[发明专利]光伏发电传输最大功率储能优化建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏发电传输最大功率储能优化建模方法。

背景技术

光伏发电系统在光照充足时发电量往往过剩，而在光照不足时又提供不了足够的电能。为了避免造成能量浪费和保证系统稳定运行，光电传输储能技术成为了研究的热点。影响最大功率储能的因素很多，其中局部阴影是一个极为重要的因素。局部阴影的存在对光伏阵列主要有两个方面的消极影响：一是使光伏阵列的输出功率降低，组件发热加剧，严重时会导致热斑效应，损坏光伏组件；二是使光伏阵列内阻的非线性特性更加复杂，使P-U特性曲线产生多个功率峰值。局部峰值对最大功率点跟踪(MPPT)控制产生干扰，使常规MPPT算法陷入局部峰值而失效。系统工作偏离了最大功率点，则无法进行最大功率储能。因此，研究局部阴影条件下光伏阵列的输出特性，对光伏系统的实际应用以及对研究光电传输最大功率储能优化，都具有重要的意义。

近年来，国内外学者针对光伏阵列局部阴影问题做了很多理论分析和实验研究。文献研究了局部阴影对光伏组件的影响，但没有研究大型阵列；文献利用简化算法研究了局部阴影，对光伏阵列的影响，但没有使用仿真模型。准确分析局部阴影条件下光伏阵列输出特性的关键在于合理地建模。文献介绍了基于MATLAB的光伏电池通用数学模型，文献介绍了光伏阵列的建模并分析了输出特性，但这些模型都不适用于存在局部阴影的光伏阵列；文献建立了局部阴影条件下串联光伏阵列的数学模型，但没有拓展并联支路；文献详细介绍了局部阴影条件下光伏阵列的建模，但缺少实验数据验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便实用、效果好的光伏发电传输最大功率储能优化建模方法。

本发明的技术解决方案是：

一种光伏发电传输最大功率储能优化建模方法，其特征是：包括系列步骤：

(1)建立光伏单串阵列的数学模型：

假设一个单串光伏阵列由N_s1个无阴影遮挡的光伏电池和N_s2个有阴影遮挡的光伏电池串联组成，I_sc1和I_sc2分别为无阴影和有阴影时光伏电池的短路电流；为了防止热斑效应，每一个光伏电池都要并联旁路二极管；当阵列输出电流I>I_sc2时，大于I_sc2的电流从有阴影的光伏电池并联的旁路二极管流过，此时只有无阴影的光伏电池对外输出功率，有阴影的光伏电池及其旁路二极管都成为消耗功率的负载，这时的伏安特性为无阴影电池的伏安特性；当I≤I_sc2时，对应的旁路二极管形成反向偏压，这时的伏安特性为有阴影电池的伏安特性，有阴影的光伏电池处于最大功率点；基于以上分析，单串阵列的数学模型可以由如下的分段函数表示：

(13)；

其中：

C₁＝(1-I_m/I_sc)exp(-V_m/C₂V_oc)(3)

C₂＝(V_m/V_oc-1)[ln(1-I_m/I_sc)]^-1(4)

I：单串阵列输出电流；

I_sc1：单串阵列中无阴影遮挡子串的短路电流；

V：单串阵列输出电压；

N_s1个单串阵列中无阴影遮挡的光伏电池数量；

V_oc1：单串阵列中无阴影遮挡子串的开路电压；

I_sc2：单串阵列中有阴影遮挡子串的短路电流；

N_s2个单串阵列中有阴影遮挡的光伏电池数量；

V_oc2：单串阵列中有阴影遮挡子串的开路电压；

I_m：光伏电池最大功率点电流；

I_sc：光伏电池短路电流；

V_m：光伏电池最大功率点电压；

V_oc：光伏电池开路电压；

V_m：光伏电池最大功率点电压；

V_oc：光伏电池开路电压；

(2)局部阴影条件下光伏阵列的数学模型：