驟：a.獲取光伏組串中各光伏組件在標準條件下的參數(shù)信息；b.計算獲取光伏組件在實際環(huán)境中的參數(shù)；c.將各光伏組件的實際短路電流按照大小進行排列；d.對各組件的實際開路電壓求和得到光伏組串的開路電壓；e.依次對各光伏組件進行仿真，得到每個組件在光伏組串中的I-V特性曲線以及仿真長度，進而計算得到光伏組串的仿真總長度；f.采用仿真步長統(tǒng)一法對各光伏組件的實際短路電流進行數(shù)據(jù)補全；g.選取各電壓點對應的最大電流值作為該點的光伏組串輸出電流，即可得到光伏組串受陰影遮擋時多峰I-V特性曲線。不采用迭代方法，仿真計算量小；仿真步長統(tǒng)一法簡化了電流大小判斷。
【專利說明】一種串聯(lián)光伏組件多峰卜V曲線仿真方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏組件建模仿真領域，具體涉及一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿 真方法。

【背景技術】
[0002] 近些年來，以風能、太陽能為代表的新能源在全球得到迅猛發(fā)展。截止2011年底， 全球太陽能發(fā)電累計裝機容量達到6740萬千瓦，其中，光伏組件產量增速驚人，2010年太 陽電池組件出貨量達20GW，2011年光伏組件出貨量達27. 7GW，預計至2020年，光伏組件年 產量將達40GW。在此情況下，光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率也正受到廣泛重視，而影響光伏系統(tǒng)發(fā)電 效率的重要因素就是光伏逆變器對光伏陣列P-V曲線最大功率點的跟蹤精度。
[0003] 根據(jù)光伏組件特性，其理想P-V曲線為一條單峰拋物線，光伏逆變器僅需要跟蹤 其單峰頂端即可，但這是在假設光伏組件特性完全相同的前提下；受制作過程中的誤差和 老化問題影響，還有在實際運行中行云、樹木、建筑物以及鳥類排泄物的影響，光伏陣列會 受到局部遮擋，在這種情況下，光伏組件所接收的太陽輻照度存在較大差異性，光伏組串輸 出特性也會發(fā)生改變，整個光伏組串的I-V特性曲線上必然會出現(xiàn)多個膝點，對應的P-V特 性曲線上會出現(xiàn)多個峰值點，造成光伏逆變器最大功率點跟蹤失效。
[0004] 馮麗娜在其碩士論文《局部陰影下光伏陣列的建模與動態(tài)組態(tài)優(yōu)化》中公開了一 種利用太陽能電池工程用模型，根據(jù)不同輻照度的I-V曲線特性分電壓段模擬出陰影遮擋 下的光伏陣列多峰曲線，在陰影組件固定情況下，通過不同光伏陣列的分布，進而求得相同 陰影條件下光伏陣列的最優(yōu)分布和最差分布。
[0005] 2009年，肖景良、徐政在《中國電機工程學報》上發(fā)表題為《局部陰影條件下光伏 陣列的優(yōu)化設計》論文，針對大功率集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)，比較了陰影分布及陣列結構對 光伏陣列輸出特性影響，并提出了局部陰影條件下光伏陣列最大功率點的簡化算法，通過 單串陣列以及多串并聯(lián)陣列的局部陰影分析以及局部陰影分布分析，得出當陰影均勻分布 時，（陰影遮擋組件-1)為列的整數(shù)倍，最大輸出功率下降；當陰影集中分布時，（陰影遮擋組 件-1)為行的整數(shù)倍，最大輸出功率下降。
[0006] 戚軍、張曉峰等人以組件為基本單元，兼顧旁路二極管和防逆二極管的影響，建立 光伏陣列的高維數(shù)學模型，根據(jù)不同陰影遮擋模式，文中將均勻陰影分為三種方式，不均勻 陰影也分為三種方式，在不同陰影遮擋方式下，光伏陣列I-V曲線也會呈現(xiàn)出不同的結果， 組串完全遮擋對光伏陣列I-V曲線影響較小，而相同遮擋塊數(shù)下離散陰影對光伏陣列I-V 曲線影響較大；另外，相同情況下，不均勻陰影遮擋相較于均勻陰影遮擋，將出現(xiàn)更多的 I-V曲線峰。
[0007] 2010年，卞海、徐青山在《電工技術學報》上發(fā)表文章《考慮隨機陰影影響的光伏 陣列失配運行特性》建立光伏組件物理模型，分析在三種陰影遮擋模式下8 X 10和10 X 8排 布的光伏陣列最大輸出功率；結果表明在相同組件陰影遮擋數(shù)目下，優(yōu)先采用并聯(lián)組件可 不受太陽能組串最大可供電流的約束，同時減小開路電壓，從而提升最大功率；同時，文獻 還分析了當局部輻照強度下降時光伏陣列最大輸出功率不變的"門檻效應"。
[0008] 2008年，陳如亮、崔巖在《系統(tǒng)仿真學報》上發(fā)表文章《光照不均勻情況下光伏組 件仿真模型的研究》通過電壓步長的離散化，得到光伏組件的電壓-電流對應矩陣，采用 迭代法對光伏對縫光伏組件I-V特性進行仿真，得到多峰I-V曲線；同時，文章利用二步 最大功率足艮蹤算法（A study on a two stage maximum power point tracking control of a photovoltaic system under partially shaded insolation conditions)進行多峰光伏組 件的MPP跟蹤仿真。
[0009] 除此之外，針對光伏陣列的建模研究，主要有如下3種方法： 1) 通過仿真軟件，如MATLAB，Pspice等搭建電路，建立光伏陣列的模型； 2) 建立光伏陣列的數(shù)學方程，在軟件環(huán)境中進行算法編程，建立光伏陣列的模型； 3) 通過智能算法，只討論光伏陣列的輸出與輸入變量之間的關系，建立光伏陣列的模 型。
[0010] 綜上，目前主要通過電壓值離散化對光伏組件多峰I-V曲線進行建模，其模型建 立較為復雜，其中還涉及迭代方法、超越方程等較為復雜的數(shù)學方法，給模型求解與仿真帶 來一定困難。


