CN117154853B - 一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略 - Google Patents

一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略 Download PDF

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Abstract

本发明公开了光伏发电领域的一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略,包括由固定结构部分和补偿部分组成的光伏阵列、重构开关控制系统和开关矩阵,其中光伏阵列分为固定结构部分和补偿部分。在该策略中,第一层为静态重构,第二层为局部重构,采取静态重构可以预先分散光伏阵列中光伏组件的位置,以便在出现局部阴影时能够对阴影影响的光伏组件进行合理的分散,当静态重构完成后,光伏阵列中行辐照度与行辐照度均值的差值绝对值,大于所设定的阈值时,通过重构开关控制系统控制开关矩阵的切换,来改变补偿部分与固定结构部分的电气连接,达到均衡光伏阵列各行辐照度的目的,从而有效提高光伏阵列的输出功率。

Description

一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域,尤其是一种提高光伏发电效率的优化运行策略。
背景技术
随着传统能源的枯竭,太阳能的开发和利用受到了重视。光伏阵列通常是由光伏组件串并联连接形成的。由于环境中云层、树木、建筑物等因素的影响,光伏阵列在实际运行中会频繁出现局部阴影现象,从而引起严重的功率损失。为了最大化光伏发电系统的输出功率,选择将光伏阵列拓扑重构策略应用到光伏发电系统中。
研究表明,局部阴影引起的光伏发电系统功率损失程度,不仅与阴影强度有关,还与光伏阵列的连接结构和受阴影影响的组件在光伏阵列中的位置有关。本发明针对局部阴影引起的光伏阵列功率损失问题,提供一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略。在该策略中,静态重构是指在网状连接型结构(total-cross-tied,TCT)的光伏阵列基础上,改变光伏组件的物理位置,使原来同一行的光伏组件尽可能的分散到不同的行中,当出现局部阴影时,可以起到预先分散受阴影影响的光伏组件的作用;局部重构,当光伏阵列行辐照度与行辐照度均值的差值绝对值,大于所设定的阈值时,通过重构开关控制系统控制开关矩阵的切换,来改变补偿结构部分与固定结构部分的电气连接,达到均衡光伏阵列各行辐照度的目的,从而有效提高光伏阵列的输出功率。
据发明人了解,静态重构在局部阴影变化较大的场景下无法达到输出功率最大化,适用于局部阴影变化较为固定的场景。局部重构在面对大面积的局部阴影时,补偿结构部分的组件会存在补偿不足的缺点。现将两种方法进行结合,形成一种双重重构策略。
发明内容
为克服局部阴影下光伏阵列因输出特性不匹配而引起的功率损失、发电效率较低的问题,本发明提出了一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略,所述策略方法由固定结构部分和补偿结构部分组成的光伏阵列、重构开关控制系统和开关矩阵组成;所述重构开关控制系统包括采集模块、计算模块、控制模块;所述双重重构策略的步骤为:
步骤一:静态重构,对固定结构部分的光伏阵列按照预先设定的加法移位规则进行物理位置的重新排列;
步骤二:判断环节,通过重构开关控制系统判断当前的局部阴影情况是否需要进行局部重构。如果需要,进入步骤三;
步骤三:局部重构,通过重构开关控制系统控制开关矩阵的切换,改变补偿结构部分与固定结构部分的电气连接,达到均衡光伏阵列各行的辐照度的目的。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述固定结构部分是在TCT结构的光伏阵列基础上,按照设定的移位规则对该部分的光伏组件进行物理位置重新排列。所述的移位规则是对光伏组件进行加法移位的重新排序。所设定的移位规则如下:
