基于MPPT技术的组串功率优化器在光伏电站运维中的应用.pdf

摘 要 光伏电站运行过程中，光伏阵列端容易出现部分光伏组件衰减严重、组件中旁路二 极管损坏、电势诱导衰减 （Potential Induced Degradation ，PID ）、阴影遮挡、组件倾角 不一致、表面脏污等现象，给光伏电站的发电收益带来了较大的影响。这些现象可能导 致局部几个组件串电压偏低、电压不匹配的现象，从而导致整个逆变光伏阵列输出功率 出现大幅度的削减，产生光伏组串的“木桶效应” 。本论文研究并采用一种组串功率优化 器，将存在问题的组串与正常的组串隔离，使所有组串相关输出功率不受影响。同时通 过应用最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT ）技术，让其均工作在 各自的最大输出功率状态，保证光伏阵列整体输出功率的最大化。 第一章，首先介绍了功率优化器的研究现状及发展前景，同时阐述了目前光伏运维 的现状和难点，讨论了将本论文的研究创新应用于运维技改的现实意义。 第二章，介绍了光伏电池的数学模型及其在 MATLAB/Simulink 下的仿真输出特性。 同时，对光伏的MPPT 控制原理及其常用的 3 种算法作了分析和比较，最终确定了以扰 动观测算法作为本文的研究对象。 第三章，介绍了光伏系统在实际运行中由于光伏组件引起的功率输出失配现象，并 对失配影响因子进行了分析研究，论证了基于 MPPT 技术的组串功率优化器在大型光伏 电站运维技改中应用的可行性。 第四章，首先介绍了功率优化器的设计总则，阐述了产品软、硬件设计开发的方案。 同时，介绍了软件开发的环境，并给出了开发流程图。最后，利用光伏模拟电源和光伏 并网逆变器搭建了实验平台，对开发的样机进行了实验测试。 最后，本论文对组串功率优化器的安装及应用效果进行了介绍和分析。针对一个装 机容量为 10MWp 的光伏电站，在其出现PID 后，研究了本文提出的功率优化器对其组 串间电压失配的改善作用。 关键词：PID ，光伏组串，功率优化器，MPPT ，扰动观测法，运维技改 I ABSTRACT ABSTRACT During the operation of photovoltaic (PV) power station, there are various defects occurring in PV array in their lifetime, such as, huge power degradation, by-pass diodes failure, potential induced degradation (PID), local shadow, tilted angles mismatch, surface soiling, etc. It brings high challenge to the yield production and benefit of the PV power station. These defects can reduce the voltage of some local PV strings and lead to mismatch with normal PV strings, which results in a significant reduction in the power output of the whole PV array. It calls as “Barrel Effect” of the PV string in term. This paper introduces a special PV string power optimizer to separate the problematic strings from the normal strings. Then the problematic strings and normal strings can