一种针对光伏组件异常老化故障的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种针对光伏组件异常老化故障的建模方法，包括以下步骤：首先根据太阳能电池的5参数数学物理模型构建光伏组件模型；根据光伏组件模型基于MATLAB中M文件建立光伏组串模型，模拟异常老化组件对该组串的具体影响，绘制其I‑V特性曲线图；根据光伏组串构建光伏阵列仿真模型，模拟仿真异常老化组件对整个整列的影响。本发明专利技术的有益效果是可以通过建立光伏阵列仿真模型，特别是含有异常老化组件的光伏阵列模型，研究异常老化组件对整个光伏组串以及光伏阵列的影响可以带来更加直观的理解，将会为指导实际实验带来方便，并对利用光伏阵列特性曲线进行故障诊断的方法提供必要帮助。

A modeling method for abnormal aging of photovoltaic modules

The invention discloses a photovoltaic module for abnormal aging fault modeling method includes the following steps: firstly, according to the construction model of PV module 5 parameter mathematical model of solar cell; according to the model of PV module M file MATLAB to build up the PV string model based on the simulation of abnormal aging components on specific effects of the string, the drawing I V curve; according to the construction of photovoltaic array on simulation model of PV group, abnormal aging simulation effect on the entire column assembly. The beneficial effect of the invention is by establishing the simulation model of PV array, especially with the PV array model of abnormal aging components, research on the abnormal aging components can be PV string and the influence of the PV array to bring a more intuitive understanding, will guide the actual experimental convenience, and method for fault diagnosis of the PV array the characteristic curve of the provision of necessary assistance.

【技术实现步骤摘要】
一种针对光伏组件异常老化故障的建模方法
本专利技术涉及一种针对光伏组件异常老化故障的建模方法，属于光伏发电

技术介绍
光伏组件由于本身寿命较长，影响其老化的因素众多，目前针对于光伏组件的异常老化研究主要停留在实验室通过加速老化方法获得相应的特征参数，对于老化研究主要停留在组件方面，而老化组件对组串，阵列的研究尚不明确，并且难以研究光伏异常老化组件对组串，阵列的实际影响。建立一个能够反映异常老化组件可对组串及其整个光伏阵列的数学物理仿真模型，可以大大缩减研究时间及其费用，对于推进理论研究具有重要作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于建立异常老化的光伏组件对组串及其整个光伏阵列的影响数学物理仿真模型，对于减少实验经费，缩短试验时间，降低劳动成本，推进光伏阵列异常老化机理研究。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种针对光伏组件异常老化故障的建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A:获取光伏组件铭牌的主要特征数据；步骤B：依据太阳能电池5参数(5参数是指光生电流Iph、反向饱和电流Io、等效串联电阻Rs、等效并联电阻Rsh、理想因子n)数学物理模型建立光伏组件仿真模型，；步骤C：根据组件仿真模型建立阵列仿真模型。所述步骤B的具体过程为：B1)求得用于建立太阳能电池数学物理模型的具体参数，建立5参数的太阳能电池数学物理模型，如式(1)；由标准工况下(STC)的开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流求得组件的串并联电阻和模型参数Kref；进而根据实时辐照度与温度获得相应的实时工况下的短路电流Isc与开路电压Voc及模型参数k，最后迭代求解各个辐照度与温度下的实时电流与电压；式中：UPV为组件输出电压，IPV为组件输出电流，Iph为光生电流，Io为反向饱和电流，q为电子电荷(1.602×10-19C)，n为理想因子，K为波尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)，T(K氏温度)为光伏组件温度，Rs为等效串联电阻，Rsh为等效并联电阻。按照下式(2)-(5)迭代求解Rs与Rsh；按照式(6)求解光伏组件标准状况下的模型参数Kref：其中，Rs为等效串联电阻，Rsh为等效并联电阻，Isc_ref为STC(S＝1000W/m2，T＝25+273K氏度)下的短路电流，Voc_ref为STC下的开路电压，Impp_ref为STC下的最大功率点电流，Vmpp_ref为STC下的最大功率点电压,V表示电压，I表示电流，Q为光伏组件参数。B2)建立光伏组件模型，按照式(7)-(8)求得各个辐照与温度下的短路电流及开路电压；给定一个Vref对应一个IL，其中Vref介于0-Voc之间，绘制出I-V特性曲线；按照式(7)-(8)求得各个辐照与温度下的短路电流及开路电压；Isc＝Isc_ref*(1+a*(T-Tref))*S/Sref(7)Voc＝Voc_ref*(1+a*log(S)/Sref)+b*(T-Tref)(8)其中，S为实际辐照度，T为实际温度，Tref为参考温度(25+273K氏度)，Sref为1000W/m2，a为温度系数，b为辐照系数；按照式(9)获得任意温度与辐照下的模型参数k；将上述值带入式(10)迭代求解Vref与ILIL＝Isc-(Isc*Rsh-Voc)/Rsh*(k+1)((Vref+IL*Rs)/Voc-1)-(Vref+IL*Rs)/Rsh(10)式中，Isc为相应辐照度与温度下的短路电流，Voc为相应辐照度与温度下的开路电压；IL为组件在Vref下的实时电流，k为实时工况下的模型参数。B3)由光伏组件模型的I-V特性曲线求光伏组串模型的I-V特性曲线；对组串的所有组件排序分别为1、2、3、4,基于MATLABM文件按照下述程序将光伏组件的I-V特性曲线叠加获得光伏组串的I-V特性曲线；其中，I11为正常的第一串第一个组件的电流值，I11*为按照I11的最大值按比例取的1000个点，V11*为第一串第一个组件对应的I11*下的电压值，V12*为第一串第二个组件对应的I12*下的电压值，其余同理；VStr1为第一串的总电压，VStr2为第二串的总电压，IStr1为第一串的电流。B4)由光伏组串模型的I-V特性曲线求光伏阵列模型的I-V特性曲线；其中，V1total为整个光伏阵列的电压、I1total为第一串电流、I2total第二串电流、I3total第三串电流，以此类推；Itotal为整个光伏阵列的总电流。本专利技术的有益效果为：建立异常老化的光伏组件对组串及其整个光伏阵列的影响数学物理仿真模型，对于减少实验经费，缩短试验时间，降低劳动成本，推进光伏阵列异常老化机理研究。附图说明下面结合附图和具体实施方式来详细说明本专利技术：图1为本专利技术的流程图；图2为光伏组件到光伏组串图；图3为光伏组串到光伏阵列图，。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。如图1所示的本专利技术的流程图，本专利技术的光伏组件异常老化故障的建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A:获取光伏组件铭牌的主要特征数据；步骤B：依据太阳能电池5参数(5参数是指光生电流Iph、反向饱和电流Io、等效串联电阻Rs、等效并联电阻Rsh、理想因子n)数学物理模型建立光伏组件仿真模型，；步骤C：根据组件仿真模型建立阵列仿真模型。所述步骤B的具体过程为：B1)求得用于建立太阳能电池数学物理模型的具体参数，建立5参数的太阳能电池数学物理模型，如式(1)；由标准工况下(STC)的开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流求得组件的串并联电阻和模型参数Kref；进而根据实时辐照度与温度获得相应的实时工况下的短路电流Isc与开路电压Voc及模型参数k，最后迭代求解各个辐照度与温度下的实时电流与电压；式中：UPV为组件输出电压，IPV为组件输出电流，Iph为光生电流，Io为反向饱和电流，q为电子电荷(1.602×10-19C)，n为理想因子，K为波尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)，T(K氏温度)为光伏组件温度，Rs为等效串联电阻，Rsh为等效并联电阻。按照下式(2)-(5)迭代求解Rs与Rsh；按照式(6)求解光伏组件标准状况下的模型参数Kref：其中，Rs为等效串联电阻，Rsh为等效并联电阻，Isc_ref为STC(S＝1000W/m2，T＝25+273K氏度)下的短路电流，Voc_ref为STC下的开路电压，Impp_ref为STC下的最大功率点电流，Vmpp_ref为STC下的最大功率点电压,V表示电压，I表示电流，Q为光伏组件参数。B2)建立光伏组件模型，按照式(7)-(8)求得各个辐照与温度下的短路电流及开路电压；给定一个Vref对应一个IL，其中Vref介于0-Voc之间，绘制出I-V特性曲线；按照式(7)-(8)求得各个辐照与温度下的短路电流及开路电压；Isc＝Isc_ref*(1+a*(T-Tref))*S/Sref(7)Voc＝Voc_ref*(1+a*log(S)/Sref)+b*(T-Tref)(8)其中，S为实际辐照度，T为实际温度，Tref为参考温度(25+273K氏度)，Sref为1000W/m2，a为温度系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对光伏组件异常老化故障的建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A:获取光伏组件铭牌的主要特征数据；步骤B：依据太阳能电池5参数数学物理模型建立光伏组件仿真模型；步骤C：根据组件仿真模型建立阵列仿真模型。

