光伏发电系统组件热斑效应影响分析及其控制方法研究

The "hot spot effect" ,a phenomenon which is caused by the shadow of trees, cloud, ornithocopros,or even the dust, impaces the photovoltaic module seriously. The "hot spot effect" may not only decrease the output power of the shadowed PV,but also cause the reverse voltage of the shadowed PV and become the extra load of the system. As a result, it endangers the operation of the system a lot. This project aims at the mechanism of "hot spot effect" and reserchs its effect towards system deeply, putting forward a new topological structure of photovoltaic system、building the optimized DC/DC converter、inverter or miro-inverter form、combinatorial optimization control strategy、intelligent MPPT algorithm and the shadow detection algorithm based on pattern recognition technology, reserching and exploring new control method toward the "hot spot effect" of photovoltaic system, in order to promote the effcienticy of the photovoltaic system under non-uniform enviroment, and provide theoretical and technical support for the safe and stable operation of the photovoltaic system.

"热斑效应"是光伏发电系统在受到树木、云层、鸟粪等遮挡，或因长期未清洁而积累灰尘等情况下，出现的一种严重威胁系统正常运行的现象。"热斑效应"不仅会使其光伏转换效率急剧下降，严重时还成为负载吸收系统功率并生热，甚至危及系统的安全运行。本项目针对光伏发电系统的"热斑效应"，对其产生机理和对系统运行的影响进行深入研究,进而提出改变光伏阵列拓扑结构、建立优化的DC/DC变换、逆变和微逆变方式、组合优化控制策略、智能最大功率点跟踪算法以及基于模式识别技术的遮阴检测算法等，研究和探索针对光伏发电系统"热斑效应"新的控制方法，以提高光伏发电系统在不均匀光照下的转换效率，为保障光伏发电系统安全与可靠运行提供理论和技术支持。

“热斑效应”是光伏发电系统在受到树木、云层、鸟粪等遮挡，或因长期未清洁而积累灰尘等情况下，出现的一种严重威胁系统正常运行的现象。“热斑效应”不仅会使其光伏转换效率急剧下降，严重时还成为负载吸收系统功率并生热，甚至危及系统的安全运行。.本项目针对光伏发电系统的“热斑效应”，对其产生机理和对系统运行的影响进行深入研究,进而提出改变光伏阵列拓扑结构、建立优化的多层级联DC/DC变换器、组合优化控制策略、智能最大功率点跟踪算法以及新型的光伏阵列阴影检测方法等，其中主要的研究成果为：（1）针对复杂不均匀光照情况下光伏组件或光伏阵列输出特性呈现严重非线性及多极值点的问题，鉴于粒子群算法和人工鱼群算法在多维多峰函数优化、全局寻优方面的良好性能，提出了带扩展记忆粒子群优化人工鱼群MPPT控制方法和自适应全局最优引导的人工鱼群MPPT控制方法；（2）针对不均匀光照下光伏阵列功率输出的多峰特性，在综合考虑实际系统响应速度和全局最大功率点跟踪控制精度的基础上，提出了一种基于两阶段粒子群算法的MPPT控制方法；（3）为了克服热斑效应造成的光伏发电系统输出P-V曲线的多峰值特性，本文提出一种基于改进粒子群算法和变步长扰动观察法相结合的最大功率点跟踪控制方法；（4）针对光伏阵列在部分遮荫的情况下会出现的P-V曲线的多峰特性，难以用常规的方法跟踪最大功率点的问题，提出了一种改进的变步长扰动观察和全局扫描法实现最大功率点跟踪；（5）为了从根源上降低不均匀光照下对光伏系统的影响，实现对单块光伏电池板的独立控制，通过分析对比现有光伏系统拓扑结构以及MPPT控制方法，提出了一种多层级联DC/DC转换器与新型的智能MPPT算法相结合的控制系统。 .综上所述，本项目研究和探索了针对光伏系统“热斑效应”新的控制方法，以提高光伏发电系统在不均匀光照以及“热斑效应”下的转换效率，为保障光伏发电系统安全与可靠运行提供理论和技术支持。