[发明专利]一种光伏阵列全局最大功率点跟踪方法

说明书

技术领域：

本发明涉及光伏发电系统中光伏阵列最大功率点跟踪技术，属于光伏发电系统运行控制领域。

背景技术：

太阳能光伏发电技术，因其清洁无污染、安装方便、不受地域限制、运行维护简单等诸多优点，成为继风力发电之后的主要新能源发电方式。随着各国光伏补贴政策的逐渐退出，光伏发电系统的高效运行对于降低光伏电力成本变得尤为重要。

光伏发电系统中的光伏阵列由大量光伏电池以一定的串并联结构组成，具有光电转换功能。光伏阵列的输出功率不仅与其所处的环境和阵列结构等客观因素有关，还与光伏阵列的输出端电压密切相关。对于特定结构的光伏阵列，每种运行环境下都存在使输出功率最大的端电压，该运行点称作最大功率点(Maximum Power Point，MPP)。考虑到实际光伏阵列的运行环境处于不断变化中，包括日出日落、阴晴雨雪、局部阴影遮挡等，光照和温度的变化会引起光伏阵列MPP运行点的转移，具有实际应用意义的光伏发电系统都安装有最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)控制装置，实现任意运行条件下MPP的实时跟踪。

当光伏阵列的输出功率-电压(P-U)特性曲线呈现单峰时，利用爬山法、导数增量法等传统MPPT方法可以较好地实现MPP的准确快速跟踪；受局部阴影影响，光伏阵列的输出P-U特性曲线极有可能呈现多峰，此时传统MPPT方法可能无法区分全局MPP与局部MPP，从而导致光伏阵列运行于局部MPP、引起输出功率的大幅度减少。目前，有一些多峰MPPT方法虽然较传统MPPT方法有一定的改进，但可能存在跟踪失效、功率振荡剧烈、零功率输出等问题。

若能实时获取光伏阵列的输出P-U特性曲线，那么就能知道光伏阵列的全局MPP点电压，通过MPPT控制器可以让光伏阵列运行在全局MPP。考虑到光伏阵列中温度差异不大且温度对光伏组件输出特性影响较小，因此可以不考虑光伏阵列中的温度差异。受局部阴影影响，光伏阵列中光伏组件的光照可能存在较大差异，从而导致光伏组件输出特性出现显著差异。若要掌握整个光伏阵列的局部阴影状况，通常需要安装大量的光传感器，以实现对辐照度的精细化测量。大量的传感器意味着建设成本高和系统复杂，对局部阴影测量精细度要求越高，传感器的数量亦将成倍增加。

发明内容：

本发明针对光伏阵列运行过程中全局MPP随光照条件动态变化的问题，利用图像处理技术和计算机仿真分析相结合的方式来获取光伏阵列实时运行光照数据，并通过计算机仿真快速得到光伏阵列的输出P-U特性曲线及对应的全局MPP电压值，据此来设计MPPT算法。该方法只需要少量光传感器就可以高精度、快速地获取光伏阵列的辐照度分布，从而得到光伏阵列的全局MPP端电压值，实现光伏阵列的实时全局MPP平稳跟踪控制。

为了实现上述技术目标，本发明提出的技术方案包括光伏阵列、光传感器、图像采集装置、光伏发电系统控制中心、MPPT控制器、光伏阵列输出功率变换装置、通信网络等。光伏阵列由若干个光伏电池组件和二极管构成，其作为一个整体通过功率变换装置直接向负载供电或者连接外部电网。光伏阵列的输出端电压受控于MPPT控制器，通过调整光伏阵列的端电压可以实现最大功率输出。光传感器获取的辐照度信息和图像采集装置获取的光伏阵列图像信息都通过通信网络传输到光伏发电系统控制中心，辨识出当前光伏阵列的辐照度分布数据，仿真计算光伏阵列的P-U曲线并获取全局MPP电压数据。若光伏发电系统控制中心计算出的全局MPP电压与光伏阵列实际端电压的偏差超过阈值，则重新设置MPPT控制器的参考电压值为当前的全局MPP电压值，然后从此电压值出发采取传统的MPPT方法在小范围内继续动态跟踪光伏阵列的MPP。

本发明的实现步骤如下：

(1)确定光伏阵列的分布范围、光伏组件的排列位置，并作标记；

(2)在光伏阵列中分散安装光传感器，在光伏阵列上方安装图像采集装置，并将它们的安装位置信息存储于光伏发电系统控制中心；

(3)用光传感器测量其安装地点的辐照度，辐照度数据及其采集时间信息经通信网络传送到光伏发电系统控制中心；

(4)图像采集装置拍摄光伏阵列的运行图像，图像及其拍摄时间信息通过通信网络传送到光伏发电系统控制中心；

(5)光伏发电系统控制中心对光伏阵列的图像进行分析，辨识局部阴影的分布范围和均匀程度，并结合图像拍摄时光传感器采集的光伏阵列的辐照度数据，拟合出光伏阵列中各个位置的辐照度数据；