[发明专利]一种用于故障诊断的光伏组件参数提取方法

权利要求书

1.一种用于故障诊断的光伏组件参数提取方法，其特征在于：该光伏组件I-V特性曲线不完整时，通过采样该光伏组件的部分电压电流数据点求解出表征光伏组件物理性质的五参数，所述五参数包括光生电流I_ph、二极管反向饱和电流I_o、二极管理想因子n、串联电阻R_s、并联电阻R_sh，具体步骤如下：

步骤一：根据光伏组件单二极管物理模型，推导出新的光伏组件五参数解析式，具体推导过程如下：

①根据光伏组件单二极管等效电路模型，并基于该模型利用基尔霍夫电流定律(KCL)得到光伏组件电流特性方程：

其中I_ph为光生电流，I_D为通过二极管的电流，I_R为通过并联电阻的电流，I_o为二极管反向饱和电流，R_s为串联电阻，R_sh为并联电阻，n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，q为电子电荷常数，T为环境温度，k为玻尔兹曼常数，后文中，令

②对(1)式求导，可得：

为替换(2)式中的幂指数式，将(1)式代入(2)式，且I_ph≈I_sc得：

③为获得更多组件参数信息，分别将短路电流点(I＝I_sc，U＝0)与开路电压点(I＝0，U＝U_oc)代入(1)和(2)式，其中I_sc为光伏组件短路电流，U_oc为光伏组件开路电压，可得：

式中R_sho是短路电流处的-dU/dI；

④由(4)式与(6)式可以消去I_ph，可得式(7)：

⑤将(5)式变形可得：

⑥对(7)式进行化简：

化简原则：R_sh≈R_sho＞＞R_s (9)

得到：

⑦由(3)式可得R_s与任一点R_so^*的关系，结合(9)式化简如下：

其中R_so*为I-V曲线上任意一点的斜率，I^*与U^*为光伏组件中I-V曲线上的任意一点处的电压和电流值，由于(12)式涉及化简，U^*的取值接近U_oc时计算值更为准确，其中U_oc为组件开路电压值；

⑧将(9)式代入(12)式化简得：

⑨将光伏组件电压调制点(U_a，I_a)代入(1)式，可得：

将(14)式代入(4)式，消去I_ph，可得：

并将(8)式代入(15)式，消去可得：

⑩对(16)式进行化简：

化简原则：与(9)式；

得到：

将(11)式代入(17)式消去I_o，可得：

将(18)式两边取对数可得：

引入另一个电压调制点(U_b，I_b)，该点不能与(U_a，I_a)重合，最终可消去(19)式中等号右边的量，可得：

将(12)式代入(20)式消去R_s，

将n·V_th看做整体变量，得到一个关于n·V_th的一元二次方程：

形如：A(n·V_th)²+B(n·V_th)+C＝0 (20)

其中：

故：

求出二极管理想因子n后，可以利用式(13)求出串联电阻R_s：

为求得I_o，引入另一电压调制点(U_c，I_c)，该点不能与(U_a，I_a)、(U_b，I_b)重合，根据(1)式可推导出(26)式：

式(26)为二元一次方程，结合R_sho≈R_sh故可得到I_o与I_ph的表达式：

结合(5)式求出R_sh表达式：

其中上式中所引入的电压调制点(U_a，I_a)、(U_b，I_b)、(U_c，I_c)中的U_a、I_a、U_b、I_b、U_c、I_c均为光伏组件中I-V曲线上的任意一点处的电压值与电流值；

由上式(24)(25)(27)(28)(29)可知，所述新的光伏组件五参数解析式中不需要最大功率点、开路电压值以及开路电压处的dU/dI；

步骤二：将单块光伏组件连接至电压调制模块，采样计算五参数所需的7个数据点；所述7个数据点具体为：

①采样求解n·V_th，其中：

结合上式，求出nV_th所需的数据点为：

(1)短路电流点(0，I_sc)；

(2)短路电流附近点(δV，I_sc+δV)，其中，δV为电压调制模块调制电压值的最小步长，δI为电压调制模块调制电流值的最小步长，从而：

(3)(U_a，I_a)点，该点电压U_a实际取0.8U_oc；

(4)(U_b，I_b)点，该点电压U_b应靠近U_oc，且不等于U_a；

(5)(U^*，I^*)点，该点电压U^*不等于U_a和U_b，实际U^*取0.7U_oc；

(6)(U^*，I^*)附近点(δV+U^*，I^*+δI)，其中，δV为电压调制模块调制电压值的最小步长，δI为电压调制模块调制电流值得的小步长，从而：

②求解R_s，由此可见，求R_s所需的数据点与求nV_th相同；

③求解I_o，计算I_o所需的数据点，除了计算nV_th所需的6个点之外，还需采样(U_c，I_c)点，该点的电压值U_c不能等于U_a；

④求解I_ph，其中计算I_ph所需的数据点与计算nV_th所需的数据点相同；

⑤求解R_sh，其中计算R_sh所需的数据点与计算nV_th所需的数据点相同；

综上所述，计算所述新的光伏组件五参数所需的7个数据点为：

a.短路电流点(0，I_sc)；

b.短路电流附近点(δV，I_sc+δI)，其中，δV为电压调制模块调制电压值的最小步长，从而：

c.(U_a，I_a)点，该点电压U_a实际取0.8U_oc；

d.(U_b，I_b)点，该点电压U_b应靠近U_oc，且不等于U_a；

e.(U^*，I^*)点，该点电压U^*不等于U_a和U_b，实际U^*取0.7U_oc；

f.(U^*，I^*)附近点(δV+U^*，I^*+δI)，其中，δV为电压调制模块调制电压值的最小步长，δI为电压调制模块调制电流值的最小步长，从而：

g.(U_c，I_c)点，该点的电压值U_c不等于U_a；

步骤三：将采样点数据代入步骤一中所述的新的光伏组件五参数解析式，计算出该光伏组件五参数。