[发明专利]一种光伏阵列故障状态的快速建模方法

说明书

本发明公开了一种光伏阵列故障状态的快速建模方法，能够同时且快速地仿真出局部阴影遮挡、旁路二极管短路以及阵列老化等多种故障状态下的I‑V特性曲线；本发明的建模方法针对由多个光伏组件串联而成的单串阵列，通过模拟电流扫描的原理，计算每个恒定电流下各电池片的输出电压，从而通过对电池片电压的叠加得到子串I‑V特性曲线，并对子串电压进行叠加，得到阵列I‑V特性曲线。本发明的有益效果是：本发明的建模方法通过统计模型输入情况减少调用Lambert W显式函数的次数，从而大大提升整个模型的计算效率，适用于光伏阵列在线故障检测与诊断、阵列性能评估等领域，精度高，运算快，移植能力强，具有较强的工程应用能力。

技术领域

本发明属于光伏系统技术领域，具体涉及一种光伏阵列故障状态的快速建模方法。

背景技术

在光伏阵列性能评估以及故障检测与诊断领域中，光伏阵列的仿真模型一直扮演中非常重要的角色，通过计算获得的阵列I-V特性曲线可作为阵列性能评估的理论参考，阵列实际输出参数与模型输出参数之差可作为检测与诊断的依据。然而目前大多数阵列仿真模型的建立都依赖于基于电路仿真软件，例如Matlab Simulink以及PSIM，通过合理的模型搭建以及仿真配置，这些软件可以仿真出各种不同故障状态下的阵列输出，然而这些基于电路仿真软件的阵列模型具有如下劣势：(1)程序移植能力较差，无法将模型内部代码移植入普通的基于MCU(Microcontroller Unit微控制单元)下位机系统中，例如DSP以及ARM。(2)成本高，这类电路仿真软件的价格较高，它们的应用必然带来项目成本的增加。(3)仿真效率低，由于电路模型不考虑代码的简化，电路结构越复杂，则计算量越大，不适用于实时性要求很高的场合，例如故障检测与故障诊断。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明的目的在于提供一种光伏阵列故障状态的快速建模方法，本发明建的模型不依赖于电路仿真类软件，能够同时仿真出阴影遮挡、旁路二极管短路、阵列老化等多种故障状态下阵列的I-V特性曲线，且具有较高的计算效率，代码移植能力强，成本低，具有较强的工程应用能力。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种光伏阵列故障状态的快速建模方法，能够同时且快速地仿真出局部阴影遮挡、旁路二极管短路以及阵列老化等多种故障状态下的I-V特性曲线,该方法通过模拟电流扫描的原理，计算每个恒定电流下各电池片的输出电压，从而通过对电池片电压的叠加得到子串I-V特性曲线，并对子串电压进行叠加，得到阵列I-V特性曲线；此外该方法利用Lambert W显式函数计算电池片单二极管模型的输出电压，且该方法可通过统计模型输入情况减少调用Lambert W显式函数的次数，从而大大提升整个模型的计算效率。

本发明的建模方法具体为：设目标阵列为m个光伏组件串联而成的串，每个组件由N_d个子串串联而成，每个子串又由N_s个电池片串联而成，则阵列子串个数n＝N_d×m；模型的输入为阵列电池片辐照度矩阵G，元素G_i,j代表第i个子串中第j个电池片的辐照度，为n×N_s维实数集，阵列电池片温度矩阵T，元素T_i,j代表第i个子串中第j个电池片的温度，二极管短路配置向量D_f，元素代表第i个子串被短路，否则为正常，为n维实数集,阵列等效老化电阻R_c；输出为阵列I-V特性曲线，及阵列电压序列V_a，以及电流序列I_a；

所述建模方法包括以下步骤：

步骤一、配置阵列各电池片环境参数，即配置G和T，配置二极管故障，即配置D_f，以及配置阵列等效老化阻值，即配置R_c，从而建立模型的输入；

步骤二、统计所有电池片中n_e种不同的环境参数，即n_e种不同的[G_i,j,T_i,j]向量；