(1)确定光伏阵列的尺寸,即确定光伏阵列的总行数m和总列数n,将光伏阵列中每 一个光伏组件的初始位置用表示,其中i是行数,j是列数,i=1、2……m,j=1、2……n。以表示静态重构后光伏组件的位置,其中u存在多种情况,u∈i;
(2)运用加法移位的规则对光伏阵列各列第一行i=1的光伏组件进行重新定位,设定各列第一行光伏组件位置的变化公式如下:
/>
根据u的计算结果要分几种情况进行讨论:
a. 若u≤m,则直接输出结果u值,此时的结果u为该列第一行光伏组件新的行位 置,列位置保持不变,处于该位置的组件更新为,该列其余组件按照大小顺序依次更新 位置;
b. 若u>m,则增加一步计算公式,即式(1)得出的u值减去最大行数m。还要考虑此时的/>值是否与前面列数的结果存在重复现象。若没有重复的情况,此时的结果/>值为该列第一行光伏组件新的行位置,处于该位置的组件更新为/>。若出现重复的情况,则需要在/>值的基础上向前移动1个单位,即/>,此时的结果/>值为该列第一行光伏组件新的行位置,处于该位置的组件更新为/>
c. 若阵列m<n,即光伏阵列总行数小于总列数。需考虑是否所有列的行位置均已重构。在所有列的排列情况都已出现一遍的情况下,避免不了出现重复排列的情况,此时设定规则,从该列起返回n等于1进行循环排列。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述固定结构部分的光伏阵列每一行先串联一个电流互感器然后并联一个电压互感器。补偿结构部分的光伏阵列中每个光伏组件串联一个电流互感器。其作用是为重构开关控制系统中的采集模块提供端电压、电流的具体数值。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述重构开关控制系统是通过采集模块,采集互感器测得的端电压与电流数值,通过计算模块计算补偿结构部分各光伏组件的辐照度、固定结构部分原同一行的行辐照度/>、光伏阵列行辐照度/>和光伏阵列行辐照度均值/>,并将设定的阈值δ与光伏阵列中行辐照度/>与行辐照度均值/>的差值绝对值进行比较,判断是否要发生局部重构。若光伏阵列中一行的行辐照度/>与行辐照度均值/>的差值绝对值,大于所设定的阈值δ时,则需进行局部重构。通过控制模块改变开关矩阵,从而改变补偿结构部分与固定结构部分的电气连接。
判断环节。通过重构开关控制系统判断是否需要进行局部重构,具体实现步骤如下:
(1)通过采集模块采集电流互感器和电压互感器中的电流和端电压数值;
(2)由采集的电流、端电压数值计算补偿结构部分的光伏组件辐照度和固定结构部分的原行辐照度/>,其计算公式如下:
/>
/>
式中:为测得的光伏阵列端电压;/>为光伏单元二极管的饱和电流;/>为单个光伏组件的并联电阻;α为光伏单元二极管特性因子;k为波尔兹曼常量;T为单元工作温度;q为电子电荷常数;/>固定结构部分测得每行的输出电流;n为固定结构部分每行光伏组件的数目;
由上述计算所得的和/>计算光伏阵列行辐照度/>,和光伏阵列行辐照度均值/>,其计算公式如下:
/>
/>
(3)将设定的阈值δ与光伏阵列中行辐照度与行辐照度均值的差值绝对值进行比较,判断是否要发生局部重构。设定重构阈值δ,若出现行辐照度与行辐照度均值/>的差值绝对值大于所设定阈值δ的情况,即出现满足/>的行,则需要重构开关控制系统控制开关矩阵进行局部重构。若各行行辐照度/>与行辐照度均值/>的差值绝对值小于所设定的阈值δ,即各行都满足/>,则说明不需要进行局部重构,结束。
局部重构。当出现满足的行时,通过重构开关控制系统控制开关矩阵的切换,来改变补偿结构部分与固定结构部分的电气连接,直至均衡光伏阵列各行辐照度,具体实现步骤如下:
(1)将补偿结构部分中的光伏组件按辐照度由大到小的顺序依次与固定结构部分的行辐照度/>从小到大的顺序交叉连接;
(2)对(1)中连接后的光伏阵列的光伏阵列行辐照度,i=1,2,3,……m,和光伏阵列行辐照度均值/>重新进行步骤2判断环节的计算和比较,若依旧出现满足/>的行,则需要下一步动作;
