一種失配條件下光伏陣列動態(tài)組態(tài)重構(gòu)拓撲電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光伏發(fā)電領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種失配條件下光伏陣列動態(tài)組態(tài)重構(gòu)拓 撲電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球范圍內(nèi)的能源危機和環(huán)境問題日益嚴重，新能源的研究與應(yīng)用受到世 界各國的廣泛關(guān)注。太陽能W其分布廣泛、儲量巨大、清潔環(huán)保等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。由于 光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其所處環(huán)境十分復(fù)雜，局部陰影或光照不均造成的陣列失配現(xiàn)象， 使P-V特性由單峰值曲線變?yōu)槎喾逯登€，不僅使光伏陣列的輸出功率降低，其熱斑效應(yīng) 還會造成安全和可靠性問題。在實際的運營中，傳統(tǒng)的光伏陣列的串并聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)是固定 的，當(dāng)有陰影發(fā)生時，陣列中的光伏組件會相互影響，導(dǎo)致光伏陣列的輸出功率減少。為 減小陰影的影響，使光伏陣列根據(jù)自身的工作狀態(tài)實時自動調(diào)整其連接方式，即動態(tài)組態(tài) 重構(gòu)，是提高光伏陣列輸出功率的重要方法。
[0003]目前，解決局部陰影影響的方法是在集中式光伏陣列發(fā)電系統(tǒng)中，應(yīng)用全局峰值 判定的最大功率點跟蹤算法，但運種算法復(fù)雜，對控制器計算速度和精度要求較高，不易在 硬件中實現(xiàn)。對于大規(guī)模的光伏陣列，當(dāng)有局部陰影產(chǎn)生時，如何用行之有效的方法，用最 少的傳感器、電子開關(guān)等元件，使得陰影對光伏陣列的輸出功率的影響達到最小，同時還可 W節(jié)約成本，成為了近些年來學(xué)者的主要研究方向。失配條件下。光伏陣列的動態(tài)組態(tài)的 優(yōu)化，對保障光伏電站高效可靠的運營，提高光伏收益具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是通過改變光伏陣列在失配條件下的拓 撲結(jié)構(gòu)，降低失配對輸出功率造成的影響，公開一種失配條件下光伏陣列動態(tài)組態(tài)重構(gòu)拓 撲電路及方法。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0006] 一種失配條件下光伏陣列動態(tài)組態(tài)重構(gòu)拓撲電路，包括RELAY1、RELAY2、RELAYS S個電子開關(guān)，2個直流變換器，分別為DC/DC1和DC/DC2 ;W及6個光伏組件，分別為光伏 組件1、光伏組件2、光伏組件3、光伏組件4、光伏組件5、光伏組件6 ;
[0007] 所述6個光伏組件與DC/DC1和DC/DC2串聯(lián)成一起，所述RELAYl并聯(lián)在光伏組件 1和光伏組件4之間，所述RELAY2并聯(lián)在光伏組件2和光伏組件5之間，所述RE1JW3并聯(lián) 在光伏組件3和光伏組件6之間。
[0008] -種失配條件下光伏陣列動態(tài)組態(tài)重構(gòu)方法，利用上述的電路，Ii和V1、Iz和V2分 別為兩串組件對應(yīng)的電流和電壓，Si為被遮擋組件的福照度，S為正常工作組件的福照度， 當(dāng)電子開關(guān)RELAY1、RELAY2、RELAY3斷開時，兩串組件分別接入DC/DC1和DC/DC2,此時電 路為多路MPPT電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)RELAY1、RELAY2、RE1JW3閉合時，DC/DC1被短路，兩串組件組成 3X2的TCT電路結(jié)構(gòu)，接入DC/DC2 ;
[0009] (I)、通過采樣到的光伏陣列工作在最大功率點時的電流IW及處于失配條件下 的組件上的電流Ii,計算得出此時正常工作組件上的福照度S和失配組件上的福照度Si;
[0010] (2)、再利用S和Si計算陣列在多路MPPT電路結(jié)構(gòu)和TCT電路結(jié)構(gòu)下的輸出功率， 根據(jù)輸出功率最優(yōu)原則，選擇要切換的光伏陣列工作電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)光伏陣列動態(tài)組態(tài)重 構(gòu)優(yōu)化。
[0011] 上述步驟似中多路MPPT電路結(jié)構(gòu)下的動態(tài)組態(tài)重構(gòu)優(yōu)化的方法如下：
[001引在多路MPPT拓撲電路結(jié)構(gòu)中，光伏組件1、光伏組件2和光伏組件3串聯(lián)形成左 側(cè)光伏串，光伏組件4、光伏組件5和光伏組件6串聯(lián)形成右側(cè)光伏串，當(dāng)左側(cè)的光伏組件 1被遮擋而發(fā)生失配時，左側(cè)光伏串處于失配狀態(tài)，而其余右側(cè)的光伏組件串正常工作，此 時，正常工作的光伏組件上的電壓Vz和輸出功率P2分別為：
[0013]
[0014]
