[发明专利]一种模拟光伏电池模型老化故障的非线性参数计算方法

摘要

本发明涉及一种模拟光伏电池模型老化故障的非线性参数计算方法，包括：(1)采用半透明薄膜遮挡的方式降低光伏电池板接收的辐照度以模拟光伏电池板的老化故障，测得半透明薄膜遮挡的层数与辐照度衰减的关系；(2)建立遮挡的薄膜层数(C)与老化程度(L)的关系曲线；(3)利用遮挡程度的不同模拟不同的老化程度，调整光伏电池板回路中的负载并采集回路电压和电流值，获得的光伏电池板在不同辐照度下、不同老化程度下的I-V输出曲线；建立光伏电池板的外部特性I-V关系：(4)对于在不同辐照度、不同老化程度下光伏电池板的I-V输出曲线，经过参数辨识，获取其参数最优值。本发明可以获取光伏电池模型老化故障的非线性参数变化规律。

主权项

一种模拟光伏电池模型老化故障的非线性参数计算方法，包括下面的步骤：(1)采用半透明薄膜遮挡的方式降低光伏电池板接收的辐照度以模拟光伏电池板的老化故障，模拟老化故障时遮挡掉的辐照度越多，表示老化程度越深；在相同的测试条件下，采用不同层数的半透明薄膜遮挡光伏电池板的光接收面，测得半透明薄膜遮挡的层数与辐照度衰减的关系；(2)定义老化程度(L)表示如下：老化程度(L)＝辐照度衰减值÷标准条件下的辐照度值(1000W/m²)×100％老化程度(L)用来表示透光率的衰减程度，老化程度越高透光率越低，辐照度衰减程度越高，根据测得的半透明薄膜遮挡的层数与辐照度衰减的关系，建立遮挡的薄膜层数(C)与老化程度(L)的关系曲线；(3)利用遮挡程度的不同模拟不同的老化程度，调整光伏电池板回路中的负载并采集回路电压和电流值，获得的光伏电池板在不同辐照度下、不同老化程度下的I‑V输出曲线；(4)根据光伏电池板的单二极管模型及其等效电路，得出光伏电池板的外部特性I‑V关系式：$I=I_{\mathrm{ph}}-I_0\left\{\exp \right[\frac{q(V+{\mathrm{IR}}_s)}{\mathrm{AkT}}]-1\}-\frac{V+{\mathrm{IR}}_s}{R_{\mathrm{sh}}}$其中，V——光伏电池板两端测量电压I——光伏电池板外部回路中电流A——二极管品质因子T——光伏电池板的背板温度k——波尔兹曼常数(1.380×10‑23J/K)R_s——电池串联电阻q——电子电荷(1.608×10‑19C)I_o——二极管反向饱和电流I_ph——光伏电池板光生电流R_sh——电池并联电阻引用Lambert W函数简化I‑V方程，得到光伏电池板电流I的显式表达式：$I=\frac{R_{\mathrm{sh}}(I_{\mathrm{ph}}+I_o)-V}{R_{\mathrm{sh}}+R_s}-\frac{{\mathrm{AV}}_{\mathrm{th}}}{R_s}\×W\left(\frac{R_s{R}_{\mathrm{sh}}{I}_o}{{\mathrm{AV}}_{\mathrm{th}}(R_{\mathrm{sh}}+R_s)}\exp \left(\frac{R_{\mathrm{sh}}{R}_s(I_{\mathrm{ph}}+I_o)+R_{\mathrm{sh}}V}{{\mathrm{AV}}_{\mathrm{th}}(R_{\mathrm{sh}}+R_s)}\right)\right)---\left(2\right)$其中，V_th＝KT/q，W()为LambertW函数，由光生电流I_ph，反向饱和电流I₀，并联电阻R_sh,串联电阻R_s，二极管品质因子A五个参数就可以确定I‑V曲线；(4)对于在不同辐照度、不同老化程度下光伏电池板的I‑V输出曲线，设五维粒子x_k＝(I_ph,I₀,A,R_s,R_sh)，经过参数辨识，获取此5个参数的最优值。