本發(fā)明涉及一種串聯(lián)光伏組件多峰P-U曲線劃分區(qū)間方法。
背景技術:
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社會的快速發(fā)展和經(jīng)濟的飛速增長使得世界各國對能源的需求日益增加,然而傳統(tǒng)的化石能源在無止境的開采下卻面臨著枯竭的危險,人們迫切希望能用一種可再生的清潔新能源來替代儲量有限,污染嚴重的傳統(tǒng)化石能源。太陽能作為一種無污染的可再生能源,是國際社會公認的替代能源。
因為光伏組件的造價較高,占整個光伏系統(tǒng)造價的比重很大且轉化效率低。為降低整個系統(tǒng)造價并提高對太陽能的利用率,對光伏組件的最大功率點跟蹤是有效途徑之一,而傳統(tǒng)的MPPT方法是基于光伏組件的特性及其輸出功率曲線的單峰性。光伏組件在實際運行中總會受到不同程度的陰影遮擋,理論與實驗都驗證了光伏組件在受到局部遮擋時P-U曲線會出現(xiàn)多峰值。多峰值容易導致最大功率點追蹤錯誤,從而降低光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率,如果把多峰值追蹤轉化為單峰追蹤,將能準確快速地實現(xiàn)最大功率點的追蹤。
技術實現(xiàn)要素:
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本發(fā)明旨在針對現(xiàn)有的串聯(lián)光伏組件受陰影遮擋時P-U曲線出現(xiàn)多峰值點,追蹤全局最大功率點難以實現(xiàn)問題,提出了一種串聯(lián)光伏組件多峰功率曲線劃分區(qū)間方法,將多峰值P-U曲線分解為多個單峰值區(qū)間,進而可以進行單峰值的最大功率點跟蹤。
按此目的提供一種串聯(lián)光伏組件多峰P-U曲線劃分區(qū)間方法,擬采用以下技術方案:
本文提供一種串聯(lián)光伏組件多峰P-U曲線區(qū)間劃分方法,其特征是n個兩端反向并聯(lián)有旁路二極管的光伏組件串聯(lián),當光伏組件出現(xiàn)陰影遮擋時,串聯(lián)光伏組件輸出P-U曲線出現(xiàn)多峰值點,檢測串聯(lián)光伏組件工作開路電壓,首先把P-U曲線劃分為n個小區(qū)間,然后利用函數(shù)凹凸性判定每個區(qū)間是否存在波谷點,進而按照波谷點的分布,把多峰P-U曲線劃分為多個單峰區(qū)間,具體實施步驟如下:
I.檢測串聯(lián)光伏組件的開路電壓Uoc,組串包含n個光伏組件,計算得到單個光伏組件開路電壓Voc=Uoc/n,可以初步把P-U曲線劃分為n+1個小區(qū)間:[0,Voc],[Voc,2Voc],…[(n-1)Voc,nVoc],各區(qū)間連接點處的電壓值分別為Voc,2Voc,…,(n-1)Voc;
II.由光伏組件銘牌確定α,(uoc為銘牌提供的單個光伏組件標準測試條件下開路電壓,um為單個光伏組件標準測試條件下最大功率點處電壓,單晶硅光伏組件的α約為0.82,多晶硅光伏組件的α約為0.81,非晶硅光伏組件的α約為0.78);
III.檢測α*Voc,Voc處的功率值,設為P(α*Voc),P(Voc),比較α*Voc,Voc中點處的計算功率值和實際功率值:
若則P-U曲線在[α*Voc,Voc]為凹函數(shù),即此區(qū)間存在波谷點,記錄第一個存在波谷的區(qū)間連接點電壓值Voc,定義U1=Voc;
若則P-U曲線在[α*Voc,Voc]為凸函數(shù),即此區(qū)間不存在波谷點;
IV.繼續(xù)進行α*2Voc,2Voc處的檢測,依次重復比較過程直至比較處的計算值和實際功率值結束,若所有區(qū)間都不存在波谷,則P-U曲線為單峰值曲線,若有m個區(qū)間內(nèi)存在波谷點,則按照檢測順序依次把各存在波谷的區(qū)間連接點電壓值定義為U1,U2,…,Um,其中1≤m≤k-1,即多峰P-U曲線存在m個波谷點,把多峰P-U曲線劃分為m+1個單峰區(qū)間分別為[0,U1],[U1,U2],…,[Um-1,Um];
V.當外界環(huán)境條件發(fā)生變化后,返回執(zhí)行步驟I-IV,重新對P-U曲線進行劃分區(qū)間。
2.根據(jù)權利要求書1所述的串聯(lián)光伏組件多峰功率曲線區(qū)間劃分方法,如果外界環(huán)境條件發(fā)生變化后,則返回權利要求1中步驟I-V,重新對P-U曲線進行劃分區(qū)間。
本發(fā)明通過仿真和實驗驗證,確定當光伏組件出現(xiàn)陰影遮擋時,串聯(lián)光伏組件輸出P-U曲線出現(xiàn)多峰值點,并且會呈現(xiàn)出多個波谷點,波谷點都是出現(xiàn)在Voc,2Voc,…,nVoc等電壓節(jié)點的左側,檢測α*kVoc,kVoc處的功率值,計算出α*kVoc,kVoc中點的功率值比較處的實際功率值和計算值,根據(jù)函數(shù)的凹凸性就能判別出此節(jié)點附近是否存在波谷點,最終實現(xiàn)整個P-U曲線的區(qū)間劃分。
附圖說明:
圖1為四塊串聯(lián)光伏組件電路連接示意圖。
圖2為四塊串聯(lián)光伏組件電路連接仿真圖。
