[發明專利]一種用于故障診斷的光伏組件參數提取方法

有效

• 申請號: 201810309187.1
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108509736B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 衛東;魏繆宇;葉洪吉
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H02S50/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于故障診斷的光伏組件參數提取方法，其特征在于：該光伏組件I-V特性曲線不完整時，通過采樣該光伏組件的部分電壓電流數據點求解出表征光伏組件物理性質的五參數，所述五參數包括光生電流I_ph、二極管反向飽和電流I_o、二極管理想因子n、串聯電阻R_s、并聯電阻R_sh，具體步驟如下：

步驟一：根據光伏組件單二極管物理模型，推導出新的光伏組件五參數解析式，具體推導過程如下：

①根據光伏組件單二極管等效電路模型，并基于該模型利用基爾霍夫電流定律(KCL)得到光伏組件電流特性方程：

其中I_ph為光生電流，I_D為通過二極管的電流，I_R為通過并聯電阻的電流，I_o為二極管反向飽和電流，R_s為串聯電阻，R_sh為并聯電阻，n為二極管理想因子，I為光伏組件輸出電流，U為光伏組件輸出電壓，q為電子電荷常數，T為環境溫度，k為玻爾茲曼常數，后文中，令

②對(1)式求導，可得：

為替換(2)式中的冪指數式，將(1)式代入(2)式，且I_ph≈I_sc得：

③為獲得更多組件參數信息，分別將短路電流點(I＝I_sc，U＝0)與開路電壓點(I＝0，U＝U_oc)代入(1)和(2)式，其中I_sc為光伏組件短路電流，U_oc為光伏組件開路電壓，可得：

式中R_sho是短路電流處的-dU/dI；

④由(4)式與(6)式可以消去I_ph，可得式(7)：

⑤將(5)式變形可得：

⑥對(7)式進行化簡：

化簡原則：R_sh≈R_sho＞＞R_s (9)

得到：

⑦由(3)式可得R_s與任一點R_so^*的關系，結合(9)式化簡如下：

其中R_so*為I-V曲線上任意一點的斜率，I^*與U^*為光伏組件中I-V曲線上的任意一點處的電壓和電流值，由于(12)式涉及化簡，U^*的取值接近U_oc時計算值更為準確，其中U_oc為組件開路電壓值；

⑧將(9)式代入(12)式化簡得：

⑨將光伏組件電壓調制點(U_a，I_a)代入(1)式，可得：

將(14)式代入(4)式，消去I_ph，可得：

并將(8)式代入(15)式，消去可得：

⑩對(16)式進行化簡：

化簡原則：與(9)式；

得到：

將(11)式代入(17)式消去I_o，可得：

將(18)式兩邊取對數可得：

引入另一個電壓調制點(U_b，I_b)，該點不能與(U_a，I_a)重合，最終可消去(19)式中等號右邊的量，可得：

將(12)式代入(20)式消去R_s，

將n·V_th看做整體變量，得到一個關于n·V_th的一元二次方程：

形如：A(n·V_th)²+B(n·V_th)+C＝0 (20)

其中：

故：

求出二極管理想因子n后，可以利用式(13)求出串聯電阻R_s：

為求得I_o，引入另一電壓調制點(U_c，I_c)，該點不能與(U_a，I_a)、(U_b，I_b)重合，根據(1)式可推導出(26)式：

式(26)為二元一次方程，結合R_sho≈R_sh故可得到I_o與I_ph的表達式：

結合(5)式求出R_sh表達式：

其中上式中所引入的電壓調制點(U_a，I_a)、(U_b，I_b)、(U_c，I_c)中的U_a、I_a、U_b、I_b、U_c、I_c均為光伏組件中I-V曲線上的任意一點處的電壓值與電流值；

由上式(24)(25)(27)(28)(29)可知，所述新的光伏組件五參數解析式中不需要最大功率點、開路電壓值以及開路電壓處的dU/dI；

步驟二：將單塊光伏組件連接至電壓調制模塊，采樣計算五參數所需的7個數據點；所述7個數據點具體為：

①采樣求解n·V_th，其中：

結合上式，求出nV_th所需的數據點為：

(1)短路電流點(0，I_sc)；

(2)短路電流附近點(δV，I_sc+δV)，其中，δV為電壓調制模塊調制電壓值的最小步長，δI為電壓調制模塊調制電流值的最小步長，從而：

(3)(U_a，I_a)點，該點電壓U_a實際取0.8U_oc；

(4)(U_b，I_b)點，該點電壓U_b應靠近U_oc，且不等于U_a；

(5)(U^*，I^*)點，該點電壓U^*不等于U_a和U_b，實際U^*取0.7U_oc；

(6)(U^*，I^*)附近點(δV+U^*，I^*+δI)，其中，δV為電壓調制模塊調制電壓值的最小步長，δI為電壓調制模塊調制電流值得的小步長，從而：

②求解R_s，由此可見，求R_s所需的數據點與求nV_th相同；

③求解I_o，計算I_o所需的數據點，除了計算nV_th所需的6個點之外，還需采樣(U_c，I_c)點，該點的電壓值U_c不能等于U_a；

④求解I_ph，其中計算I_ph所需的數據點與計算nV_th所需的數據點相同；

⑤求解R_sh，其中計算R_sh所需的數據點與計算nV_th所需的數據點相同；

綜上所述，計算所述新的光伏組件五參數所需的7個數據點為：

a.短路電流點(0，I_sc)；

b.短路電流附近點(δV，I_sc+δI)，其中，δV為電壓調制模塊調制電壓值的最小步長，從而：

c.(U_a，I_a)點，該點電壓U_a實際取0.8U_oc；

d.(U_b，I_b)點，該點電壓U_b應靠近U_oc，且不等于U_a；

e.(U^*，I^*)點，該點電壓U^*不等于U_a和U_b，實際U^*取0.7U_oc；

f.(U^*，I^*)附近點(δV+U^*，I^*+δI)，其中，δV為電壓調制模塊調制電壓值的最小步長，δI為電壓調制模塊調制電流值的最小步長，從而：

g.(U_c，I_c)點，該點的電壓值U_c不等于U_a；

步驟三：將采樣點數據代入步驟一中所述的新的光伏組件五參數解析式，計算出該光伏組件五參數。