[发明专利]光伏电池阵列局部可重构电气系统的重构优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其是一种光伏电池阵列的运行控制方法。

背景技术

随着传统能源的枯竭和环保意识的觉醒，太阳能的开发利用日益受到重视，光伏发电是利用太阳能的主要方式。由于单个光伏电池的输出电压和电流都较小，无法直接满足并网或大部分用电负载的用电要求，所以需要将多个光伏电池通过串并联组成光伏组件。光伏发电站中需要用大量的光伏组件来组成光伏阵列，从而获取所需的光伏输出电压和功率。为了防止热斑现象出现损坏光伏电池，光伏阵列中还装设有旁路二极管和防逆二极管。当光伏组件输出特性一致且光照均匀时，光伏阵列的输出功率-电压(P-U)特性曲线呈现单峰现象，此时传统的最大功率点跟踪(MPPT)方法可以很容易跟踪到最大功率点(MPP)。

当光伏阵列中存在光照条件不均匀、温度差、组件特性不一致等影响光伏电池组件输出特性差异的因素时，光伏阵列的输出P-U特性曲线极有可能呈现多峰值现象，此时光伏阵列的最大输出功率损失通常明显大于因光照、温度等外部环境因素引起的光伏组件功率损失之和。这是因为光伏阵列运行于MPP并不等同于其内部的每个光伏电池组件都运行于MPP，其中存在较大的失配功率损失。

改进MPPT方法对于减少失配功率损失显然是无能为力，降低或消除失配功率损失必须从光伏阵列的电气连接结构出发寻找解决办法。有学者提出通过对光伏阵列的电气连接结构进行重构来消除失配功率损失，无奈重构系统结构过于繁杂、重构优化算法计算复杂度过大，所以光伏阵列重构技术目前仍停留在理论研究阶段。在确保调节能力的前提下，简化光伏阵列重构系统的结构，并建立相应的低计算复杂度的重构优化策略，对于改善光伏阵列发电效率，减少功率损失具有重要意义。

发明内容

为了克服已有光伏电池阵列的由于光伏电池组件输出特性不匹配而引入的失配功率损失、发电效率较低的不足，本发明提供一种有效减少由于光伏电池组件输出特性不匹配而引入的失配功率损失、发电效率较高的光伏电池阵列局部可重构电气系统的重构优化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种光伏电池阵列局部可重构电气系统的重构优化方法，所述光伏电池阵列包括由固定结构部分与可重构部分组成，

所述固定结构部分的光伏阵列包含M组串联着的光伏组件组，每组光伏组件组的两端接口并联可重构部分的任意若干个光伏组件；所述可重构部分包括N块光伏组件，N块光伏组件将被分成M组后分别并联到与之对应的固定结构的M组光伏组件组的外部接口上；

每个光伏组件串联有一个防逆二极管，固定结构部分的光伏阵列中每组并联光伏组件组先串联一个电流互感器后并联一个旁路二极管和一个电压互感器，可重构部分的光伏阵列中每个光伏组件串联一个电流互感器；

光伏阵列运行过程中，对于可重构部分光伏阵列中的光伏组件，通过实时测量光伏组件的端电压以及流过的电流，根据光伏组件的数学模型快速估算出每个光伏组件的短路电流I_sci，i=1，2，3，……，N；对于固定结构部分光伏阵列中的光伏组件，通过实时测量每组并联光伏组件组的端电压和总电流，根据并联光伏组件组的等效模型快速估算出每组光伏组件组的合成短路电流I_scj，j=1，2，3，……，M；

所述重构优化方法包括以下步骤：

(1)采集电压和电流信号；当重构优化启动时间到或者串联光伏组件组的端电压之间出现超出预设差值时，启动光伏阵列重构优化；

(2)根据固定结构部分光伏组件组的端电压及通过每组并联光伏组件的总电流测量值，计算每组光伏组件组的短路电流值I_scj，j=1，2，3，……，M，并按短路电流从大到小的顺序对光伏组件组进行排序；

(3)根据可重构部分光伏组件的端电压和电流测量值，计算每个光伏组件的短路电流值I_sci，i=1，2，3，……，N，并按短路电流从大到小的顺序对光伏组件进行排序；

(4)计算重构后光伏阵列中串联着的每组并联光伏组件组的短路电流目标值I_sc，计算公式为重构的目标是使每组光伏组件的短路电流之和尽可能接近该目标值I_sc；