一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法与流程

本发明涉及光伏发电，具体是一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法。

背景技术：

1、无论是从能源安全还是经济转型的角度来看，新能源都受到了非常高度的关注，其中又以利用光生伏打效应的光伏系统最受重视。在现有的对光伏发电系统的研究中，主要集中在电能质量、动态分析以及最大功率点跟踪(maximum power point tracking，mppt)等方面，这些研究离不开光伏模型的支持。光伏模型的研究需要对光伏并网系统建立线性化模型并进行简化。目前常见的光伏并网系统一般由光伏阵列、最大功率追踪环节、逆变器环节(包括线路、滤波器等)以及升压变压器组成。其中，光伏阵列是能量提供的环节，是对光伏系统线性化的重要环节。

2、许多与光伏有关的工作都依赖于光伏阵列模型，均使用如附图1所示的经典等效电路，由光生电流源、二极管、串联和并联电阻组成。光伏阵列模型产生的光伏电流iph与光照强度λ成正比，流经二极管的电流id随着结电压ud及逆向饱和电流isat的不同而变化。一般光伏制造商仅提供25℃时，辐照度为1000w/m2条件下光伏阵列的短路电流、开路电压、最大功率点电压电流以及温度变化系数等参数，无法直接获知等效电路中的并联电阻与串联电阻等参数。

3、过去对等效电路中的并联电阻与串联电阻的参数处理有两种办法。一种是采用非常复杂的最优化方法对该参数进行估算，参数计算难度十分大。i-u方程是一个隐式超越方程，电流i无法通过显式的初等函数来表示，这给光伏电池的分析带来困难。根据光伏生产厂家所提供的标准测试条件下的实验数据，通过牛顿-拉夫逊迭代计算，即可得到相应的等效电阻模型参数。也有学者引入lambert w函数对光伏电池的电流与电压进行解耦，求出电流的显式表达式，并在此基础上建立光伏电池、组件和阵列的通用模型。将遗传算法ga(genetic algo-rithm)、粒子群优化pso(particle swarm optimization)算法和神经网络nn(neural network)算法等智能优化算法引入光伏组件的参数辨识和优化中，相对于数学分析参数近似求解的方法在精度和可靠性方面有明显的优势。也有人提出了一种基于参数拟合的五参数等效电路模型，相较于传统经验公式更为精确；另一种是根据所研究的问题直接忽略并联阻抗与串联阻抗从而降低分析难度。由于一般光伏电池的并联电阻rsh很大，串联电阻rs很小。为此，在满足工程精度要求的前提下，流经并联电阻的电流ish即(u+irs)/rsh远小于光生电流iph，可对并联电阻rsh忽略不计；至于串联电阻rs，通常情况下rs小于二极管正向导通电阻，因此也可以认为rs近似为零。该方法模型参数计算被大大简化，模型结构简单，简化等效模型方程个数，从而通过数值方法获取其余未知参数的准确值，有利于复杂的理论分析。

4、综上，现有技术一般采用非常复杂的最优化方法对该参数进行估算，参数计算难度十分大，或根据所研究的问题直接忽略并联阻抗与串联阻抗从而降低分析难度，而光伏阵列模型的串联阻抗和并联阻抗若是简化忽略不计，与实际光伏组件模型有所差异而损失精度。因此，亟需一种能够快速方便计算并联阻抗与串联阻抗的方法。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提出一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法，方法无需复杂的最优化方法，在仅经过较为简单的计算，即可得到光伏阵列模型的并联阻抗与串联阻抗参数，大大降低了参数计算难度。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法，包括以下步骤：

4、步骤1：利用最大功率点电压与电流，计算最大功率点等效电导；

5、步骤2：利用最大功率点电压，计算交点电压值；

6、步骤3：利用最大功率点电流，计算交点电流值；

7、步骤4：利用交点电压值及最大功率点等效电导，计算短路电流点等效电导；

8、步骤5：利用交点电流值及最大功率点等效电导，计算开路电压点等效电导；

9、步骤6：利用短路电流点等效电导取倒数得到串联阻抗估计值，利用开路电压点等效电导取倒数得到并联阻抗估计值。

10、进一步地，所述步骤1中的最大功率点等效电导计算公式为：

11、

12、其中，gmax为最大功率点等效电导，imax为最大功率点电流，umax为最大功率点电压。进一步地，所述步骤2中的交点电压值计算公式为：

13、uisc＝0.9482umax

14、其中，uisc为交点电压，umax为最大功率点电压。

15、进一步地，所述步骤3中的交点电流值计算公式为：

16、iioc＝0.8863imax

17、其中，iioc为交点电流，imax为最大功率点电流。

18、进一步地，所述步骤4中的短路电流点等效电导计算公式为：

19、

20、其中，gsc为短路电流点等效电导，isc为短路电流，gmax为最大功率点等效电导，umax为最大功率点电压，uisc为交点电压。

21、进一步地，所述步骤5中的短路电流点等效电导计算公式为：

22、

23、其中，goc为短路电流点等效电导，iioc为交点电流，gmax为最大功率点等效电导，uoc为短路电流，umax为最大功率点电压。

24、本发明的有益效果是：利用最大功率点等效曲线与短路电流点等效曲线、开路电压点等效曲线交点来计算光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法，解决目前方法存在的模型精度差、参数计算效率低等问题，本发明无需复杂的最优化计算方法，仅需数次初等数学计算，即可得到光伏阵列模型中的并联阻抗与串联阻抗参数，大大降低了参数计算的难度，具有很好的工程实用性。

技术特征：

1.一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法，其特征在于，所述步骤1中的最大功率点等效电导计算公式为：

3.根据权利要求1所述的一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法，其特征在于，所述步骤2中的交点电压值计算公式为：

4.根据权利要求1所述的一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法，其特征在于，所述步骤3中的交点电流值计算公式为：

5.根据权利要求1所述的一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法，其特征在于，所述步骤4中的短路电流点等效电导计算公式为：

6.根据权利要求1所述的一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法，其特征在于，所述步骤5中的短路电流点等效电导计算公式为：

技术总结
本发明提供一种光伏阵列模型并联阻抗与串联阻抗估计方法，包括以下步骤：步骤1：利用最大功率点电压与电流，计算最大功率点等效电导；步骤2：利用最大功率点电压，计算交点电压值；步骤3：利用最大功率点电流，计算交点电流值；步骤4：利用交点电压值及最大功率点等效电导，计算短路电流点等效电导；步骤5：利用交点电流值及最大功率点等效电导，计算开路电压点等效电导；步骤6：利用短路电流点等效电导取倒数得到串联阻抗估计值，利用开路电压点等效电导取倒数得到并联阻抗估计值。本发明无需复杂的最优化计算方法，仅需数次初等数学计算，即可得到光伏阵列模型中的并联阻抗与串联阻抗参数，大大降低参数计算的难度，具有很好工程实用性。

技术研发人员：陈鹤冲,陈家文,杨帆,沈煜,张俊,杨志淳,雷杨,胡伟,李广
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13