基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法技术

本发明专利技术公开一种基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法。先通过可编程直流电子负载对光伏组件I‑V输出特性曲线进行全局快速扫描，以记录明显的多峰值个数；而后采用改进人工鱼群算法(IAFSA)对I‑V特性曲线中采样值进行内部等效参数辨识，结合均方根误差(RMSE)进而判断组件中轻微阴影遮挡情况。根据本发明专利技术建立上述光伏组件阴影判定方法的实施例，仿真结果表明在任意工况下，该方法均具有较好的动态性能和稳态性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新能源发电的
，具体的说，是基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法。
技术介绍
随着化石类能源的逐渐枯竭和环境污染的日益加剧，许多国家将目光转向新能源发电领域。光伏发电具有设计安装容易、地域限制小、扩容性强、噪声低以及寿命长等特点，日益成为新能源发电的主要形式之一。实际应用中，由于外界环境复杂多变，因受到周围建筑物、树木以及乌云等产生局部阴影的影响，作为最小发电单元的光伏组件输出呈现多峰值特性，此时传统单峰值MPPT法易失效，导致输出功率降低。此外，当存在局部阴影时，由于组件内各电池片的输出特性不一致，被阴影遮挡的光伏电池片将作为负载消耗其它有光照的光伏电池片所产生的能量，使其发热从而形成“热斑效应”。发热严重时，将会导致光伏电池片或玻璃开裂、焊点融化等破坏性结果，进而有可能使整个光伏组件失效。因此，对光伏组件进行阴影状态监测，及时对轻微阴影故障进行排查，可有效预防阴影故障程度加重；同时，采取相应措施以避免造成严重后果，提高光伏发电系统的安全性。现阶段，针对阴影方面的研究，主要集中在阴影情况下的输出特性以及最大功率点跟踪，均属于“事后被动型”措施；而对于早期阴影的状态监测，涉及相对较少。
技术实现思路
专利技术目的在于建立一种基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法，能够对光伏组件的阴影遮挡情况进行有效判定。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法，其中，判定方法的建立包括如下步骤：步骤10：利用可编程直流电子负载对光伏组件I-V输出特性曲线进行全局快速扫描，以记录明显的多峰值个数；步骤20：采用改进人工鱼群算法对光伏组件I-V特性曲线中采样值进行内部等效参 数辨识，结合均方根误差进而判断组件中轻微阴影遮挡情况。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：步骤10中光伏组件明显多峰值点的计数过程如下：采用可编程直流电子负载从光伏组件的短路工作点开始扫描，初始化Pm峰值计数Flag＝0，若检测到光伏组件的输出功率满足：Pk>Pk-1且Pk>Pk+1时，则记Flag＝Flag+1，直至完成整条光伏组件I-V曲线的扫描过程，其中Pk-1、Pk、Pk+1为连续的光伏组件的输出功率值扫描点。步骤20中光伏组件轻微阴影遮挡情况的判定过程如下：光伏组件参数辨识选取目标函数为均方根误差RMSE，公式为：式中，θ＝(Rs、Rsh、Iph、ISD、n)为待辨识参数，fi(V,I,θ)是第i组实测值和仿真模型输出的差值，Rs、Rsh为等效串并联电阻，Iph为光生电流，ISD为二极管反向饱和电流，n为二极管理想品质因素；针对上述式(1)，采用改进人工鱼群算法的具体实施步骤如下：Step1、对参数进行初始化操作，设定参数：种群数目N、随机初始位置、最大迭代次数Maxgen、感知范围[Visualstart,Visualend]、步长范围[Stepstart,Stepend]、拥挤度因子δ、最大试探次数Try_number和NM法间隔数K；Step2、求取各人工鱼的适应度值，并记录全局最优人工鱼状态；Step3、对人工鱼群算法参数进行自适应调整；Step4、对各人工鱼的行为进行评价，选择人工鱼最合适的行为进行动作；Step5、执行相应的行为后，对人工鱼的位置信息和全局最优人工鱼状态进行更新，给公告牌赋最优值；同时，采用繁殖行为，淘汰适应度值较差的个体；Step6、迁徙行为判断，若满足迁徙概率Pe，则执行迁徙行为，并更新公告牌状态；否则，直接转到Step7执行；Step7、如果满足t modK＝0，其中，t为当前迭代次数，执行NM法；借助K-均值聚类法，确定聚类中心人工鱼；对每个类中心个体执行NM搜索，计算其适应度值并更新公告牌；Step8、对全局极值人工鱼个体执行NM法搜索，将最优值赋给公告牌；Step9、判断终止条件，若满足终止条件，则输出最优值，算法结束；否则，继续迭 代执行Step2～Step8，直至算法终止条件被满足。原理：本专利技术基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法，其目的旨在有效判定光伏组件中阴影遮挡情况。有益效果：建立了一种基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法，本专利技术针对光伏组件中阴影难以判定的情况，采用上述两步法，可对光伏组件中阴影遮挡进行有效判定。附图说明图1：为本专利技术的基于可编程直流电子负载的光伏组件I-V特性曲线扫描电路框图；图2：为本专利技术的阴影条件下光伏组件多峰值点计数示意图；图3：为本专利技术的单二极管等效电路模型；图4：为本专利技术的光伏组件参数辨识策略；图5：为本专利技术的改进人工鱼群算法流程图；图6：为本专利技术的光伏组件阴影遮挡判定流程图；图7：为本专利技术的阴影遮挡时光伏组件仿真与实测值的对比；图8(a)-(f)：为本专利技术的光伏组件在不同阴影遮挡时实测值与仿真曲线对比。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进行详细说明。图1所示为基于可编程直流电子负载的光伏组件特性曲线扫描电路框图。如图所示，将可编程直流电子负载作为光伏组件的负载，可编程电子负载的等效阻值受控制电路输出信号的控制，该等效阻值变化范围由零逐步变化到无穷大，光伏组件工作点也由短路点逐步变化到开路点。在此过程中，对光伏组件的连续工作点上输出电压、电流进行采样，便得到光伏组件在当前工况下I-V特性曲线。本专利技术中可编程直流电子负载选用MOSFET，为使光伏组件I-V输出特性曲线中恒流源区扫描更加准确，常采取多个MOSFET并联，以减小其完全导通时的等效电阻。通过对MOSFET驱动电压的控制即可实现对直流电子负载的控制，基于可编程直流电子负载对I-V特性曲线进行扫描可实现扫描过程可控化。较常规电容动态充电I-V特性曲线扫描方法，该方法具有体积小、成本低、精度高、扫描过程可控等优点。本专利技术为硬件电路实现简单，对于整条光伏组件I-V特性曲线由短路电流点开始，设定电子负载处于恒压工作模式，以固定步长控制光伏组件输出电压，并同步采样组件 输出电流和电压，直至光伏组件处于开路状态，完成整条I-V特性曲线扫描。通常情况，局部阴影条件下光伏组件输出特性呈现多峰值。采用可编程直流电子负载从光伏组件的短路工作点开始扫描，初始化Pm峰值计数Flag＝0，若检测到光伏组件的输出功率满足：Pk>Pk-1且Pk>Pk+1时，则记Flag＝Flag+1，阴影条件下光伏组件多峰值计数示意图如图2所示。由图2可知，阴影条件下光伏组件多峰值点计数法的准确性易受两方面原因影响：一方面可编程直流电子负载的扫描间隔，扫描间隔越短、采样点越多、精度越高，但会导致扫描电路耗时越长；另一方面为阴影遮挡程度，阴影程度越低、曲线变化越不明显。基于上述两方面原因，选取合适的I-V特性曲线扫描间隔，当出现明显的多峰值情况时，峰值计数法能够进行有效甄别，但仍难免会出现误判现象。通常，光伏电池单体的等效电路模型如图3所示，模型参数主要包括：光生电流(Iph)、二极管反向饱和电流(ISD)、二极管理想品质因素(n)以及等效串并联电阻(Rs、Rsh)。在实际应用中，一块光伏组件由Ns个光伏电池串联而成，则光伏组件的基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’ s current law，KCL)等效电路方程为式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法，其特征在于，所述判定方法的建立包括如下步骤：步骤10：利用可编程直流电子负载对光伏组件I‑V输出特性曲线进行全局快速扫描，以记录明显的多峰值个数；步骤20：采用改进人工鱼群算法对光伏组件I‑V特性曲线中采样值进行内部等效参数辨识，结合均方根误差进而判断组件中轻微阴影遮挡情况。