【技术特征摘要】
1.一种针对光伏组件异常老化故障的建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A:获取光伏组件铭牌的主要特征数据；步骤B：依据太阳能电池5参数数学物理模型建立光伏组件仿真模型；步骤C：根据组件仿真模型建立阵列仿真模型。2.如权利要求1所述的一种针对光伏组件异常老化故障的建模方法，其特征在于，所述步骤B的具体过程为：B1)求得用于建立太阳能电池数学物理模型的具体参数，建立5参数的太阳能电池数学物理模型；由标准工况下(STC)的开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流求得组件的串并联电阻和模型参数Kref；进而根据实时辐照度与温度获得相应的实时工况下的短路电流Isc与开路电压Voc及模型参数k，最后迭代求解各个辐照度与温度下的实时电流与电压；B2)建立光伏组件模型，并绘制其I-V特性曲线；B3)由光伏组件模型的I-V特性曲线求光伏组串模型的I-V特性曲线；B4)由光伏组串模型的I-V特性曲线求光伏阵列模型的I-V特性曲线。3.如权利要求2所述的一种针对光伏组件异常老化故障的建模方法，其特征在于，所述步骤B1的物理参数模型为：式中：UPV为组件输出电压，IPV为组件输出电流，Iph为光生电流，Io为反向饱和电流，q为电子电荷(1.602×10-19C)，n为理想因子，K为波尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)，T(K氏温度)为光伏组件温度，Rs为等效串联电阻，Rsh为等效并联电阻。4.如权利要求2所述的一种针对光伏组件异常老化故障的建模方法，其特征在于，所述步骤B1的具体过程为：首先按照下式(2)-(5)迭代求解Rs与Rsh；按照式(6)求解光伏组件标准状况下的模型参数Kref：其中，Rs为等效串联电阻，Rsh为等效并...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁坤，丁汉祥，王越，高列，李元良，陈富东，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32