(3)判断出行辐照度小于行辐照度均值并且两者差值超出阈值δ的行,即满足的行,不改变该行补偿结构部分中光伏组件与固定结构部分的连接结构。然后判断出行辐照度大于行辐照度均值并且两者差值超出阈值δ的行,即满足/>的行,断开此行补偿结构部分中光伏组件与固定结构部分的连接,将该补偿结构部分中光伏组件依次连接到满足/>的行中,结束。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述固定结构部分的光伏阵列,采用横向母线法进行接线。虽然这种方法的接线长度大大增加,但处理局部阴影所带来的长远性经济效益提升是远大于这一建造成本的。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述开关矩阵设计,对于m×n光伏阵列,需要m乘以m个双刀单掷开关。当光伏系统处于辐照度均匀的环境下,开关S1,1、S2,2、……Sm,m闭合,其余开关断开。当开关Sm,1闭合,该列其他开关闭合时,Am端口对应的补偿结构部分中光伏组件并联连接到固定结构部分的第1行。若需要A1、A2端口对应的两个补偿结构部分中光伏组件同时并联到第一行时,则闭合S1,1、S2,1,两列的其他开关断开。
采用上述技术方案,取得的有益效果是:通过构造基于静态重构与局部重构的光伏阵列,弥补了静态重构的光伏阵列在局部阴影动态变化的场景下无法达到输出功率最大化的缺点,也弥补了局部重构在面对大面积和复杂的局部阴影时,因补偿结构部分的光伏组件数量不足导致无法平衡各行辐照度的弊端。克服局部阴影下光伏阵列因输出特性不匹配而引起的功率损失、发电效率较低的问题。
附图说明
图1是光伏阵列双重重构策略的结构示意图。
图2是静态重构规则流程图。
图3是双重重构策略中固定结构部分发生三种局部阴影类型的示意图,图3中(a)图为短窄型局部阴影,(b)图为长窄型局部阴影,(c)图为对角线型局部阴影。
图4是三种局部阴影类型等效成初始TCT连接结构的局部阴影分散效果图,图4中(a)图为短窄型局部阴影分散效果,(b)图为长窄型局部阴影分散效果,(c)图为对角线型局部阴影分散效果。
图5是局部重构算法流程图。
图6是以对角线型局部阴影为例,局部重构过程示意图,图6中(a)图为局部重构前光伏阵列,(b)图为局部重构后光伏阵列。
图7是开关矩阵结构示意图。
图8是实施案例中未进行重构、只进行局部重构与进行双重重构的三种输出功率-电压(P-U)特性曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1~图8,一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略。图1结构示意图中,实施案例设定的光伏阵列规模为6×7的阵列。
双重重构策略结构组成如图1所示,光伏阵列由固定结构部分和补偿结构部分组成。其中,固定结构部分是6×6的光伏阵列,其排列结构是在TCT连接结构的基础上按照图2所设置的静态重构规则形成的,并对固定结构部分采用横向母线法进行接线。补偿结构部分是由6行1列的光伏组件构成。
所述双重重构策略的步骤为:
步骤一:由设定的静态重构规则对固定结构部分的6×6光伏阵列进行物理位置的重新排列。具体的静态重构规则如下:
(1)确定光伏阵列的尺寸,即确定光伏阵列的总行数m和总列数n,将光伏阵列中每一个光伏组件的初始位置用表示,其中i是行数,j是列数,i=1、2……m,j=1、2……n。以表示静态重构后的光伏组件位置,其中u存在多种情况,u∈i;
(2)运用加法移位的规则对阵列的第一行i=1的光伏组件进行重新定位,设定光伏组件行位置的变化公式如下:
/>
实施案例各列具体移位情况如下:
将第一列j=1带入变换公式(1)中,可得u值为1(u=1+2×0),符合a情况,直接输出u值,处于第一行位置的组件更新为R11,即该列处于第一行位置的组件无动作,第一列不发生移位,该列组件的顺序为R11、R21、R31、R41、R51、R61
将第二列j=2带入变化公式(1)中,可得u值为3(u=1+2×1),符合a情况,直接输出u值,处于该列第一行位置的组件更新为R32,该列其余组件按数值顺序排列,顺序为R32、R42、R52、R62、R12、R22
将第三列j=3带入变化公式(1)中,可得u值为5(u=1+2×2),符合a情况,直接输出u值,处于该列第一行位置的组件更新为R53,该列其余组件按数值顺序排列,顺序为R53、R63、R13、R23、R33、R43
