近年来,太阳能由于其取之不尽,用之不竭并且无污染的特征,受到越来越多的关注。特别是太阳能光伏发电被认为是最盛行的绿色发电方式之一。由于光伏发电系统中的光伏阵列常常安装在高海拔和温差较大的地区,因此光伏阵列的运行受其转换效率,多种故障以及光伏面板寿命的限制。本文旨在提高复杂户外环境下光伏阵列的转换效率,延长光伏面板的使用寿命,同时降低系统的维护成本。基于此,本文将进行光伏阵列的故障诊断与配置重构策略研究,其主要内容如下:(1)光伏阵列的最大功率点跟踪。首先,为了准确建立复杂户外环境下光伏阵列的模型,本文中的光伏阵列由多个光伏组件串并联构成,并且每个光伏组件串中有多个串联的光伏组件,其中每个光伏组件由太阳电池组和一个反并联的旁路二极管构成。在此基础上,提出了一种基于改进花朵授粉算法的光伏阵列最大功率点跟踪方法。在该方法中,通过切换概率和种群适应度值来同时控制双模式寻优之间的切换,这种改进可以克服花朵授粉算法在最大功率点跟踪过程中容易捕获到局部极值并且后期收敛慢的缺点。在不同的光照辐射水平,不同的温度条件以及复杂的局部阴影条件下,通过与扰动观察法和花朵授粉算法进行比较,验证了所提出方法在光伏阵列最大功率点跟踪中的性能。(2)光伏阵列的故障检测。出于对光伏发电系统转换效率和运行安全性的考虑,需要准确识别出基于最大功率点跟踪运行的光伏阵列潜在故障以及相应故障的类型。基于此,提出了一种基于电压和电流指标评估的光伏阵列故障检测技术。首先,分析常见故障下光伏阵列的输出特性,从而提取故障特征量,即光伏阵列在最大功率点处的输出电压和电流。然后根据故障特征量定义的电压和电流指标制定对应的故障检测阈值。通过将这些确定的检测阈值与实时评估的光伏阵列输出电压和电流指标进行比较,即可检测出该光伏阵列存在的故障以及故障类型。基于一个3?3光伏阵列,将所提出的故障检测技术的可行性分别在单个光伏组件串开路,单个或多个光伏组件短路,单个或多个光伏组件老化,以及局部阴影或时变阴影等故障场景下进行了验证。(3)光伏阵列中故障组件的定位。在识别出光伏阵列潜在故障以及对应的故障类型以后,需要进一步准确定位出故障组件的位置。为此,提出了基于改进电压传感器布局的光伏阵列故障组件定位方法。根据光伏组件串数目的奇偶性将该光伏阵列划分为多个子阵列,在每个子阵列中的光伏组件串之间放置电压传感器。同时,针对开路、短路、老化以及局部阴影故障,制定了通用的故障组件定位规则。通过比较所放置的电压传感器实时读数与对应的故障定位规则,可以准确识别出光伏阵列中每个故障组件的位置。在一个小规模光伏阵列中,通过与现有的故障定位方法进行对比,验证了所提出故障定位方法的性能。另外,模拟中国电力科学研究院的一个1.2 k Wp实验基地中的一个大规模光伏阵列,进一步验证了所提出定位方法的有效性。(4)光伏阵列中故障区域的定位。在实际的光伏电站中,对于小规模光伏阵列需要准确确定出每一个故障组件的位置。然而,相同策略应用于大规模光伏阵列时,这将意味着需要高昂的投资成本。为了进一步减少传感器的使用数目并节省故障定位成本,只需确定出故障发生的最小区域即可。基于此目的,提出了一种大规模光伏阵列故障组件块的定位方法,其中将一个或多个串联光伏组件构成的组件块作为故障定位的最小区域。在该方法中,利用上述相似的传感器放置策略获取光伏组件串之间各组件块的端电压,并在常见故障下制定了故障组件块的定位准则。提出的故障组件块定位方法通过在一个模拟中国西部为某温室大棚提供电能的3.6 k Wp并网光伏电站中的5?12光伏阵列和一个模拟1.2 MWp光伏发电系统中的200?100光伏阵列中分别进行了验证。(5)光伏阵列的配置重构。在复杂的户外环境下,变化缓慢的临时阴影故障是光伏阵列最常见并且最严重的故障之一。为了解决该故障,提出了一种复杂阴影下光伏阵列的块级重构策略。通过在每个子阵列中的组件串之间放置电气开关,使得每个子阵列形成全交叉互连拓扑结构。在此基础上,将基于智能列索引的一次性物理重构策略应用于各个子阵列。当光伏阵列中出现局部阴影时,放置的电气开关被触发,该光伏阵列将被连接成串并联-全交叉互连拓扑结构,同时将接收到的阴影分散至整个光伏面板,以减轻阴影对其输出功率的影响。模拟一个14.5k Wp并网光伏电站中的9?27光伏阵列,在动态规则和不规则阴影下通过与该阵列不同配置的输出功率进行比较,验证了所提出重构策略的有效性。