一种光伏组串内各失配组件的参数提取方法技术

本发明专利技术提供一种光伏组串内各失配组件的参数提取方法，该方法可用于光伏组串在其P‑V输出曲线上呈现多个功率峰值时，提取每个峰值下参与工作组件的光生电流、二极管反向饱和电流、二极管理想因子、串联电阻和并联电阻五个参数。以此五参数为基础，该方法可利用一个组串下不同组件五参数数值的变化来判断组件工作状况，因此，该方法也可用于光伏组串的故障诊断。

A parameter extraction method for each mismatch component in photovoltaic cluster

The present invention provides a method for extracting parameters of mismatched components in series of photovoltaic modules. The method can be used to extract photogenerated currents, diode reverse saturation currents, diode ideal factor, series resistance and parallel resistance of the working components participating in each peak value when the photovoltaic group presents multiple power peaks on its P_V output curve. The five parameter. On the basis of these five parameters, the method can be used to judge the working condition of the components by the changes of the five parameters of different components in a series. Therefore, the method can also be used for the fault diagnosis of photovoltaic series.

【技术实现步骤摘要】
一种光伏组串内各失配组件的参数提取方法
本专利技术属于光伏发电
，具体讲涉及一种光伏组串内各失配组件的参数提取方法。
技术介绍
化石能源作为当前社会最主要的能源之一，但是其也暴露了诸多问题，如巨大的空气污染以及日益匮乏的原材料，与此同时，其也会是全球变暖的元凶之一；太阳能资源作为新能源之一，具有环保无污染的特点，尤其是光伏领域，目前得到世界各国的广泛研究。一般来说，一个光伏阵列由光伏组串并联而成，光伏组串又由光伏组件串联而成，一个光伏组件又由固定个数的太阳能电池片串联而成；这类光伏组件之间的串并联连接，构成了一个初步的光伏发电系统。然而，光伏组件的发电会受到外界环境的干扰，具体而言主要为光强与环境温度的影响，光照强度降低、环境温度上升，都会导致组件输出电能降低。此外，组件内部由于生产工艺水平的不同而导致的串联失配问题，亦会导致整体输出电能降低。由于光伏组串由若干个光伏组件串联而成，因此组件与组件之间的失配会带来组串整体输出功率的损失，甚至导致部分组件发生热斑等故障；为减少这类故障的发生，一般在光伏组件封装时即会在若干个串联的太阳能电池片上反向并联一个旁路二极管，其目的在于当组串的整体输出电流大于旁路二极管所并联的太阳能电池片输出的电流时，为电池片提供短路通路，以防电流反向灌入太阳能电池片引发发热甚至烧毁等问题。旁路二极管一定程度上解决了组件之间因失配而产生的热斑问题，但造成了组串整体输出呈现了非连续变化的性质，即在旁路二极管导通与关断状态前后，光伏组串的I-V输出特性曲线在该状态点发生突变，光伏组串的P-V输出特性在该状态点出现波谷；综上，一旦光伏组串中有旁路二极管导通，其P-V输出特性即出现多个功率峰值，且单个峰值区间上P-V曲线不再为该工作状态下的组件从短路电流至开路电压的完整曲线。光伏组件的光生电流Iph、二极管理想因子A、二极管反向饱和电流Io、串联电阻Rs以及并联电阻Rsh五参数(后文简称“五参数”)较为全面的描述了光伏组件的工作状态与使用性能，因此对于光伏组件的故障诊断来说，提取其五参数是至关重要的，本专利技术提出了一种针对光伏组串I-V输出特性表现多峰时，提取出每个峰下对应的光伏组件五参数值的方法，以期更全面具体表现光伏组串中各组件的不同工作特性，为故障诊断提供相应依据。
技术实现思路
本专利技术提出一种光伏组串内各失配组件的参数提取方法，其特征在于针对一个光伏组串内的各失配组件的五参数进行分离提取，首先定义本专利技术中的几个固有名词：峰：光伏组串输出功率-电压(P-V)曲线中，功率P的极大值称为峰；等效开路电压点：以组串开路电压除以组串旁路二极管个数为电压基准，等效开路电压为该电压基准的整数倍，并在相邻两个等效开路电压点之间有且仅有一个峰；起点：短路电流点，即组串输出电压为零的工作点；终点：开路电压点，即组串输出电流为零的工作点；峰值区间：针对光伏组串的电压进行区间划分，每个峰值区间内的峰有且仅有一个，且区间起始点以等效开路电压点、起点和终点为准；转折点：在光伏组串功率-电压(P-V)曲线中，功率P的两个极大值之间最小值对应的工作点称为转折点；组件区间：针对光伏组串的电压进行区间划分，每个组件区间内的峰有且仅有一个，且区间起始点以转折点、起点和终点为准；本专利技术所提方法步骤如下：(1)扫描光伏组件的I-V和P-V输出曲线，确定峰、等效开路电压以及峰值区间；(2)在每个峰值区间内确定转折点，并以转折点为根据确定组件区间；(3)在组件区间内按解析法规律采样数据点，并对采样点中电压数据进行相应处理；(4)将采样数据带入光伏组件五参数解析公式求解五参数。