CN106846436A - 一种串联光伏组件多峰p‑u曲线划分区间方法 - Google Patents

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Abstract

一种串联光伏组件多峰P‑U曲线划分区间方法，其特征是n个两端反向并联有旁路二极管的光伏组件串联，当光伏组件出现阴影遮挡时，串联光伏组件输出P‑U曲线出现多峰值点，检测串联光伏组件工作开路电压，首先把P‑U曲线划分为n个小区间，然后利用函数凹凸性判定每个区间是否存在波谷点，进而按照波谷点的分布，把多峰P‑U曲线划分为多个单峰区间。

Description

一种串联光伏组件多峰P-U曲线划分区间方法
技术领域：
本发明涉及一种串联光伏组件多峰P-U曲线划分区间方法。
背景技术：
社会的快速发展和经济的飞速增长使得世界各国对能源的需求日益增加，然而传统的化石能源在无止境的开采下却面临着枯竭的危险，人们迫切希望能用一种可再生的清洁新能源来替代储量有限，污染严重的传统化石能源。太阳能作为一种无污染的可再生能源，是国际社会公认的替代能源。
因为光伏组件的造价较高，占整个光伏系统造价的比重很大且转化效率低。为降低整个系统造价并提高对太阳能的利用率，对光伏组件的最大功率点跟踪是有效途径之一，而传统的MPPT方法是基于光伏组件的特性及其输出功率曲线的单峰性。光伏组件在实际运行中总会受到不同程度的阴影遮挡，理论与实验都验证了光伏组件在受到局部遮挡时P-U曲线会出现多峰值。多峰值容易导致最大功率点追踪错误，从而降低光伏系统的发电效率，如果把多峰值追踪转化为单峰追踪，将能准确快速地实现最大功率点的追踪。
发明内容：
本发明旨在针对现有的串联光伏组件受阴影遮挡时P-U曲线出现多峰值点，追踪全局最大功率点难以实现问题，提出了一种串联光伏组件多峰功率曲线划分区间方法，将多峰值P-U曲线分解为多个单峰值区间，进而可以进行单峰值的最大功率点跟踪。
按此目的提供一种串联光伏组件多峰P-U曲线划分区间方法，拟采用以下技术方案：
本文提供一种串联光伏组件多峰P-U曲线区间划分方法，其特征是n个两端反向并联有旁路二极管的光伏组件串联，当光伏组件出现阴影遮挡时，串联光伏组件输出P-U曲线出现多峰值点，检测串联光伏组件工作开路电压，首先把P-U曲线划分为n个小区间，然后利用函数凹凸性判定每个区间是否存在波谷点，进而按照波谷点的分布，把多峰P-U曲线划分为多个单峰区间，具体实施步骤如下：
I.检测串联光伏组件的开路电压Uoc，组串包含n个光伏组件，计算得到单个光伏组件开路电压Voc＝Uoc/n，可以初步把P-U曲线划分为n+1个小区间：[0，Voc]，[Voc，2Voc]，…[(n-1)Voc，nVoc]，各区间连接点处的电压值分别为Voc，2Voc，…，(n-1)Voc；
II.由光伏组件铭牌确定α，(uoc为铭牌提供的单个光伏组件标准测试条件下开路电压，um为单个光伏组件标准测试条件下最大功率点处电压，单晶硅光伏组件的α约为0.82，多晶硅光伏组件的α约为0.81，非晶硅光伏组件的α约为0.78)；
III.检测α*Voc，Voc处的功率值，设为P(α*Voc)，P(Voc)，比较α*Voc，Voc中点处的计算功率值和实际功率值：
若则P-U曲线在[α*Voc，Voc]为凹函数，即此区间存在波谷点，记录第一个存在波谷的区间连接点电压值Voc，定义U1＝Voc；
若则P-U曲线在[α*Voc，Voc]为凸函数，即此区间不存在波谷点；
IV.继续进行α*2Voc，2Voc处的检测，依次重复比较过程直至比较处的计算值和实际功率值结束，若所有区间都不存在波谷，则P-U曲线为单峰值曲线，若有m个区间内存在波谷点，则按照检测顺序依次把各存在波谷的区间连接点电压值定义为U1，U2，…，Um，其中1≤m≤k-1，即多峰P-U曲线存在m个波谷点，把多峰P-U曲线划分为m+1个单峰区间分别为[0，U1]，[U1，U2]，…，[Um-1，Um]；
V.当外界环境条件发生变化后，返回执行步骤I-IV，重新对P-U曲线进行划分区间。
2.根据权利要求书1所述的串联光伏组件多峰功率曲线区间划分方法，如果外界环境条件发生变化后，则返回权利要求1中步骤I-V，重新对P-U曲线进行划分区间。
本发明通过仿真和实验验证，确定当光伏组件出现阴影遮挡时，串联光伏组件输出P-U曲线出现多峰值点，并且会呈现出多个波谷点，波谷点都是出现在Voc，2Voc，…，nVoc等电压节点的左侧，检测α*kVoc，kVoc处的功率值，计算出α*kVoc，kVoc中点的功率值比较处的实际功率值和计算值，根据函数的凹凸性就能判别出此节点附近是否存在波谷点，最终实现整个P-U曲线的区间划分。
