本發(fā)明屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于陰影檢測的光伏陣列最大功率點跟蹤方法。

背景技術(shù)：

在大型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列由若干個光伏組件串并構(gòu)成，其輸出特性受到外部光照強度、溫度等因素的影響，具有復(fù)雜的非線性特性。當光伏陣列表層光照均勻，即無陰影時，其功率-電壓(p-v)曲線呈現(xiàn)單峰特性，存在一個全局最大功率點；當光伏陣列表層光照不均勻，即存在陰影時，其p-v曲線存在多個局部最大功率點。實際應(yīng)用中，光伏發(fā)電系統(tǒng)需要通過相應(yīng)的控制方法使光伏陣列始終輸出最大功率，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。上述控制過程則稱為最大功率點跟蹤。

傳統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法主要有擾動觀察法、電導(dǎo)增量法、最優(yōu)梯度法以及模糊控制法等，但在大型光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際工程應(yīng)用中，由于跟蹤控制導(dǎo)致的功率損耗以及陰影狀態(tài)導(dǎo)致的控制系統(tǒng)穩(wěn)定降低等問題，大多采用恒定電壓的方法控制光伏陣列的輸出功率，不考慮陰影狀態(tài)下最大功率點偏移問題，導(dǎo)致發(fā)電效率下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種跟蹤速度快、功率損耗小的基于陰影檢測的光伏陣列最大功率點跟蹤方法。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種基于陰影檢測的光伏陣列最大功率點跟蹤方法包括以下步驟：

對光伏陣列表層光照圖像進行陰影檢測，得到陰影檢測信息；

計算光伏陣列的開路電壓與最大功率點電壓之間的比例系數(shù)；

根據(jù)陰影檢測信息，對于存在陰影和不存在陰影的兩種情況，分別跟蹤光伏陣列的近似全局最大功率點電壓；

根據(jù)近似全局最大功率點電壓，跟蹤光伏陣列的全局最大功率點電壓。

進一步地，所述對光伏陣列表層光照圖像進行陰影檢測步驟的具體過程為：

采集光伏陣列的表層光照圖像，利用二維離散函數(shù)在某點的函數(shù)值表示該點處像素的灰度值；

利用像素的灰度值計算光伏陣列的表層光照圖像的灰度均值；

利用灰度值和灰度均值計算光伏陣列的表層光照圖像灰度的方差；

設(shè)置陰影閾值，將光伏陣列的表層光照圖像灰度的方差與陰影閾值進行比較，如果方差小于陰影閾值，則不存在陰影；如果方差大于陰影閾值，則存在陰影。

更進一步地，所述光伏陣列的表層光照圖像的灰度均值為：

式中，f(x,y)表示點(x,y)處像素的灰度值，m表示橫向像素的個數(shù)，n表示縱向像素的個數(shù)，1≤x≤m，1≤y≤n。

更進一步地，所述光伏陣列的表層光照圖像灰度的方差為：

更進一步地，所述陰影檢測信息為：

式中，th表示陰影閾值。

更進一步地，所述計算光伏陣列的開路電壓與最大功率點電壓之間的比例系數(shù)步驟的具體過程為：

對n×m的光伏陣列構(gòu)建仿真模型，其中，n表示光伏陣列中串聯(lián)陣列的列數(shù)，m表示每個串聯(lián)陣列中包含的串聯(lián)光伏組件的個數(shù)；

初始化光伏組件和光伏陣列的特性參數(shù)，利用仿真模型仿真計算得到光伏陣列在不同光照強度下的開路電壓與最大功率點電壓間的比例系數(shù)。

更進一步地，所述對n×m的光伏陣列構(gòu)建仿真模型的具體過程為：

采用牛頓迭代法近似求解光伏組件的電流方程，該電流方程為：

式中，i表示光伏組件的輸出電流，v表示光伏組件的輸出電壓，iph表示光伏組件的光生電流，i0表示光伏組件內(nèi)部等效二極管的p-n結(jié)反向飽和電流，q表示光伏組件的單位電荷，n0表示二極管特性因子，t表示光伏組件的表面溫度，k表示波爾茲曼常量，rs表示串聯(lián)內(nèi)阻；

根據(jù)光伏組件的電流方程得到光伏組件的輸出電流imodule與輸出電壓vmodule的對應(yīng)關(guān)系，并建立函數(shù)imodule＝pv_module(vmodule,t,g)，其中，g表示光照強度；

將串聯(lián)陣列的輸出電流isub作為自變量，在分段電流區(qū)間內(nèi)構(gòu)建串聯(lián)陣列的輸出函數(shù)vsub＝pv_sub(isub)，其中，光伏組件的輸出電流imodule與串聯(lián)陣列的輸出電流isub之間的關(guān)系為：isub＝imodule；

