[發明專利]一種基于壽命估計的分布式光伏電源PV配置比和功率限值整定方法

有效

• 申請號: 202110972626.9
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113595143B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 張波;楊恩澤
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）;保定友源電力科技有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于壽命估計的分布式光伏電源PV配置比和功率限值整定方法，其特征在于，所述的一種基于壽命估計的分布式光伏電源PV配置比和功率限值整定方法主要包括以下步驟：

S1、建立光伏組件的數學模型，提取當地太陽輻照度和環境溫度數據，將提取到的數據導入matlab/simulink仿真模型，得到負載電流i_c；

S2、將PV配置比R_s和功率限值K_s的初始值設置為1，通過改變R_s和K_s的取值來調節光伏系統的出力，PV配置比R_s的調節范圍為1≤R_s≤1.5，功率限值K_s的調節范圍為0.7≤K_s≤1.2；

S3、建立考慮PV配置比R_s和功率限值K_s影響的IGBT和電容器的功率損耗模型，選定IGBT和電容器型號，根據供應商的產品參數表，確定損耗模型中IGBT和電容器各個參數的取值，然后進行功率損耗P_loss的計算；

S4、建立考慮PV配置比R_s和功率限值K_s影響的IGBT和電容器的熱網絡模型，考慮不同PV配置比R_s和功率限值K_s對熱網絡模型的影響，將S3所得的功率損耗P_loss代入熱網絡模型中，利用供應商的產品參數確定熱網絡模型中各個參數的取值，計算出不同PV配置比R_s和功率限值K_s取值情況下IGBT和電容器的結溫；然后將得到的光伏逆變器中IGBT的結溫剖面根據波動周期分為基頻結溫和低頻結溫，其中低頻結溫利用雨流計數法進行提取，得到壽命模型所需的結溫最小值、結溫波動值和循環次數，而基頻結溫最小值、結溫波動值以及循環次數直接從結溫剖面上獲取；

S5、建立IGBT和電容器的壽命模型，計算不同R_s和K_s參數下的光伏逆變器壽命，利用Bayerer’s壽命模型對IGBT進行壽命分析，具體公式為：

其中：ΔT_j為結溫波動，T_jmin為最小結溫，t_on為加熱時間，I為每個鍵合線通過的電流，D為鍵合線直徑，V為阻塞電壓，A、β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、β₆為Bayerer’s模型參數；

電容器壽命模型為：

其中：L和L₀分別為使用條件和試驗條件下的損傷度，V和V₀分別為使用條件和試驗條件下的電壓，T和T₀分別為使用條件和試驗條件下的開爾文溫度，n為電壓應力指數；

利用Miner準則進行IGBT和電容器的損傷度計算，對于電容器采用傳統的損傷度公式進行計算，而IGBT壽命模型中考慮了基頻結溫和低頻結溫對壽命分析結果的影響；

對于低頻結溫的損傷度計算，根據Miner準則：

其中：n_i為低頻周期的結溫循環次數，由雨流計數法得到，(N_f)_i為IGBT理論的失效循環次數，LC₁為低頻結溫影響下的累計損傷度；

基頻結溫的損傷度主要與系統的頻率有關，需對Miner準則進行改進，改進后的Miner準則公式為：

其中：n_i為m分鐘內的基頻結溫循環次數；f為系統頻率，為50Hz；(N_f)_i是根據壽命模型對應的失效循環次數；

IGBT的總損傷度表示為：LC＝LC₁+LC₂，當LC累計損傷超過1時元件失效，其壽命S表示為：S＝1/LC，同理計算出電容器的壽命值；

S6、選取光伏逆變器中IGBT和電容器中壽命較小值作為光伏逆變器的壽命；

S7、將逆變器壽命計算值與逆變器壽命要求值進行對比，若滿足逆變器壽命要求，則輸出R_s和K_s，若不滿足壽命要求則返回S2，改變PV配置比R_s和功率限值K_s重復計算，找到所有滿足逆變器壽命要求的PV配置比R_s和功率限值K_s的取值，實現對PV配置比和功率限值的整定。