将第四列j=4带入变化公式(1)中,可得u值为7(u=1+2×3),符合b情况,增加一步计算公式,u1值为1(u1=7-6),然后发现该列u1值与第一列的u值出现重复的情况,则在该列u1值的基础上向前移动1个单位,即/>,u2值为2(u2=1+1),处于该列第一行位置的组件更新为R24,该列其余组件按数值顺序排列,顺序为R24、R34、R44、R54、R64、R14
将第五列j=5带入变化公式(1)中,可得u值为9(u=1+2×4),符合b情况,增加一步计算公式,u1值为3(u1=9-6),然后发现该列u1值与第二列的u值出现重复的情况,则在该列u1值的基础上向前移动1个单位,即/>,u2值为4(u2=3+1),处于该列第一行位置的组件更新为R45,该列其余组件按数值顺序排列,顺序为R45、R55、R15、R25、R35
将第六列j=6带入变化公式(1)中,可得u值为11(u=1+2×5),符合b情况,增加一步计算公式,u1值为5(u1=11-6),然后发现该列u1值与第三列的u值出现重复的情况,则在该列u值的基础上向前移动1个单位,即/>,u2值为6(u2=5+1),处于该列第一行位置的组件更新为R66,该列其余组件按数值顺序排列,顺序为R66、R16、R26、R36、R46、R56
当出现局部阴影时,采用上述静态重构方法构成的固定结构部分可将集中的局部阴影进行合理的分散。以三种局部阴影类型为例,如图3中(a)图为短窄型局部阴影、(b)图为长窄型局部阴影和(c)图对角线型局部阴影。将三种局部阴影类型等效成初始TCT连接结构,可得三种局部阴影类型的分散效果图,图4中(a)图为短窄型局部阴影分散效果、(b)图为长窄型局部阴影分散效果和(c)图为对角线型局部阴影分散效果。
静态重构后的光伏阵列将局部阴影进行合理的分散,但是依旧存在各行辐照度不均衡的现象,如图4所示。需要进行局部重构,改变补偿结构部分与固定结构部分的电气连接,进一步均衡各行辐照度。
步骤二:判断环节,通过重构开关控制系统判断是否需要进行局部重构。其具体流程如图5所示,具体实现过程如下:
(1)通过采集模块采集电流互感器和电压互感器中的电流和端电压数值;
(2)由采集的电流、端电压数值计算补偿结构部分的光伏组件辐照度和固定结 构部分的原行辐照度,其计算公式如下:
/>
/>
式中:为测得的光伏阵列端电压;为光伏单元二极管的饱和电流;为单 个光伏组件的并联电阻;α为光伏单元二极管特性因子;k为波尔兹曼常量;T为单元工作温 度;q为电子电荷常数;固定结构部分测得每行的输出电流;n为固定结构部分每行光伏组 件的数目;
由上述计算所得的和/>计算光伏阵列行辐照度/>,和光伏阵列行辐照度均值/>,其计算公式如下:
/>
/>
(3)将设定的阈值δ与光伏阵列中行辐照度与行辐照度均值的差值绝对值进行比较,判断是否要发生局部重构。设定重构阈值δ,若出现行辐照度与行辐照度均值/>的差值绝对值大于所设定阈值δ的情况,即出现满足/>的行,则需要重构开关控制系统控制开关矩阵进行局部重构。若各行行辐照度/>与行辐照度均值/>的差值绝对值小于所设定的阈值δ,即各行都满足/>,则说明不需要进行局部重构,结束。
步骤三:局部重构,当出现满足的行时,通过重构开关控制系统控制开关矩阵的切换,来改变补偿结构部分与固定结构部分的电气连接,直至均衡光伏阵列各行辐照度。其具体流程如图5所示,具体实现过程如下:
(1)将补偿结构部分中的光伏组件按辐照度由大到小的顺序依次与固定结构部分的行辐照度/>从小到大的顺序交叉连接;
(2)对过程(1)连接后的光伏阵列的光伏阵列行辐照度,i=1,2,3,……m,和光伏阵列行辐照度均值/>重新进行步骤2判断环节的计算和比较,若依旧出现满足的行,则需要下一步动作;
(3)判断出行辐照度小于行辐照度均值并且两者差值超出阈值δ的行,即满足的行,不改变该行补偿结构部分中光伏组件与固定结构部分的连接结构。然 后判断出行辐照度大于行辐照度均值并且两者差值超出阈值δ的行,即满足 的行,断开此行补偿结构部分中光伏组件与固定结构部分的连接,将该补偿结构部分中光 伏组件依次连接到满足的行中,结束。