將溫度t、光照強度g、串聯(lián)光伏組件的個數(shù)m和串聯(lián)陣列的列數(shù)n作為輸出量，依據(jù)光伏陣列的串、并聯(lián)關(guān)系，以光伏陣列的輸出電壓varray作為分析基準，構(gòu)建數(shù)組iarray(j)、varray(j)以及parray(j)，并利用plot函數(shù)輸出光伏陣列的i-v和p-v仿真曲線；其中，串聯(lián)陣列的輸出電壓vsub與光伏陣列的輸出電壓varray之間的關(guān)系為：varray＝vsub。

更進一步地，所述跟蹤光伏陣列的近似全局最大功率點電壓步驟的具體過程為：

1)采集陰影檢測信息shadow；

2)對是否存在陰影進行判斷，如果不存在陰影，則令近似全局最大功率點電壓為：

vmax_a＝msvoc；

式中，voc表示光伏組件的開路電壓；

3)如果存在陰影，則依次計算局部最大輸出功率pmax_i，其中，i＝1,2,……,m；

31)對局部最大輸出功率pmax_i與近似全局最大功率pmax_a進行比較，如果pmax_i>pmax_a，則令pmax_a＝pmax_i，vmax_a＝vmax_i，imax_a＝i；否則，直接執(zhí)行步驟32)；

32)令i＝i+1；

33)對i與m+1進行判斷，如果i<m+1，則返回步驟31)進行循環(huán)執(zhí)行；否則，令vmax_a＝imax_asvoc。

更進一步地，所述跟蹤光伏陣列的全局最大功率點電壓步驟的具體過程為：

1)計算近似全局最大功率點電壓vmax_a處的近似梯度gmax_a；

近似梯度gmax_a為：

式中，step表示擾動步長，pmax_a+step表示電壓vmax_a+step處的輸出功率；

2)對近似梯度gmax_a的大小進行判斷，如果gmax_a>0，則令vmax＝vmax+step；

3)計算全局最大功率點電壓vmax處的近似梯度gmax，并對近似梯度gmax進行判斷，如果gmax>0，則返回步驟2)進行循環(huán)執(zhí)行，直到gmax<0，令vout＝vmax，跟蹤到光伏陣列的全局最大功率點電壓vmax；

4)如果gmax_a<0，則令vmax＝vmax-step；

5)計算全局最大功率點電壓vmax處的近似梯度gmax，并對近似梯度gmax進行判斷，如果gmax<0，則返回步驟4)進行循環(huán)執(zhí)行，直到gmax>0，令vout＝vmax，跟蹤到光伏陣列的全局最大功率點電壓vmax。

由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過采用以下步驟光伏陣列表層光照圖像進行陰影檢測，計算光伏陣列的開路電壓與最大功率點電壓之間的比例系數(shù)，跟蹤光伏陣列的近似全局最大功率點電壓，跟蹤光伏陣列的全局最大功率點電壓，具有跟蹤速度快和功率損耗小等優(yōu)點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一實施例提供的一種基于陰影檢測的光伏陣列最大功率點跟蹤方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明另一實施例提供的一種基于陰影檢測的光伏陣列最大功率點跟蹤方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于陰影檢測的光伏陣列最大功率點跟蹤方法，其包括以下步驟：

s1、對光伏陣列表層光照圖像進行陰影檢測，得到陰影檢測信息，其具體過程為：

1)采集光伏陣列的表層光照圖像，光伏陣列的表層光照圖像采用二維離散函數(shù)f(x,y)表示。其中，(x,y)表示圖像像素在直角坐標系中的坐標，函數(shù)f(x,y)的值表示點(x,y)處像素的灰度值。

2)計算光伏陣列的表層光照圖像的灰度均值；

光照圖像的灰度均值為：

式中，m表示橫向像素的個數(shù)，n表示縱向像素的個數(shù)，1≤x≤m，1≤y≤n。

3)計算光伏陣列的表層光照圖像灰度的方差；

光伏陣列的表層光照圖像灰度的方差var(x,y)為：

4)設(shè)置陰影閾值th，并將光伏陣列的表層光照圖像灰度的方差var(x,y)與陰影閾值th進行比較，根據(jù)比較結(jié)果得到陰影檢測信息shadow，其具體過程為：