附图说明：
图1为四块串联光伏组件电路连接示意图。
图2为四块串联光伏组件电路连接仿真图。
图3为在不同局部遮挡情况下四块串联光伏组件输出P-U仿真曲线图。
图4为引入曲线凹凸性判定不同局部遮挡情况下四块串联光伏组件输出P-U仿真曲线图。
图5为本发明流程图。
具体实施方式：
以下结合附图及实施例对本发明做进一步描述。应当理解的是，此处所描述的实施方式仅用于说明和解释本发明，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
图1为四块串联光伏组件电路示意图，其中，PVM1-PVM4均为160W光伏组件，标准测试条件下，即光强为1000W/m2，温度为25℃条件下，开路电压、短路电流、最大功率点处电压值和电流值分别为34.2V、9.2A、20V和7.95A，Uoc表示整个串联光伏组件输出电压值，S表示光照强度，单位为W/m2，T为环境温度，四块光伏板工作在同一温度环境下。
图2为四块串联光伏组件电路连接仿真图，光伏组件受遮挡程度不同产生的光生电流不同，S不同光伏组件产生的光生电流同样也不同，因此仿真时一般以S值的不同来表示光伏组件受遮挡程度的不同，S的值越小，表示受遮挡程度越大，S值相同时表示光伏组件不受遮挡，T表示环境温度，单位为℃。
图3所示四块串联光伏组件在同一环境温度下局部遮挡和无遮挡情况下输出功率-电压(P-U)仿真曲线图，其中曲线1表示PVM1-PVM4所受光照强度都为1000W/m2即没有出现阴影遮挡，曲线2，3，4则为光伏组件中分别有1块，2块，3块光伏板受遮挡时的P-U仿真曲线图，由图中可以看出：由于光伏组件在同一温度环境下工作，不考虑温度对工作电压的影响，光照强度的大小对开路电压的影响较小，当光伏组件中分别有1块，2块，3块光伏板受遮挡时，P-U曲线会出现分别出现1，2，3个波谷点。
图4中可以看出当光伏组件受遮挡时，波谷点会出现固定的小区间内：[0，Voc]，[Voc，2Voc]，…[(n-1)Voc，nVoc]，其中Voc＝Uoc/n，Uoc为光伏组件工作电压，并且波谷点会出现在α*kVoc，kUoc之间，通过判定节点附近曲线的凹凸性就能判定出节点左侧是否有节点，据此可以把串联光伏组件受遮挡时的P-U曲线划分为多个单峰P-U区间，具体步骤如下：
I.检测串联光伏组件的开路电压Uoc，组串包含n个光伏组件，计算得到单个光伏组件开路电压Voc＝Uoc/n，可以初步把P-U曲线划分为n+1个小区间：[0，Voc]，[Voc，2Voc]，…[(n-1)Voc，nVoc]，各区间连接点处的电压值分别为Voc，2Voc，…，(n-1)Voc；
II.由光伏组件铭牌确定α，(uoc为铭牌提供的单个光伏组件标准测试条件下开路电压，um为单个光伏组件标准测试条件下最大功率点处电压)；
III.检测α*Voc，Voc处的功率值，设为P(α*Voc)，P(Voc)，比较α*Voc，Voc中点处的计算功率值和实际功率值：
若则P-U曲线在[α*Voc，Voc]为凹函数，即此区间存在波谷点，记录第一个存在波谷的区间连接点电压值Voc，定义U1＝Voc，如图4中A，B，C，D四个点分别为P-U曲线在[α*Voc，Voc]出现多峰时的P(α*Voc)， P(Voc)；
若则P-U曲线在[α*Voc，Voc]为凸函数，即此区间不存在波谷点，如图4中曲线1，2，3在[α*Voc，Voc]所呈现的；
IV.继续进行α*2Voc，2Voc处的检测，图4中E，F，G，H点分别表示P-U曲线在[α*2Voc，2Voc]出现多峰时的P(α*2Voc)，P(2Voc)，依次重复比较过程直至比较处的计算值和实际功率值结束，若所有区间都不存在波谷，则P-U曲线为单峰值曲线，若有m个区间内存在波谷点，则按照检测顺序依次把各存在波谷的区间连接点电压值定义为U1，U2，…，Um，其中1≤m≤k-1，即多峰P-U曲线存在m个波谷点，把多峰P-U曲线划分为m+1个单峰区间分别为[0，U1]，[U1，U2]，…，[Um-1，Um]；
V.当外界环境条件发生变化后，返回执行步骤I-IV，重新对P-U曲线进行划分区间。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。由于本发明的范围由所附权利要求书定义，而非由说明书定义，因此落入权利要求的边界和界限内的所有变化，或这种权利要求边界和界限的等同方法都被本文权利要求包含。

