光伏系统三种不同连接方案的发电量仿真比较-索比光伏网

光伏系统三种不同连接方案的发电量仿真比较

来源：

索比太阳能光伏网倪华，陈娟，赵为

发布时间：

2014-08-19 10:16:22

摘要：任何失配现象都会给光伏电站系统带来功率损失，对此，本文着重进行了分析与仿真验证。首先建立了基于工程计算方法的MATLAB仿真模型，并验证了模型的正确性。其次文章首次提出将光伏电站系统功率损失分为组件功率损失、串联功率损失、并联功率损失三部分的观点。在此基础上，对三种不同的系统连接方案：集中式、组串式和微逆的发电量区别进行了理论解释：组串式系统主要消除了系统的并联功率损失，因此提高了部分系统功率；微逆系统同时消除了系统的并联功率损失和串联功率损失，因此损失最小。通过仿真对比了不同条件下三种系统连接方案的发电量，验证了上述结论并分析出了三连接方案的不同适用范围。

关键词：光伏阵列，系统损失，集中式，组串式，微逆

0 前言

目前国内光伏特性研究主要集中在两个大方向：模型的研究与失配特性的研究。仿真是认识光伏阵列特性的主要途径。理想的阵列特性比较容易得到，而实际情况中的阵列大都含有失配现象。保持绝对的一致性的阵列是不存在的，阵列失配则是绝对的，只是程度轻重的差别，因此失配阵列是光伏阵列仿真的主要对象。能引起阵列失配的原因有多个，阴影、短路、断路、出厂参数不一致、安装过程中的损坏、衰减等都可以导致失配。诸多失配原因的一致结果是引起阵列表面的光照不均匀，因此阴影常被作为失配的典型研究对象[1, 2]。

通过阴影仿真研究证明，失配会影响光伏阵列的输出特性。主要表现于系统最大输出功率率减少，且会出现多波峰现象[3-6]。基于传统的最大功率跟踪算法可能会使把系统的局部最大功率点误当作全局最大功率点，因此带来更大的功率损失[7]。针对此问题，学者们分别从光伏拓扑优化和最大功率跟踪算法改进这两个方面提出了对应策略。前者在保持最大功率跟踪算法不改动的情况下，通过改变阵列结构或优化阵列配置，使得系统尽量避开失配带来的影响[4, 7-9]后者则主要保持阵列结构不动，而通过改进最大功率跟踪算法的灵活性来使系统主动识别失配特性，寻找到全局最大功率点，从而减少系统功率损失[6, 10-13]。

阵列的串并联电气连接方式也会在一定程度上增加系统的功率损失。理想的光伏阵列，其各组件的一致性非常好，组件间的电气连接不会影响系统的功率。实际情况中，由于各组件的不一致，会通过电气串联、并联连接给系统带来功率损失。文献[14]指出了集中式、串式和多串式三种电气连接技术由于系统的MPPT（Maximum Power Point Tracker）只针对整个串并光伏阵列或组件串而会损失一部分功率，同时提出一种基于单个组件的MPPT模式，以保证阵列中每个组件均运行在最大功率点。文献[8]更进一步，以每个共用旁路二极管的电池元组为基本单元进行MPPT跟踪，以求得更大的系统功率。由此可见，减少组件间的电气连接能提高光伏电站的系统功率，但上述文章均只以结论的形式阐述了不同电气连接方案的特点，相关的原理性解释并不多。本文主要以集中式、组串式（也称分布式）、微逆三种电气连接系统为研究对象，深入研究它们的特点及不同情况下的输出特性及其原因。