【發(fā)明內容】

[0011] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，可以 解決現(xiàn)有技術主要通過電壓值離散化對光伏組件多峰I-V曲線進行建模，其模型建立較為 復雜，導致給模型求解與仿真帶來一定困難的問題。
[0012] 本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)： 一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，包括以下步驟： a. 獲取光伏組串中各光伏組件在標準條件下的參數(shù)信息，包括開路電壓V。。、短路電流 Is。、最大功率點電壓Vm、最大功率點電流Im、最大功率Pmpp、填充因子FF、電壓溫度系數(shù)β ; b. 根據(jù)輻照度、溫度與組件參數(shù)之間的關系計算獲取光伏組件在實際環(huán)境中的參數(shù)， 包括實際短路電流Isc/、實際開路電壓V、實際最大功率點電流1/、實際最大功率點 電壓V/ ;

【權利要求】
1. 一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，其特征在于包括以下步驟： a. 獲取光伏組串中各光伏組件在標準條件下的參數(shù)信息，包括開路電壓V。。、短路電流 Is。、最大功率點電壓Vm、最大功率點電流Im、最大功率Pmpp、填充因子FF、電壓溫度系數(shù)β ; b. 根據(jù)輻照度、溫度與組件參數(shù)之間的關系計算獲取光伏組件在實際環(huán)境中的參數(shù)， 包括實際短路電流Isc/、實際開路電壓V、實際最大功率點電流1/、實際最大功率點 電壓V/ ;
f. 采用仿真步長統(tǒng)一法對各光伏組件的實際短路電流Is?！惯M行數(shù)據(jù)補全，在各光伏組 件對應的I-V特性曲線之后加補（S i+1+···+Sn)個0值； g. 在光伏組串開路電壓由0至V。。all變化過程中，選取各電壓點對應的最大電流值作 為該點的光伏組串輸出電流，即可得到光伏組串受陰影遮擋時多峰I-V特性曲線。
2.如權利要求1所述的一種串聯(lián)光伏組件多峰Ι-ν曲線仿真方法，其特征在于：步驟 a所述的標準條件是輻照度為1000 W/ m2,組件溫度25°C。
3. 如權利要求1所述的一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，其特征在于：步驟 b所述組件電壓溫度系數(shù)為-0. 5/°C。
4. 如權利要求1所述的一種串聯(lián)光伏組件多峰I-V曲線仿真方法，其特征在于：將步 驟g所述電壓點與對應的光伏組串輸出電流相乘，即可得到光伏組串受陰影遮擋時多峰 P-V特性曲線。
【文檔編號】G06F17/50GK104063264SQ201410303861
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】陳健, 盧旻, 吳紹武, 謝劍鋒, 王東陽 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司淮安供電公司, 江蘇省電力公司