光伏发电已成为太阳能大规模开发利用的重要途径,由于发电过程清洁无害、安全便利、维护简单,光伏发电并网运行成为国内外高度重视的技术发展方向之一。然而,光伏电池受天气变化、阴影遮挡、不同规格或新旧电池混合使用等因素的影响,易造成光伏器件对光照强度与环境温度的反应不一致,这种情况通常称之为失配现象。失配问题不仅导致阵列输出功率严重降低,而且会引起热斑效应损坏组件,严重影响组件的使用寿命和发电效率。本文基于光伏电池-超级电容器件(solar cell-supercapacitor device,SCSD)构建新型光储一体化发电优化控制模型,以SCSD与以SCSD为基本单元的阵列为研究对象,通过设计超级电容充放电控制策略、构建SCSD阵列数学模型和设计SCSD阵列重构优化策略,提高阵列应对失配问题的能力和发电效率。论文完成的主要工作如下:首先,采用光伏电池-超级电容器件作为构成光伏阵列的基本单元,结合超级电容充放电特性和SCSD三端口特征,设计了一种实现光伏电池与超级电容“发电-储能”自适应协调控制电路。通过将超级电容的荷电容量和光照强度进行模糊化处理,并进行模糊推理运算得到最大功率跟踪调整系数,使太阳能能电池工作在最大功率点。仿真结果表明,基于模糊策略改进细菌觅食算法(bacterial foraging optimization algorithm,BFOA)的最大功率跟踪方法,能够自适应协调SCSD的光伏电池与超级电容出力,减小短时光照强度变化下输出功率波动,同时也验证了 SCSD发电-储能一体化结构的可行性和有效性。其次,以SCSD为基本单元构建光储一体化阵列,分析SCSD阵列在失配条件下的输出特性和失配机理。在此基础上,考虑超级电容的充放电补偿作用,建立了正常情况、轻度失配和重度失配条件下SCSD阵列的数学模型。通过由9块SCSD组成的3×3阵列进行M ATLAB/Si mulink仿真并与实验值比较,验证了三种条件下SCSD阵列输出特性模型的准确性。最后,通过对SCSD电气特性、SCSD串联阵列和SCSD并联阵列输出特性分析,构建开关网络实现对SCSD阵列中失配器件的电流补偿和电压补偿,将失配后的阵列的P-U曲线由多峰值变成单峰值;在此基础上,构建考虑阵列输出功率最大、每次重构开关网络动作的开关总数量最少、超级电容出力最均衡的多目标优化函数,通过多目标优化模型协调控制开关网络动作;通过与常规多峰值最大功率跟踪算法仿真比较,验证了本节所提重构方法的实用性。通过以上对SCSD阵列优化控制,能够实现失配条件下阵列中每个光伏电池的最大功率输出,显著提高系统发电效率,在保证安全的基础上实现了 SCSD阵列光储系统输出功率最优。