基於功率差額補償控制的嵌入式光伏模組研究

《基於功率差額補償控制的嵌入式光伏模組研究》是依託西安交通大學，由王豐擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於功率差額補償控制的嵌入式光伏模組研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王豐
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

本研究基於分散式最大功率跟蹤的概念，提出並探索一種嵌入式光伏發電模組的一體化技術。所提方案利用並聯型的電力電子開關網路替代傳統光伏板接線盒中的旁路二極體，通過功率差額補償的原理消除模組內部各個光伏電池組之間因失配現象造成的功率失衡問題，提高模組的抗擾性和運行效率；同時在模組輸出側通過最大功率控制實現恆功率的輸出特性，提高基於該模組的光伏陣列電產率。研究內容從嵌入式光伏模組的拓撲演化、協同控制策略最佳化、數學模型建立和級聯特性分析幾方面依次展開，旨在尋求嵌入式電路和光伏電池板一體化的解決思路，構造高抗擾性、高效率的緊湊型、模組化光伏發電單元，力爭為光伏系統的無擾發電、高效饋電、穩定消納提供一條具有指導意義的新思路。

結題摘要

太陽能發電技術在實際的套用場合中，常常因為失配現象造成光伏系統的輸出特性曲線呈現多個峰值，導致傳統最大功率跟蹤算法失效；另一方面，由於光伏組件之間串、並聯的結構，現有的控制策略無法使每個光伏組件在失配條件下均工作在各自的最大功率點。上述問題廣泛存在於不同功率等級的光伏系統中，嚴重影響系統電產率，是目前光伏發電領域亟待解決的熱點和難點問題。因此，研究失配條件下光伏系統的最優功率控制策略，實現光伏組件功率的盡限輸出具有重要的意義。 本項目首先從最大功率跟蹤算法角度出發，對全局最大功率跟蹤算法進行研究和最佳化。論文首先比較了現有全局最大功率跟蹤算法的優劣，並提出了一種基於改進型模擬退火法的人工智慧全局最大功率跟蹤算法。該算法可以快速、準確地在任意失配條件下找到多峰值曲線上的全局最大功率點，同時相比較現有算法，具備了應對環境突變的自重啟能力，自適應的終止條件和智慧型化的鄰域調節機制，在追蹤精度、收斂速度和算法穩定性等方面都取得了改進。 其次，為了更好地消除失配問題帶來的影響，本研究從電路拓撲及控制策略的角度研究了嵌入型光伏模組。結合目前的研究成果，針對全功率控制型結構和差額功率控制型結構分別進行了深入的探討和分析。 本研究先研究了基於全功率控制結構的光伏模組，提出了一種基於單電感-單感測器結構的光伏模組拓撲及分時控制策略。該方案僅用一組無源器件、一個電流感測器和一個控制晶片就能完全消除光伏模組內由失配問題造成的功率損失，使所有光伏子模組均能輸出各自的最大功率。相比較現有的工業界方案，本結構在保證理想最大功率輸出的基礎上，大大減少了嵌入式全功率結構光伏模組的器件數量和控制複雜度，進一步提高了模組的可集成度。 與此同時，本研究針對全功率控制型光伏模組中變換器處理功率高、損耗大、效率低的自身固有缺陷，就差額功率控制型光伏模組進行了分析和探討，在掌握基於該結構的嵌入式光伏模組運行機理的基礎上，提出了一種多級分時自適應的最大功率跟蹤控制策略，在不影響電產率的情況下，減少了模組運行所需的器件數量，降低了成本，提高了系統的集成度。 最後，本研究針對基於光伏最佳化模組的光伏發電系統級特性也進行了深入的分析和量化的評估，通過所搭建的能效模型可以對失配問題帶來的能量損失進行預測和評估。同時針對不同的系統結構，本研究也展開了詳細的討論。