[發明專利]一種光伏陣列的IV特性曲線掃描與參數辨識系統及方法

在審

• 申請號: 201810083455.2
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108111125A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 陳志聰;林文城;吳麗君;林培杰;程樹英;鄭茜穎;吳勇標
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02S50/10
• 分類號: H02S50/10
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;薛金才

本發明公開了一種光伏陣列的IV特性曲線掃描與參數辨識系統及方法，系統包括數據采集模塊、光伏陣列IV特性曲線掃描模塊、存儲模塊和顯示模塊，數據采集模塊對光伏陣列的溫度和光照度進行采樣，并通過低功耗無線傳感網絡傳輸給光伏陣列IV特性曲線掃描模塊，基于動態電容充電方法進行IV特性曲線掃描，檢測陣列輸出電流和電壓并存儲；將掃描到的IV曲線轉化為標準條件下（STC）的IV曲線，利用ABC?NM單純形混合算法進行IV曲線擬合，準確辨識光伏模型參數。本發明系統既能攜帶至戶外，以輔助檢測人員對光伏陣列進行人工檢測，又能放置于匯流箱，與上位機連接實現實時在線的組件級和組件串級的分布式光伏陣列IV曲線掃描。

技術領域

本發明涉及光伏發電陣列檢測技術領域，具體涉及一種光伏陣列的IV特性曲線掃描與參數辨識系統及方法。

背景技術

作為光伏發電系統的核心，光伏面板是一種必須長期處在室外環境下的發電裝置。因此，在實際的應用中，光伏面板的性能不僅會隨著使用年限的增加而下降，而且會受到惡劣自然環境的影響而產生故障。故障的存在會造成整個系統的低效率運行并且加速光伏面板的損壞，嚴重時甚至會引起火災，造成社會財產損失，危害人類生命安全。對光伏陣列在各種復雜環境下的特性電壓、電流數據的采集、建模、參數提取、參數分析歸類是快速故障檢測、保障光伏發電系統安全、評估系統性能、改進太陽能電池制造工藝的基礎。

近年來，國內外許多學者在對光伏陣列I-V特性曲線測試技術方面有了比較深入的研究，大部分學者主要采用的測試方法有：可變功率電阻器測試法、可變電子負載測試法和動態電容充電測試法。可變功率電阻器測試法是通過手動改變電阻器的阻值，并同時利用電流和電壓表進行電流、電壓數據的人工讀取，將采集到的數據按時序排列，便得到光伏組件的伏安特性曲線。該方法原理簡單，但測試過程繁瑣，耗時耗力、手動控制無法使電阻的阻值連續、準確變化，所得到的I-V曲線精確度和光滑度都較低。可變電子負載法是將運行在線性區域的功率晶體管(例如IGBT和MOSFET)作為可變負載，通過控制柵極驅動電壓來改變晶體管的導通程度，通過連續采樣，就能準確獲取光伏組件I-V特性曲線。可是因為安全工作區的限制，功率晶體管只能承受幾毫秒的高功耗，它只適用低功耗的光伏組件I-V曲線測量，對于光伏陣列的I-V測量應用，功率晶體管很容易燒壞。因此，基于功率晶體管的可變電子負載方案的魯棒性非常有限。

一旦獲得I-V曲線，可以容易地提取一些簡單的光伏陣列電氣參數(包括開路電壓(Voc)，短路電流(Isc)，最大功率點電壓(Vmpp)和電流(Impp)以及填充因子(FF)等等)，結合測量的溫度和光照度，確實可以很方便地檢查出光伏陣列的運行狀態。然而對于前端太陽能電池生產工藝的改進、如何降低光伏發電成本、光伏陣列性能更詳細地評估以及更深層次、更便捷性的光伏陣列故障診斷，除了這些簡單電氣參數以外，還需要光伏內部模型參數，而目前市場上的光伏組件往往沒有提供這些內部參數。因此，光伏模型參數辨識近年來得到國內外越來越多的學者的關注。

傳統光伏模型參數提取的方法主要局限于近似解析法和數值求解法。近似解析法利用微分求導，在不同程度假設和簡化模型的前提下，分析處理I-V特性方程，進而近似求出模型的未知參數值。盡管方法容易理解，計算不難，但其計算精度很大程度上受I-V特性曲線部分關鍵點的影響，若關鍵點的采樣數值有微小變化，模型參數則出現很大偏差。數值求解法利用數值算法對所有實測電壓電流數據進行擬合，參數提取的精度相對穩定并且有了一定的提高，但仍受限于所選擇的數值算法，存在著收斂性不確定，計算量較大等缺點。近年來，人工智能技術在光伏模型的參數提取方面得到了廣泛運用，如人工神經網絡、混沌粒子群算法，遺傳算法等。其特點是利用搜索、替代、迭代逐步減少誤差，使參數的值逼近最優解。這些算法在參數辨識精度方面相比于傳統方法有了很大提升，并且通過參數優化，基本能解決收斂速度慢，容易陷入局部最優等缺陷，因此，高效人工智能算法越來越得到人們的廣泛運用。本發明也采用高效人工智能算法。