以对角线型局部阴影为例,如图6中(a)图所示,对其进行局部重构。若正常光伏组 件辐照度为1000W/m2,发生阴影的光伏组件辐照度为500W/m2。由计算得光伏阵列行辐照度 G1、G3、G4、G6为6000W/m2,行辐照度G2为6500W/m2,行辐照度G5为5500W/m2,行辐照度均值 为6000W/m2,若设置的重构阈值δ为400W/m2,则第2、5行都满足(|6500-6000| >400、|5500-6000|>400),进行局部重构。行辐照度G5小于行辐照度均值,不改变该行 补偿结构部分中光伏组件与固定结构部分的连接结构,行辐照度G2大于行辐照度均值, 断开此行补偿结构部分中光伏组件与固定结构部分的连接,将该补偿结构部分中光伏组件 依次连接到第5行,其效果如图6中(b)图所示。
开关矩阵的设计,如图7所示,对于实施案例的6×7光伏阵列,需要36个双刀单掷开关。以对角线型局部阴影为例,还未进行局部重构时,开关S1,1、S2,2、……S6,6闭合,此时连接结构如图6中(a)图所示。对其进行局部重构,此时重构开关控制系统控制开关S1,1、S3,3、S4,4、S5,5、S6,6保持闭合,将S2,2断开,然后闭合开关S2,4,其最终连接效果如图6中(b)图所示。
由图8所示,情况一为未进行重构的光伏阵列,最大输出功率为6700W,情况二为只进行静态重构的光伏阵列,最大输出功率为6802W,情况三为进行双重重构的光伏阵列,最大输出功率为7092W。双重重构后光伏阵列的最大输出功率由未重构的6700W提高到7092W,ΔP=Δ1+Δ2=392W。并且情况三的P-U特性曲线基本呈现单峰状态。
通过采用本发明所提出的双重重构策略,可以显著改善光伏阵列的输出P-U特性曲线,使其更接近单峰状态,减少其他峰值的出现,以便MPPT的方法可以更加快速的追踪到全局最大功率点。此外,还有效提高了局部阴影下光伏阵列的输出功率。

Claims (5)

1.一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略,其特征在于:包括由固定结构部分和补偿结构部分组成的光伏阵列、重构开关控制系统和开关矩阵;所述重构开关控制系统包括采集模块、计算模块、控制模块;所述双重重构策略的步骤为:
步骤一:静态重构,对固定结构部分的光伏阵列按照预先设定的加法移位规则进行物理位置的重新排列,所设定的加法移位规则如下:
(1)确定光伏阵列的尺寸,即确定光伏阵列的总行数m和总列数n;将光伏阵列中每一个光伏组件的初始位置用表示,其中i是行数,j是列数,i=1、2……m,j=1、2……n;以/>表示静态重构后光伏组件的位置,其中u存在多种情况,u∈i;
(2)运用加法移位的规则对光伏阵列各列第一行i=1的光伏组件进行重新定位,设定各列第一行光伏组件位置的变化公式如下:
/>
根据u的计算结果要分几种情况进行讨论:
a. 若u≤m,则直接输出结果u值,此时的结果u为该列第一行光伏组件新的行位置,列位置保持不变,处于该位置的组件更新为,该列其余组件按照大小顺序依次更新位置;
b. 若u>m,则增加一步计算公式,即式(1)得出的u值减去最大行数m,还要考虑此时的/>值是否与前面列数的结果存在重复现象;若没有重复的情况,此时的结果/>值为该列第一行光伏组件新的行位置,处于该位置的组件更新为/>;若出现重复的情况,则需要在/>值的基础上向前移动1个单位,即/>,此时的结果/>值为该列第一行光伏组件新的行位置,处于该位置的组件更新为/>
c. 若阵列m<n,即光伏阵列总行数小于总列数,需考虑是否所有列的行位置均已重构;在所有列的排列情况都已出现一遍的情况下,避免不了出现重复排列的情况,此时设定规则,从该列起返回n等于1进行循环排列;
步骤二:判断环节,通过重构开关控制系统判断当前的局部阴影情况是否需要进行局部重构,如果需要,进入步骤三;
所述判断环节是通过设定的阈值δ与光伏阵列中行辐照度与行辐照度均值的差值绝对值进行比较,进而得出判断结果;该环节由重构开关控制系统完成,重构开关控制系统由采集模块、计算模块、控制模块三部分构成;所述判断环节具体实现过程如下:
(1)通过采集模块采集电流互感器和电压互感器中的电流和端电压数值;
(2)通过计算模块将采集的电流、端电压数值计算得出补偿结构部分的光伏组件辐照度和固定结构部分的原行辐照度/>,其计算公式如下:
/>
/>