如果var(x,y)<th，則說明圖像灰度與期望值偏離較小，光伏陣列表面光照均勻，不存在陰影，則shadow＝0。

如果var(x,y)>th，則說明圖像灰度與期望值偏離較大，光伏陣列表面光照不均勻，存在陰影，則shadow＝1。

也即，陰影檢測信息shadow為：

s2、計算光伏陣列的開路電壓與最大功率點電壓之間的比例系數(shù)s，其具體過程為：

1)對n×m的光伏陣列構(gòu)建仿真模型，其中，n表示光伏陣列中串聯(lián)陣列的列數(shù)，m表示每個串聯(lián)陣列中包含的串聯(lián)光伏組件的個數(shù)，其構(gòu)建過程為：

11)采用牛頓迭代法近似求解光伏組件的電流方程，該電流方程為：

式中，i表示光伏組件的輸出電流，v表示光伏組件的輸出電壓，iph表示光伏組件的光生電流，i0表示光伏組件內(nèi)部等效二極管的p-n結(jié)反向飽和電流，q表示光伏組件的單位電荷，n0表示二極管特性因子，t表示光伏組件的表面溫度，k表示波爾茲曼常量，rs表示串聯(lián)內(nèi)阻。

根據(jù)光伏組件的電流方程得到光伏組件的輸出電流imodule與輸出電壓vmodule的對應(yīng)關(guān)系，并建立函數(shù)imodule＝pv_module(vmodule,t,g)，其中，g表示光照強度。

12)將串聯(lián)陣列的輸出電流isub作為自變量，在分段電流區(qū)間內(nèi)構(gòu)建串聯(lián)陣列的輸出函數(shù)vsub＝pv_sub(isub)，其中，光伏組件的輸出電流imodule與串聯(lián)陣列的輸出電流isub之間的關(guān)系為：isub＝imodule。

13)將溫度t、光照強度g、串聯(lián)光伏組件的個數(shù)m和串聯(lián)陣列的列數(shù)n作為輸出量，依據(jù)光伏陣列的串、并聯(lián)關(guān)系，以光伏陣列的輸出電壓varray作為分析基準，構(gòu)建數(shù)組iarray(j)、varray(j)以及parray(j)，并利用plot函數(shù)輸出光伏陣列的i-v和p-v仿真曲線。其中，串聯(lián)陣列的輸出電壓vsub與光伏陣列的輸出電壓varray之間的關(guān)系為：varray＝vsub。

2)初始化光伏組件和光伏陣列的特性參數(shù)，利用仿真模型仿真計算得到光伏陣列在不同光照強度下的開路電壓與最大功率點電壓間的比例系數(shù)s。

s3、根據(jù)陰影檢測信息，對于存在陰影和不存在陰影的兩種情況，分別跟蹤光伏陣列的近似全局最大功率點電壓vmax_a，其具體過程為：

1)采集陰影檢測信息shadow；

2)對是否存在陰影進行判斷，如果shadow＝0，即不存在陰影，則令近似全局最大功率點電壓為：

vmax_a＝msvoc；

式中，voc表示光伏組件的開路電壓。

3)如果shadow＝1，即存在陰影，則依次計算局部最大輸出功率pmax_i，其中，i＝1,2,……,m。

31)對局部最大輸出功率pmax_i與近似全局最大功率pmax_a進行比較，如果pmax_i>pmax_a，則令pmax_a＝pmax_i，vmax_a＝vmax_i，imax_a＝i；否則，直接執(zhí)行步驟32)。

32)令i＝i+1。

33)對i與m+1進行判斷，如果i<m+1，則返回步驟31)進行循環(huán)執(zhí)行；否則，令vmax_a＝imax_asvoc。

s4、根據(jù)近似全局最大功率點電壓，跟蹤光伏陣列的全局最大功率點電壓vmax，其具體過程為：

1)計算近似全局最大功率點電壓vmax_a處的近似梯度gmax_a；

近似梯度gmax_a為：

式中，step表示擾動步長，pmax_a+step表示電壓vmax_a+step處的輸出功率。

2)對近似梯度gmax_a的大小進行判斷，如果gmax_a>0，則令vmax＝vmax+step。

3)計算全局最大功率點電壓vmax處的近似梯度gmax，并對近似梯度gmax進行判斷，如果gmax>0，則返回步驟2)進行循環(huán)執(zhí)行，直到gmax<0，令vout＝vmax，跟蹤到光伏陣列的全局最大功率點電壓vmax。

4)如果gmax_a<0，則令vmax＝vmax-step。

5)計算全局最大功率點電壓vmax處的近似梯度gmax，并對近似梯度gmax進行判斷，如果gmax<0，則返回步驟4)進行循環(huán)執(zhí)行，直到gmax>0，令vout＝vmax，跟蹤到光伏陣列的全局最大功率點電壓vmax。

實驗證明，本發(fā)明基于陰影檢測的光伏陣列最大功率點跟蹤方法具有跟蹤速度快和功率損耗小等優(yōu)勢。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。