[發明專利]一種故障狀態下的太陽能光伏組件參數辨識方法

有效

• 申請號: 201811479838.8
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109613841B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 衛東;黃鑫;魏繆宇
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種故障狀態下的太陽能光伏組件參數辨識方法，其特征在于當太陽能光伏組件處于故障狀態而使光伏組件的I-V特性曲線呈現多峰或不完整形態時，仍可通過采樣該光伏組件的電壓電流數據點求解出表征光伏組件物理性質的模型五參數，具體步驟如下：

步驟一：根據光伏組件單二極管等效電路模型，推導出新的光伏組件模型五參數解析式，在所述新的解析式中不再需要最大功率點、開路電壓值以及開路電壓處的dU/dI值，減少了對光伏組件I-V特性曲線完整性的依賴；

步驟二：將故障狀態下的太陽能光伏組件連接至電壓調制模塊，采樣得到計算模型五參數時所需數據點；

步驟三：將步驟二中所述計算模型五參數時所需數據點的數據代入步驟一中所述的新的光伏組件模型五參數解析式，完成太陽能光伏組件模型五參數的辨識計算；

其中根據步驟一中所述新的光伏組件模型五參數解析式推導如下：

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，如式(1)所示：

所述式(1)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為玻爾茲曼常數且

②對式(1)式求導，可得：

將式(1)帶入式(2)，令I_ph≈I_sc得：

其中I_sc為光伏組件短路電流；

③由于式(1)為隱式方程，故引入Lambert W函數，變化式(1)得：

④將式(4)帶入式(3)，得：

對式(5)進行簡化，可得到式(6)：

⑤式(5)揭示了Lambert W函數與dU/dI之間的關系，將關系式(6)回代式(4)得：

⑥由式(7)可得光伏組件輸出電壓、電流以及dU/dI之間與五參數的聯系，考慮到：

R_sh≈R_sho＞＞R_s (8)

式(8)中，R_sho為短路電流點處的-dU/dI，根據式(8)對式(7)做出相應化簡，可得：

⑦設ΔU＝U₁-U₂，ΔI＝I₁-I₂，將式(9)線性化得：

其中ΔU＝U₁-U₂與ΔI＝I₁-I₂是所采兩個數據點之間的電流與電壓的計算差值；

⑧根據所述式(10)，可計算二極管理想因子n的表達式為：

⑨將式(8)帶入式(3)化簡，且由于I_o遠小于I，故亦可將其約去，得：

⑩根據所述式(12)，可以得出計算串聯電阻R_s的表達式：

引入I-V曲線上任意兩個電壓調制點(U₁，I₁)和(U₂，I₂)，根據式(1)可推導出式(14)

所述式(14)為二元一次方程，故結合R_sho≈R_sh可得到I_o與I_ph的表達式：

為獲得更多組件參數信息，將短路電流點帶入式(2)，其中短路電流點的電流I＝I_sc，電壓U＝0，I_sc為光伏組件短路電流，可得并聯電阻R_sh的表達式：

2.根據權利要求1所述的一種故障狀態下的太陽能光伏組件參數辨識方法，其特征在于所需采樣的電壓電流數據點如下：

①提取求解二極管理想因子n時，結合權利要求1中所述的式(11)，所需的采樣數據點為：

數據點一，短路電流點(0，I_sc)；

數據點二，短路電流附近點(δU，I_sc+δI)；

數據點三，(U₄，I₄)點，所述電壓U₄應在0.5U_oc以內；

數據點四，(U₄，I₄)附近點(U₄+δU，I₄+δI)；

數據點五，(U₃，I₃)點，所述電壓U₃應在0.5U_oc以內；

數據點六，(U₃，I₃)附近點(U₃+δU，I₃+δI’)；

數據點七，(U₂，I₂)點，所述電壓U₂應在0.5U_oc以內；

數據點八，(U₂，I₂)附近點(U₂+δU，I₂+δI”)；

數據點九，(U₁，I₁)點，所述電壓U₁應在0.5U_oc以內；

數據點十，(U₁，I₁)附近點(U₁+δU，I₁+δI”’)；

②提取求解串聯電阻R_s時，結合權利要求1中步驟一所述的式(13)，所需的采樣數據點為：

數據點十一，(U₅，I₅)點，所述電壓U₅應在0.7U_oc；

數據點十二，(U₅，I₅)附近點(U₅+δU，I₅+δI””)，所述δU為電壓調制模塊調制電壓值得最小步長，δI””為以坐標(U₅，I₅)為基準時在光伏組件I-V曲線上對應δU的電流增量；

③提取求解二極管反向飽和電流I_o時，結合權利要求1中所述的式(15)，無需更多采樣點數據；

④提取求解光生電流I_ph時，結合權利要求1中所述的式(16)，無需更多采樣點數據；

⑤提取求解并聯電阻R_sh時，結合權利要求1中所述的式(17)，無需更多采樣點數據。