式中:为测得的光伏阵列端电压;/>为光伏单元二极管的饱和电流;/>为单个光伏组件的并联电阻;α为光伏单元二极管特性因子;k为波尔兹曼常量;T为单元工作温度;q为电子电荷常数;/>为固定结构部分测得的每行输出电流;n为固定结构部分每行光伏组件的数目;
由上述计算所得的和/>计算光伏阵列行辐照度/>,和光伏阵列行辐照度均值/>,其计算公式如下:
/>
/>
(3)将设定的阈值δ与光伏阵列中行辐照度与行辐照度均值的差值绝对值进行比较,判断是否要发生局部重构;设定重构阈值δ,若出现行辐照度与行辐照度均值/>的差值绝对值大于所设定阈值δ的情况,即出现满足/>的行,则需要控制模块控制开关矩阵进行局部重构;若各行行辐照度/>与行辐照度均值/>的差值绝对值小于或等于所设定的阈值δ,即各行都满足/>时,则说明不需要进行局部重构,结束;
步骤三:局部重构,通过重构开关控制系统控制开关矩阵的切换,改变补偿结构部分与固定结构部分的电气连接,达到均衡光伏阵列各行的辐照度的目的;
所述局部重构,是当出现光伏阵列行辐照度与光伏阵列行辐照度均值/>的差值绝对值大于所设定阈值δ的情况时,通过重构开关控制系统控制开关矩阵的切换,来改变补偿结构部分与固定结构部分的电气连接,具体实现过程如下:
(1)将补偿结构部分的光伏组件辐照度按由大到小的顺序依次与固定结构部分的原行辐照度/>按从小到大的顺序相连接;
(2)对(1)中连接后的光伏阵列行辐照度,i=1,2,3,……m,和光伏阵列行辐照度均值重新进行判断环节的计算和比较,若依旧出现满足/>的行,则需要下一步动作;
(3)判断出行辐照度小于行辐照度均值并且两者差值超出阈值δ的行,即满足的行,不改变该行补偿结构部分中光伏组件与固定结构部分的连接结构;然后判断出行辐照度大于行辐照度均值并且两者差值超出阈值δ的行,即满足/>的行,断开此行补偿结构部分中光伏组件与固定结构部分的连接,并将该补偿结构部分中的光伏组件依次连接到满足/>的行中,结束。
2.根据权利要求1所述一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略,其特征在于:所述固定结构部分的光伏阵列,采用横向母线法进行接线。
3.根据权利要求1所述一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略,其特征在于:所述补偿结构部分,是由n块光伏组件构成,通过重构开关控制系统控制开关矩阵的切换,补偿结构部分中的光伏组件可以连接到固定结构部分的任意一行中。
4.根据权利要求1所述一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略,其特征在于:所述固定结构部分的光伏阵列每行先串联一个电流互感器然后并联一个电压互感器;补偿结构部分的光伏阵列中每个光伏组件串联一个电流互感器,其作用是检测光伏阵列的端电压和电流数值。
5.根据权利要求1所述一种基于静态重构与局部重构的光伏阵列双重重构策略,其特征在于:所述开关矩阵设计,当光伏阵列大小是m×n时,开关矩阵是由m乘以m个双刀单掷开关构成,其作用将补偿结构部分中光伏组件连接到固定结构部分的任意一行中。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118367865B (zh) * 2024-06-18 2024-09-13 国网浙江省电力有限公司 基于动态成图的分布式光伏异常监测方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103049035A (zh) * 2012-12-20 2013-04-17 浙江工业大学 光伏电池阵列局部可重构电气系统的重构优化方法
CN103064459A (zh) * 2012-12-20 2013-04-24 浙江工业大学 光伏电池阵列完全可重构电气系统的重构优化方法
CN103353716A (zh) * 2013-05-16 2013-10-16 河海大学 可实现光伏阵列重构的拓扑结构及最大功率点求解方法
KR20170017585A (ko) * 2015-08-07 2017-02-15 한국과학기술원 태양광 어레이 재구성 방법 및 차량용 태양광 시스템
CN212210947U (zh) * 2020-04-17 2020-12-22 长沙理工大学 一种减少局部阴影影响的重构光伏阵列及光伏发电系统