【技术特征摘要】
1.一种基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法，其特征在于，所述判定方法的建立包括如下步骤：步骤10：利用可编程直流电子负载对光伏组件I-V输出特性曲线进行全局快速扫描，以记录明显的多峰值个数；步骤20：采用改进人工鱼群算法对光伏组件I-V特性曲线中采样值进行内部等效参数辨识，结合均方根误差进而判断组件中轻微阴影遮挡情况。2.根据权利要求1所述的一种基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法，其特征在于，所述步骤10中光伏组件明显多峰值点的计数过程如下：采用可编程直流电子负载从光伏组件的短路工作点开始扫描，初始化Pm峰值计数Flag＝0，若检测到光伏组件的输出功率满足：Pk>Pk-1且Pk>Pk+1时，则记Flag＝Flag+1，直至完成整条光伏组件I-V曲线的扫描过程，其中Pk-1、Pk、Pk+1为连续的光伏组件的输出功率值扫描点。3.根据权利要求1所述的一种基于峰值计数与参数辨识的光伏组件阴影判定方法，其特征在于，所述步骤20中光伏组件轻微阴影遮挡情况的判定过程如下：光伏组件参数辨识选取目标函数为均方根误差RMSE，公式为： min R M S E = m i n 1 N Σ i = 1 N ( f i ( V , ...

【专利技术属性】
技术研发人员：许焕清，王成亮，韩伟，范立新，王宏华，陈凌，张经炜，
申请(专利权)人：江苏方天电力技术有限公司，河海大学，国网江苏省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32