基于STFT算子的七参数光伏电池输出特性建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于STFT算子的七参数光伏电池输出特性建模方法，包括：建立光伏电池输出特性的等效电路初始模型；定义STFT算子，得到光伏电池的解耦显式方程参数模型；利用光伏电池制造商提供的标准工况基础数据，建立非线性方程组，求解算法求取所述未知参数；求得解耦显式方程参数模型在给定工况下的未知参数值；将所述给定工况下的未知参数值带入所述光伏电池解耦显式方程参数模型中，得到最终的给定工况下综合反映光伏电池输出特性的光伏电池模型。本发明专利技术有益效果：模型解耦所采用的STFT算子没有定义域限制，并且可以根据需要设置期望的STFT解耦算子计算精度，应用更加灵活。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏发电
，尤其涉及一种基于STFT算子的七参数光伏电池 输出特性建模方法。
技术介绍
随着社会经济的不断发展，化石能源的紧缺态势以及环境污染问题日益突出，人 们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题，开发和利用可 再生能源迫在眉睫。其中，太阳能作为一种清洁、具有大规模开发前景的可再生能源之一， 在家庭用小型太阳能发电系统、大型光伏并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路 灯、风光互补供电系统等领域受到广泛关注和深入研宄。 太阳能光伏发电是利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主 要由光伏电池阵列、蓄电池储能系统、控制器和逆变器组成，其中光伏电池阵列是光伏发电 系统的关键部分，通过光伏电池阵列将太阳能转化为直流电能，通过逆变器将直流电能转 化为与电网同频同相的交流电能馈入电网。由于光伏电池建模精度及其实现程度的难易程 度对后级系统设计以及控制策略研发比如最大功率跟踪（MPPT)控制，逆变器控制等具有 重要影响，因此，对光伏电池输出特性的精确高效建模意义重大。 光伏电池阵列的输出功率与入射光辐照度、光伏电池工作温度、入射光倾角以及 负载阻抗等均相关。光伏电池厂商通常仅提供有限的光伏电池面板运行参数，如开路电压 V。。、短路电流Is。、最大功率点电流Imp与电压Vmp、开路电压温度系数β。。、短路电流温度系数 as。、最大功率点温度系数γπρρ以及额定运行温度NOCT等。这些参数通常在标准额定条件 下（SRC，即辐照度1000W/m 2、面板工作温度25°C，除NOCT测试条件为：福照度800W/m2、环境 温度20摄氏度°C)测得。在上述标准额定条件下光伏电池面板的输出功率最大，但在光伏 电池面板的实际运行过程中很难达到。因此，光伏电池的输出功率虽上述环境因素和自身 工作参数的变化而变化，其输出特性表征为不同运行参数条件下的多组非线性I-V特性曲 线。 光伏电池的输出特性可以通过目前广泛应用的等效电路模型描述，如图1所示。 该等效电路包括一光生电流源、一与所述光生电流源并联的反向二极管、一与所述反向二 极管并联的等效并联电阻以及一串联电阻。上述等效电路模型包含5个未知参数，即，光 生电流I ph、二极管反向饱和电流I。、等效串联电阻值Rs、等效并联电阻值Rsh以及理想因子 a。由于建模精度高，上述5参数模型在光伏电池建模仿真中得到了广泛的应用。但由于上 述等效电路模型的数学形式具有固有的超越方程特性，即等效反向二极管自身电压与电流 之间存在迭代耦合，因而在系统仿真中会出现初值迭代以及失稳现象，特别是在基于SPICE 的电路仿真分析软件的光伏发电系统建模仿真中。因此，如何克服上述等效电路模型的超 越方程特性并有效利用厂家提供数据对模型中的未知参数进行精确求解，成为了光伏电池 输出特性建模亟待解决的难题。 目前，对超越方程可采用基于Lambert-W函数的解親方法，然而Lambert-W函数具 有严格的（_l/e，+)定义域限制，并且其计算精度以及计算效率均有待提高。 而在既有的光伏电池等效电路模型未知参数求解方法中，常用的由固定理想因子 法以及函数优化法。其中，固定理想因子法假定在恒定的理想因子条件下，利用迭代法等数 值计算方法对其余4个参数进行求解，但固定了 1个参数，会对模型整体的建模精确产生影 响。 而对于函数优化类方法，目前通常多为基于所述光伏电池等效电路模型的开路条 件、短路条件、最大功率点条件以及最大功率点梯度条件对所述5参数中的标准工况下的 理想因子a、等效串联电阻R s和等效并联电阻1等为目标变量进行优化求解，而通过优化得 到的a、R，P Rp通过开路条件求解标准工况下的二极管反向饱和电流I ^，并假定标准工况下 的光生电流近似为标准工况下的短路电流，这在一定程度上损失了模型的计算精度。