CN112987838A (zh) * 2021-02-26 2021-06-18 大连海事大学 一种针对光伏阵列处在局部阴影遮挡下的两阶段mppt方法
CN113297533A (zh) * 2021-05-14 2021-08-24 山东大学 用于tct结构光伏阵列重构过程的开关矩阵切换方法及系统
CN114977985A (zh) * 2022-04-25 2022-08-30 西安电子科技大学 基于电流注入的光伏发电系统新型拓扑结构
CN116306303A (zh) * 2023-03-29 2023-06-23 国网河南省电力公司安阳供电公司 一种基于改进哈里斯鹰优化算法的光伏阵列重构方法
CN116578830A (zh) * 2023-05-29 2023-08-11 国网河南省电力公司安阳供电公司 一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012006723A1 (en) * 2010-07-16 2012-01-19 Mohamed Zakaria Mohamed Ahmed Shamseldein Reconfigurable photovoltaic structure
US20230291203A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-14 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Systems and methods for optimizing solar power using array topology reconfiguration through a regularized deep neural network

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103049035A (zh) * 2012-12-20 2013-04-17 浙江工业大学 光伏电池阵列局部可重构电气系统的重构优化方法
CN103064459A (zh) * 2012-12-20 2013-04-24 浙江工业大学 光伏电池阵列完全可重构电气系统的重构优化方法
CN103353716A (zh) * 2013-05-16 2013-10-16 河海大学 可实现光伏阵列重构的拓扑结构及最大功率点求解方法
KR20170017585A (ko) * 2015-08-07 2017-02-15 한국과학기술원 태양광 어레이 재구성 방법 및 차량용 태양광 시스템
CN212210947U (zh) * 2020-04-17 2020-12-22 长沙理工大学 一种减少局部阴影影响的重构光伏阵列及光伏发电系统
CN112987838A (zh) * 2021-02-26 2021-06-18 大连海事大学 一种针对光伏阵列处在局部阴影遮挡下的两阶段mppt方法
CN113297533A (zh) * 2021-05-14 2021-08-24 山东大学 用于tct结构光伏阵列重构过程的开关矩阵切换方法及系统
CN114977985A (zh) * 2022-04-25 2022-08-30 西安电子科技大学 基于电流注入的光伏发电系统新型拓扑结构
CN116306303A (zh) * 2023-03-29 2023-06-23 国网河南省电力公司安阳供电公司 一种基于改进哈里斯鹰优化算法的光伏阵列重构方法
CN116578830A (zh) * 2023-05-29 2023-08-11 国网河南省电力公司安阳供电公司 一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于TCT结构及开关控制的光伏阵列重构;夏永洪;李梦茹;曾繁鹏;刘坤;余运俊;;太阳能学报(10);第119-124页 *
基于遮荫度模型的光伏阵列自适应重构系统;刘艳莉;庞志超;程泽;;电力电子技术(06);第52-54页 *

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