Claims (1)

1.一种串联光伏组件多峰P-U曲线划分区间方法，其特征是n个两端反向并联有旁路二极管的光伏组件串联，当光伏组件出现阴影遮挡时，串联光伏组件输出P-U曲线出现多峰值点，检测串联光伏组件工作开路电压，首先把P-U曲线划分为n个小区间，然后利用函数凹凸性判定每个区间是否存在波谷点，进而按照波谷点的分布，把多峰P-U曲线划分为多个单峰区间，具体实施步骤如下：
I.检测串联光伏组件的开路电压Uoc，组串包含n个光伏组件，计算得到单个光伏组件开路电压Voc＝Uoc/n，可以初步把P-U曲线划分为n个小区间：[0，Voc]，[Voc，2Voc]，…[(n-1)Voc，nVoc]，各区间连接点处的电压值分别为Voc，2Voc，…，(n-1)Voc；
II.由光伏组件铭牌确定α，(uoc为铭牌提供的单个光伏组件标准测试条件下开路电压，um为单个光伏组件标准测试条件下最大功率点处电压)；
III.检测α*Voc，Voc处的功率值，设为P(α*Voc)，P(Voc)，比较α*Voc，Voc中点处的计算功率值和实际功率值：
若则P-U曲线在[α*Voc，Voc]为凹函数，即此区间存在波谷点，记录第一个存在波谷的区间连接点电压值Voc，定义U1＝Voc；
若则P-U曲线在[α*Voc，Voc]为凸函数，即此区间不存在波谷点；
IV.继续进行α*2Voc，2Voc处的检测，依次重复比较过程直至比较处的计算值和实际功率值结束，若所有区间都不存在波谷，则P-U曲线为单峰值曲线，若有m个区间内存在波谷点，则按照检测顺序依次把各存在波谷的区间连接点电压值定义为U1，U2，…，Um，其中1≤m≤k-1，即多峰P-U曲线存在m个波谷点，把多峰P-U曲线划分为m+1个单峰区间分别为[0，U1]，[U1，U2]，…，[Um-1，Um]；
V.当外界环境条件发生变化后，返回执行步骤I-IV，重新对P-U曲线进行划分区间。
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