步骤(1)中具体算法步骤为：①采样测出待测组串整体开路电压Uoc，按待测组串中反向并联旁路二极管个数N依次采样并按以下方式分组：第一组：{处的处的}；第二组：{处的处的}；以此类推，直至第N组：{处的处的}；同时设每组中第一个为第二个为i∈N+且i∈[1,N]②以上一步中各分组的测量值与作为比较量，在第i组中，若则说明该区间内不存在峰，若则说明该区间内存在峰，并将此时的该组的作为新的区间分界点，所有新的区间分界点可记为③设现有k个峰值区间，并将上一步中新的区间分界点作为峰值区间的始末点。步骤(2)中具体算法步骤为：①以每个峰值区间的右端点为起始计算点，从右向左依次计算各点的并比较该点与上一点的值，若该点的值比上一采样点的值大，则继续向左采样；②当采样点的比上一采样点的值小，则找到该转折点；③整合新的区间，将上一步中寻找到的转折点结合起点和终点作为组件区间的始末点，单个组串的组件区间与峰值区间个数相同，故现有k个组件区间。步骤(3)(4)的具体算法步骤如下：在每个组件区间内按解析法公式所需点采样，根据组串中各组件反向并联二极管的工作原理，可以明确在以原点为起点计数，第k个组件区间内含有k种工作在不同状态下的组件，其中第1至第k-1种工作状态下的组件五参数在上一组件区间内执行参数提取后已知，第k种工作状态下的组件在该区间内才开始工作，因此需要提取的是第k种工作状态下组件的五参数；提取该状态下组件五参数需要得到该组件的部分电压电流点，然而采样得到的是整个组串的电压，因此需要对组串电压进行处理，最终得到第k种工作状态下组件的电压。由于组串中组件以串联形式连接，结合测得组串的电流以及已经求解出的光伏组件五参数，分别带入式(1)可以求出第1至第k-1种不同工作状态下的组件在当前电流下的电压，式(1)中Iph为光生电流，Io为二极管反向饱和电流，Rs为串联电阻，Rsh为并联电阻，A为二极管理想因子，I为光伏组件输出电流，U为光伏组件输出电压，令q为电子电荷常数，T为环境温度，k为玻尔兹曼常数，W代表LambertW函数；又根据电压串联相加原理，有：U1+U2+U3...+Uk-1+Uk＝Utot(2)其中U1至Uk为第1至第k种工作状态下组件的两端的电压，Utot为组串两端电压，因此，可得出Uk＝Utot-(U1+U2+U3...+Uk-1)(3)最终，可计算出在第k个组件区间下第k种工作状态下的组件实际电压电流值为(Uk，Itot)，其中由于组串中各个组件串联，因此Itot为组串中流过各个组件的实测电流值；将处理后的(Uk，Itot)采样点数据带入解析公式，该种工作状态下的组件五参数即可求得。根据本专利技术所提出的光伏组串内各失配组件的参数提取方法，可以获知光伏组串内各组件的五参数，在光伏组串的故障诊断中，其可以作为诊断组串中各个组件工作状态的依据。附图说明图1为光伏组件等效电路拓扑结构图；图2为本专利技术所提方法中名词定义示意图；图3为本专利技术所提方法中寻找多峰区间的流程图；图4为本专利技术所提方法中寻找转折点和组件区间的流程图；图5为本专利技术所提方法中计算组件五参数的流程图；具体实施方式本专利技术提供了一种光伏组串内各失配组件的参数分离方法；通过该方法，可以将组串中相互失配的组件五参数相互分离并提取，以其作为光伏组串故障诊断的依据。太阳电池是利用P-N结的光伏效应将光能转化为电能的，在光照情况下，电流的电流-电压特性表现为二极管的特点，即电流随电压指数变化。如果将太阳能电池视为恒流源，将半导体材料体电阻、电极与半导体材料接触电阻和界面处载流子的复合电阻视为串联电阻，将电池边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏组串内各失配组件的参数提取方法，其特征在于针对一个光伏组串内的各失配组件的光生电流Iph、二极管理想因子A、二极管反向饱和电流Io、串联电阻Rs以及并联电阻Rsh五参数(后文简称“五参数”)进行提取，首先定义本专利技术中的几个固有名词：峰：光伏组串输出功率‑电压(P‑V)曲线中，功率P的极大值称为峰；等效开路电压点：以组串开路电压除以组串旁路二极管个数为电压基准，等效开路电压为该电压基准的整数倍，并在相邻两个等效开路电压点之间有且仅有一个峰；起点：短路电流点，即组串输出电压为零的工作点；终点：开路电压点，即组串输出电流为零的工作点；峰值区间：针对光伏组串的电压进行区间划分，每个峰值区间内的峰有且仅有一个，且区间起始点以等效开路电压点、起点和终点为准；转折点：在光伏组串功率‑电压(P‑V)曲线中，功率P的两个极大值之间最小值对应的工作点称为转折点；组件区间：针对光伏组串的电压进行区间划分，每个组件区间内的峰有且仅有一个，且区间起始点以转折点、起点和终点为准；本专利技术所提方法步骤如下：(1)扫描光伏组件的I‑V和P‑V输出曲线，确定峰、等效开路电压以及峰值区间；(2)在每个峰值区间内确定转折点，并以转折点为根据确定组件区间；(3)在组件区间内按解析法规律采样数据点，并对采样点中电压数据进行相应处理；(4)将采样数据带入光伏组件五参数解析公式求解五参数。...