此外， 光伏电池阵列工作点通常为不同运行工况下的最大功率点，以有效的利用光伏电池阵列的 输出能效，因此，所构建光伏电池输出特性模型及其优化参数也期望能够在最大功率点处 有较好的模型精度，如匹配厂商提供的最大功率温度系数参数以及最大功率点处的短路电 流温度系数和开路电压温度系数的修正，而目前的光伏电池输出特性建模以及参数求解中 均没有效考虑上述因素的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于STFT算子的七参数光伏 电池输出特性建模方法，该方法在实现输出特性模型未知参数优化匹配的同时，实现快速 精确的输出特性解耦计算，提高基于所述光伏电池输出特性模型的光伏电池发电系统的仿 真计算效率，为光伏电池发电系统的控制策略设计提供精确高效的模型基础。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案： 一种基于STFT算子的七参数光伏电池输出特性建模方法，包括以下步骤： 步骤1 :建立光伏电池输出特性的等效电路初始模型，并给出光伏电池输出特性 的等效5参数超越方程；所述5参数包括光生电流Iph、二极管反向饱和电流I。、等效串联电 阻值R s、等效并联电阻值Rsh以及理想因子a ; 步骤2 :定义STFT算子，根据STFT理论对步骤1中的光伏电池等效5参数超越方 程进行解耦，得到光伏电池的解耦显式方程参数模型； 步骤3 :利用光伏电池制造商提供的标准工况基础数据，根据不同工作条件下的 等效关系，建立标准工况解耦显式方程参数模型未知参数的等式约束集合，建立非线性方 程组，通过非线性方程组求解算法求取所述未知参数； 在参数求取过程中，引入短路电流温度系数修正因子κ s。和开路电压温度系数修 正因子κ。。，优化匹配最大功率点处的短路电流温度系数和开路电压温度系数； 步骤4 :根据步骤3中求取的标准工况下解耦显式方程参数模型的未知参数值求 得解耦显式方程参数模型在给定工况下的未知参数值； 步骤5 :将所述给定工况下的未知参数值带入所述光伏电池解耦显式方程参数模 型中，得到最终的给定工况下综合反映光伏电池输出特性的光伏电池模型。 所述步骤1中光伏电池输出特性的等效5参数超越方程具体为：【主权项】1. 一种基于STFT算子的七参数光伏电池输出特性建模方法，其特征是，包括以下步 骤： 步骤1 :建立光伏电池输出特性的等效电路初始模型，并给出光伏电池输出特性的等 效5参数超越方程；所述5参数包括光生电流Iph、二极管反向饱和电流I。、等效串联电阻值 Rs、等效并联电阻值Rsh以及理想因子a; 步骤2 :定义STFT算子，根据STFT理论对步骤1中的光伏电池等效5参数超越方程进 行解耦，得到光伏电池的解耦显式方程参数模型； 步骤3 :利用光伏电池制造商提供的标准工况基础数据，根据不同工作条件下的等效 关系，建立标准工况解耦显式方程参数模型未知参数的等式约束集合，建立非线性方程组， 通过非线性方程组求解算法求取所述未知参数； 在参数求取过程中，引入短路电流温度系数当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于STFT算子的七参数光伏电池输出特性建模方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1：建立光伏电池输出特性的等效电路初始模型，并给出光伏电池输出特性的等效5参数超越方程；所述5参数包括光生电流Iph、二极管反向饱和电流Io、等效串联电阻值Rs、等效并联电阻值Rsh以及理想因子a；步骤2：定义STFT算子，根据STFT理论对步骤1中的光伏电池等效5参数超越方程进行解耦，得到光伏电池的解耦显式方程参数模型；步骤3：利用光伏电池制造商提供的标准工况基础数据，根据不同工作条件下的等效关系，建立标准工况解耦显式方程参数模型未知参数的等式约束集合，建立非线性方程组，通过非线性方程组求解算法求取所述未知参数；在参数求取过程中，引入短路电流温度系数修正因子κsc和开路电压温度系数修正因子κoc，优化匹配最大功率点处的短路电流温度系数和开路电压温度系数；步骤4：根据步骤3中求取的标准工况下解耦显式方程参数模型的未知参数值求得解耦显式方程参数模型在给定工况下的未知参数值；步骤5：将所述给定工况下的未知参数值带入所述光伏电池解耦显式方程参数模型中，得到最终的给定工况下综合反映光伏电池输出特性的光伏电池模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭飞，陈玉峰，辜超，朱文兵，周加斌，朱孟照，杜修明，朱庆东，王建，任敬国，李杰，白德盟，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11