[0015] 其中，12為正常工作組件所在串的電流，DI和DV分別為正常工作組件電流、電壓 的變化量，V。。為組件的開路電壓，ISt為組件的短路電流，Cl和C2為標準條件下常數(shù)，標準 條件指福照度為looow/m2,溫度為25°C的狀態(tài)，Vd表示旁路二極管或阻塞二極管的壓降；
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 其中，S為正常工作組件的福照度，SfW為標準條件下的福照度，Rg為串聯(lián)電阻，IM、 Vm分別為標準條件下下的最大功率點的電流和電壓；
[0021] 當(dāng)光伏組件被遮擋時，其P-V曲線會出現(xiàn)多個峰值，定義最大功率點靠近短路電 流一側(cè)的一段P-V曲線為左峰，最大功率點靠近遠離短路電流一側(cè)的一段P-V曲線為右峰； 當(dāng)組件在多路MPPT條件下，光伏組件1被遮擋左側(cè)光伏組件串此時有2個局部峰值點即 左峰和右峰，當(dāng)左側(cè)光伏組件串工作在左峰時，被遮擋組件被旁路二極管旁路，組件完全失 配，該串正常工作光伏組件電壓Vs為：
巧）
[0022] 則左側(cè)光伏組件串輸出功率Pi和電流I1的關(guān)系：
[0023]
(8)
[0027] 正常光伏組件上電壓為：[0028]
(611)
[0024] 當(dāng)左側(cè)光伏串工作在右峰時，左右兩串的電流相等，即Ii=I2,失配光伏組件電壓 為：
[0025] 傑
[0026]
[002引此時，左側(cè)光伏組件串輸出功率Pi和電流I 1的關(guān)系：
[0030]
C12)
[003。其中，DI、DV、Dll、DVi由公式（3)、（4)、（10)求得；
[003引將公式做和（4)代入公式似，將不同工作情況時的Pz和I2作為輸入量，則公 式左右兩邊只有一個未知數(shù)S，即可求得此時正常工作光伏組件上福照度S，即：
[003引
（巧）
[0034] Cz由公式巧）、做求得，I SC、Voc的數(shù)值由所使用光伏組件的參數(shù)決定，R S為串 聯(lián)電阻大?。?br>[003引將公式（10)代入公式（12)，將不同工作情況時的Pi和I1作為輸入量，則公式左 右兩邊只有一個未知數(shù)Si,即可求得此時失配光伏組件上福照度Si,即：
[0036]
(14)1
[0037]失配組件電流Ii和福照度S1的關(guān)系如下：
[0038]對Ii和S1具體的數(shù)值進行分析，將處于無失配下的光伏組件的福照度S設(shè)為 lOOOW/m2,而失配光伏組件的福照度Si從O-lOOOW/m2變化，可得出失配光伏組件福照度S1 與多路MPPT電路下輸出功率Pi的關(guān)系，W及失配光伏組件的電流I1和失配組件的福照度 Si關(guān)系，I1和S1關(guān)系如下所不： <570W/Itfor=IQOQrznf(/, - 2.76^)1
[0039] 荀H ^(15)。
[ 400.4/,-116 {others)
[0040]TCT電路結(jié)構(gòu)下的動態(tài)組態(tài)重構(gòu)優(yōu)化的方法如下：
[0041] 開關(guān)RELAYl，RELAY2,RELAY3導(dǎo)通時，光伏陣列工作于TCT工況，在TCT工況下， 3X2光伏陣列出現(xiàn)失配時，出現(xiàn)兩個局部極值點，TCT工況工作在左峰，即光伏陣列最大功 率點在左側(cè)的局部極值點時，被遮擋組件被旁路二極管旁路，嚴重失配，TCT工況的輸出功 率是遠小于相同條件下的多路MPPT工況，而當(dāng)失配條件輕微時，TCT工況下光伏陣列右峰 的輸出功率是遠高于左峰，忽略TCT工況下陣列工作在左峰的情況；
[0042]TCT工況工作在右峰時，左側(cè)失配光伏組件上的電壓值和右側(cè)光伏組件串上的電 壓值相同，表示為：
[0043]
(16)
[0044] 其中，V'為失配光伏組件兩端的電壓，I/為失配光伏組件所在串的電流，DV'和 DI'是分別為失配光伏組件的電壓電流變化量，I'整個光伏陣列的輸出電流，即（I/+1'2)， 對左右兩端計算可W得到：
[0045]
(1巧
[0046] 其中，DV'和DI'是分別為正常工作的光伏組件的電壓電流變化量，I'2為右側(cè)串 組件的工作電流。
[0047]TCT光伏陣列中光伏組件2、光伏組件5、光伏組件3、光伏組件6的輸出特性相同， 其上電壓V3'為：
[0048]
(1.茍
[0049] 由此可W得到光伏陣列的輸出功率P'和輸出電流I'的關(guān)系：
[0050] 戶'=/'口戸3+氣'_。）
(19)
[0051] 其中，DI'、DV'、DIi'、DVi'由公式（3)、（4)、（10)得到，將運四個數(shù)代入公式（17) 和（19)，得到兩個方程：
[0052]
OO
[0053] (21)
[0054] 其中S'為正常工作光伏組件上福照度，Si'為失配光伏組件上福照；含有兩個未 知數(shù)S'和S/，將光伏陣列控制器采樣到的光伏陣列功率P、光伏陣列輸出電流I和失配組 件上電流值Ii作為輸入，即可得到S'和S 1'的大??；
[00巧]失配組件電流Ii和福照度S 1'的關(guān)系如下：
[0056] 設(shè)定正常工作光伏組件上福照度S'為lOOOW/m2,失配光伏組件上福照度Si'從 O-lOOOW/m 2變化，可W得出在TCT工況下，失配光伏組件福照度S 1'和光伏陣列輸出功率P 之間的關(guān)系，W及失配光伏組件上電流Ii和失配組件福照度Si'的關(guān)系，Ii和S/關(guān)系如下 所示：
[0057] S/ = 巧.12 (20)。
[0058] 初始時，光伏陣列工作在多路MPPT工況下，通過采樣到的光伏陣列工作在最大功 率點時的電流I W及處于失配條件下的組件上的電流Ii,計算得出此時正常工作組件上的 福照度S和失配組件上的福照度Si,再利用S和Si計算陣列在多路MPPT工況和TCT工況