光伏發(fā)電是太陽能的主要利用方式之一。光伏陣列在遭遇局部陰影遮擋時,其功率輸出特性發(fā)生變化,最大功率降低,并具有多個峰值功率點。為了提高局部陰影條件下光伏陣列輸出功率利用率,本文針對光伏陣列結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、更優(yōu)的最大功率點跟蹤方法(Maximum Power Point Tracking,MPPT)、合適的阻抗匹配變換器,開展了系統(tǒng)研究。本文分析了局部陰影條件下光伏電池、光伏組件、光伏陣列(包括并聯(lián)型、串聯(lián)型、串并聯(lián)、全連接)的輸出特性,得到了局部陰影條件下的光伏串輸出電壓-電流曲線特性、功率-電壓曲線特性和輸出功率曲線峰值點電壓電流定量特征,即:光伏串輸出電流-電壓曲線呈現(xiàn)分段階梯形單調(diào)遞減特性,功率峰值點電流與相應(yīng)分段短路電流近似成固定比例關(guān)系、功率峰值點電壓與組成光伏串的光伏組件的開路電壓近似成固定比例關(guān)系。通過模擬局部陰影條件,實地測試了光伏陣列的輸出特性,實測結(jié)果驗證了理論分析的正確性。這些特征為設(shè)計新的MPPT方法提供了理論基礎(chǔ)�；诰植筷幱皸l件下光伏串陣列的輸出電流-電壓曲線特性和功率-電壓曲線峰值點電流電壓定量特征,本文提出了兩種全局最大功率跟蹤方法,即“搜索-跳躍-判斷”三步式全局MPPT方法和快速全局MPPT方法。三步式全局MPPT方法充分利用了局部陰影條件時光伏串輸出電流-電壓的分段階梯形單調(diào)遞減特性以實現(xiàn)跳躍,利用輸出功率-電壓曲線存在的峰值點電流定量特征以實現(xiàn)連續(xù)跳躍或搜索,跳躍的頻次越多、電壓區(qū)間越大,節(jié)約時間越多,速度越快。快速全局MPPT方法則利用了局部陰影時光伏串輸出功率曲線峰值點電壓定量特征,用計算代替了其他方法中長時間的實際搜索時間,具有極快的搜索速度。結(jié)合多種局部陰影模式詳細分析了兩種MPPT方法的運行過程。在實驗室搭建了原理樣機,對所提出的兩種MPPT方法進行了實驗驗證,并與已有的兩種MPPT方法實驗結(jié)果進行了對比,表明所提出的MPPT方法的先進性和準確性。本文選用多輸入Buck變換器作為阻抗匹配變換器,并引入電感電流偽連續(xù)模式作為該變換器的工作模式,不僅解決了電感電流連續(xù)模式時多路輸入電壓調(diào)節(jié)交叉影響的問題,而且避免了電感電流斷續(xù)模式時電流紋波大的缺點。提出了減小續(xù)流開關(guān)管回路導(dǎo)通電流閾值和動態(tài)調(diào)配開關(guān)周期內(nèi)各路工作時間的優(yōu)化策略,盡量使各路輸入都工作于臨界電流連續(xù)的狀態(tài),降低了導(dǎo)通損耗,提高了工作效率。在實驗室搭建了1kW的原理樣機,并進行了實驗驗證,實驗結(jié)果表明偽連續(xù)工作模式和優(yōu)化策略是可行的。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM914.4;TM46
【部分圖文】：

的硅晶體有效提高了光電轉(zhuǎn)換效率，單晶硅的轉(zhuǎn)換效率達到 14%，光伏電池研究取得重大突破[4]。20 世紀 80 年代以來，光伏發(fā)電在提高效率、降低成本、延長壽命、美觀實用等方面取得了很大的進步，是世界上增長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。圖 1.1 給出了近十年全球光伏發(fā)電新增裝機容量的情況[5, 6]，全球光伏新增裝機容量由 2007 年的 2.6GW 迅猛增長到 2016 年的 70GW據(jù)預(yù)測，到 2050 年，光伏發(fā)電在世界發(fā)電總量中將占 13%~15%，到 2100 年將約占 64%[7]。

出電流-電壓曲線(I-V 曲線)和輸出功率-電壓曲線(P-V 曲線)如圖 1.3 所示。從 P-V 特性曲線：光伏串 1 (由 PV1和 PV2組成)的最大輸出功率為 92W，最大功率點電壓為 31V；光伏串 23和 PV4組成)的最大輸出功率為 181W，最大功率點電壓為 57V。兩個支路單獨工作時可的最大功率之和為 273W，組成光伏陣列后的最大輸出功率為 216W，最大功率損失比例達%。因此，為了提高光伏陣列輸出功率利用率，應(yīng)優(yōu)化設(shè)計光伏陣列結(jié)構(gòu)形式。

出電流-電壓曲線(I-V 曲線)和輸出功率-電壓曲線(P-V 曲線)如圖 1.3 所示。從 P-V 特性曲線：光伏串 1 (由 PV1和 PV2組成)的最大輸出功率為 92W，最大功率點電壓為 31V；光伏串 23和 PV4組成)的最大輸出功率為 181W，最大功率點電壓為 57V。兩個支路單獨工作時可的最大功率之和為 273W，組成光伏陣列后的最大輸出功率為 216W，最大功率損失比例達%。因此，為了提高光伏陣列輸出功率利用率，應(yīng)優(yōu)化設(shè)計光伏陣列結(jié)構(gòu)形式。

【參考文獻】

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1 李艷;鄭瓊林;陳嘉W

本文編號：2818183