【技术特征摘要】
1.一种光伏组串内各失配组件的参数提取方法，其特征在于针对一个光伏组串内的各失配组件的光生电流Iph、二极管理想因子A、二极管反向饱和电流Io、串联电阻Rs以及并联电阻Rsh五参数(后文简称“五参数”)进行提取，首先定义本发明中的几个固有名词：峰：光伏组串输出功率-电压(P-V)曲线中，功率P的极大值称为峰；等效开路电压点：以组串开路电压除以组串旁路二极管个数为电压基准，等效开路电压为该电压基准的整数倍，并在相邻两个等效开路电压点之间有且仅有一个峰；起点：短路电流点，即组串输出电压为零的工作点；终点：开路电压点，即组串输出电流为零的工作点；峰值区间：针对光伏组串的电压进行区间划分，每个峰值区间内的峰有且仅有一个，且区间起始点以等效开路电压点、起点和终点为准；转折点：在光伏组串功率-电压(P-V)曲线中，功率P的两个极大值之间最小值对应的工作点称为转折点；组件区间：针对光伏组串的电压进行区间划分，每个组件区间内的峰有且仅有一个，且区间起始点以转折点、起点和终点为准；本发明所提方法步骤如下：(1)扫描光伏组件的I-V和P-V输出曲线，确定峰、等效开路电压以及峰值区间；(2)在每个峰值区间内确定转折点，并以转折点为根据确定组件区间；(3)在组件区间内按解析法规律采样数据点，并对采样点中电压数据进行相应处理；(4)将采样数据带入光伏组件五参数解析公式求解五参数。2.权利要求书1中步骤(1)中具体算法步骤为：①采样测出待测组串整体开路电压Uoc，按待测组串中反向并联旁路二极管个数N依次采样并按以下方式分组：第一组：第二组：以此类推，直至第N组：同时设每组中第一个为第二个为i∈N+且i∈[1,N]②以上一步中各分组的测量值与作为比较量，在第i组中，若则说明该区间内不存在峰，若则说明该区间内存在峰，并将此时的该组的作为新的区间分界点，所有新的区间分界点可记为③设现有k个峰值区间，并将上一步中新的区间分界点作为峰值区间的始末点。3.权利要求书1中步骤(2)中具体算法步骤为：①以每个峰值区间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡慧，魏缪宇，陈洪涛，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33