圖3為在不同局部遮擋情況下四塊串聯(lián)光伏組件輸出P-U仿真曲線圖。
圖4為引入曲線凹凸性判定不同局部遮擋情況下四塊串聯(lián)光伏組件輸出P-U仿真曲線圖。
圖5為本發(fā)明流程圖。
具體實施方式:
以下結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步描述。應當理解的是,此處所描述的實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明,因此不應以此具體實施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護范圍。
圖1為四塊串聯(lián)光伏組件電路示意圖,其中,PVM1-PVM4均為160W光伏組件,標準測試條件下,即光強為1000W/m2,溫度為25℃條件下,開路電壓、短路電流、最大功率點處電壓值和電流值分別為34.2V、9.2A、20V和7.95A,Uoc表示整個串聯(lián)光伏組件輸出電壓值,S表示光照強度,單位為W/m2,T為環(huán)境溫度,四塊光伏板工作在同一溫度環(huán)境下。
圖2為四塊串聯(lián)光伏組件電路連接仿真圖,光伏組件受遮擋程度不同產(chǎn)生的光生電流不同,S不同光伏組件產(chǎn)生的光生電流同樣也不同,因此仿真時一般以S值的不同來表示光伏組件受遮擋程度的不同,S的值越小,表示受遮擋程度越大,S值相同時表示光伏組件不受遮擋,T表示環(huán)境溫度,單位為℃。
圖3所示四塊串聯(lián)光伏組件在同一環(huán)境溫度下局部遮擋和無遮擋情況下輸出功率-電壓(P-U)仿真曲線圖,其中曲線1表示PVM1-PVM4所受光照強度都為1000W/m2即沒有出現(xiàn)陰影遮擋,曲線2,3,4則為光伏組件中分別有1塊,2塊,3塊光伏板受遮擋時的P-U仿真曲線圖,由圖中可以看出:由于光伏組件在同一溫度環(huán)境下工作,不考慮溫度對工作電壓的影響,光照強度的大小對開路電壓的影響較小,當光伏組件中分別有1塊,2塊,3塊光伏板受遮擋時,P-U曲線會出現(xiàn)分別出現(xiàn)1,2,3個波谷點。
圖4中可以看出當光伏組件受遮擋時,波谷點會出現(xiàn)固定的小區(qū)間內(nèi):[0,Voc],[Voc,2Voc],…[(n-1)Voc,nVoc],其中Voc=Uoc/n,Uoc為光伏組件工作電壓,并且波谷點會出現(xiàn)在α*kVoc,kUoc之間,通過判定節(jié)點附近曲線的凹凸性就能判定出節(jié)點左側是否有節(jié)點,據(jù)此可以把串聯(lián)光伏組件受遮擋時的P-U曲線劃分為多個單峰P-U區(qū)間,具體步驟如下:
I.檢測串聯(lián)光伏組件的開路電壓Uoc,組串包含n個光伏組件,計算得到單個光伏組件開路電壓Voc=Uoc/n,可以初步把P-U曲線劃分為n+1個小區(qū)間:[0,Voc],[Voc,2Voc],…[(n-1)Voc,nVoc],各區(qū)間連接點處的電壓值分別為Voc,2Voc,…,(n-1)Voc;
II.由光伏組件銘牌確定α,(uoc為銘牌提供的單個光伏組件標準測試條件下開路電壓,um為單個光伏組件標準測試條件下最大功率點處電壓);
III.檢測α*Voc,Voc處的功率值,設為P(α*Voc),P(Voc),比較α*Voc,Voc中點處的計算功率值和實際功率值:
若則P-U曲線在[α*Voc,Voc]為凹函數(shù),即此區(qū)間存在波谷點,記錄第一個存在波谷的區(qū)間連接點電壓值Voc,定義U1=Voc,如圖4中A,B,C,D四個點分別為P-U曲線在[α*Voc,Voc]出現(xiàn)多峰時的P(α*Voc),P(Voc);
若則P-U曲線在[α*Voc,Voc]為凸函數(shù),即此區(qū)間不存在波谷點,如圖4中曲線1,2,3在[α*Voc,Voc]所呈現(xiàn)的;
IV.繼續(xù)進行α*2Voc,2Voc處的檢測,圖4中E,F(xiàn),G,H點分別表示P-U曲線在[α*2Voc,2Voc]出現(xiàn)多峰時的P(α*2Voc),P(2Voc),依次重復比較過程直至比較處的計算值和實際功率值結束,若所有區(qū)間都不存在波谷,則P-U曲線為單峰值曲線,若有m個區(qū)間內(nèi)存在波谷點,則按照檢測順序依次把各存在波谷的區(qū)間連接點電壓值定義為U1,U2,…,Um,其中1≤m≤k-1,即多峰P-U曲線存在m個波谷點,把多峰P-U曲線劃分為m+1個單峰區(qū)間分別為[0,U1],[U1,U2],…,[Um-1,Um];
V.當外界環(huán)境條件發(fā)生變化后,返回執(zhí)行步驟I-IV,重新對P-U曲線進行劃分區(qū)間。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的實施方式,其描述較為具體和詳細,但不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。由于本發(fā)明的范圍由所附權利要求書定義,而非由說明書定義,因此落入權利要求的邊界和界限內(nèi)的所有變化,或這種權利要求邊界和界限的等同方法都被本文權利要求包含。