一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，利用光伏组件铭牌参数和直接测量得到的参数计算得到四参数模型的四参数值，然后利用迭代的方法求取五参数模型五参数值的精确解，进而得到实时条件下的五参数值，最后采用遍历的方法求得实时条件下光伏组件的输出特性。本发明由四参数模型迭代求解五参数模型，化繁为简，且计算精度高。
【专利说明】一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，属于光伏【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光伏组件实际运用中和理论研究方面都需要分析其精确的输出特性和工作效率，然而光伏组件的输出模型较为复杂，特性曲线具有很强的非线性，因此急需理论分析出光伏组件的输出模型公式。研究发现光伏组件一般等效为单二极管的五参数模型，此模型具有计算简单、输出精度高等优点已得到光伏业界的普遍认可。
[0003]单二极管五参数模型包含串联电阻、并联电阻、光生电流、等效二极管反向饱和电流以及曲线拟合理想因子等5个电性能参数，然而简化的四参数模型则不考虑并联电阻的影响。在辐照度均匀的情况下，两种模型均能够较精确地模拟光伏组件的输出特性。四参数模型因具有所需参数可以直接利用组件厂商铭牌给定参数计算获得的特点而被广泛应用于实际工程中组件性能的评估。四参数模型在一般辐照度均匀的情况下，可以代替五参数模型模拟光伏组件的输出特性。但实际运用过程中光伏组件或多或少会出现辐照度不均匀或者电池片相互之间的电学特性不一致的情况，此种情况下光伏组件失配运行，此时四参数模型已无法模拟光伏组件的输出特性，需要精确计算出光伏组件并联电阻的大小，通过五参数模型分析失配光伏组件的运行特性，所以求取五参数模型已具有尤为重要的意义。
[0004]近年来光伏组件五参数模型的参数提取方法已经成为光伏组件理论仿真领域研究的热点问题之一，其中比较典型的有2010年Brano提出了一种循环判定失效方法，该方法可较为精确地获得电流方程的五个参数，但必须以已知标准测试条件下开路及短路处电流方程的微分值为前提，且其循环迭代过程计算量偏大；2009年国内学者翟载腾和程晓舫等人利用解析解法将复杂的超越方程转换为代数方程求解来获取五个参数，简化了计算过程，但前提条件仍然是需要已知开路及短路处电流方程的微分值，但以上参数无法直接从厂商的提供的铭牌参数获得。
[0005]虽然目前已有的一些五参数模型提取方法尽管精确度很高，但对于普通的使用者来说却不太适用，因为其所需的部分参数厂商通常不提供，而且需要使用者进行详细的理论推导验算，不具有通用性。因此，如何利用组件铭牌参数并借助于计算机简单方便地精确获取该五参数具有重要的工程实际意义。
【发明内容】
[0006]本发明提出了一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，利用四参数模型迭代求解五参数模型，使计算化繁为简，且计算精度高。
[0007]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0008]一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，包括以下步骤:
[0009]I)建立光伏组件输出特性模型，得到光伏组件电流特性方程；[0010]2)求取参考条件下光伏组件四参数模型的四个参数值；
[0011]3)利用四参数模型的四个参数值求解并联电阻的模糊解；
[0012]4)定义逼近判定值；
[0013]5)求解参考条件下光伏组件五参数模型的五个参数值的精确解；
[0014]6)根据五参数的精确解求取实时条件下光伏组件五参数模型的五个参数值；
[0015]7)求取光伏组件的电流和输出电压。
[0016]前述的步骤I)中，光伏组件电流特性方程的建立过程为:在恒定的辐照强度下，将光伏组件等效为单二极管模型，得到光伏组件的电流特性方程如下:
【权利要求】
1.一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)建立光伏组件输出特性模型，得到光伏组件电流特性方程； 2)求取参考条件下光伏组件四参数模型的四个参数值； 3)利用四参数模型的四个参数值求解并联电阻的模糊解； 4)定义逼近判定值； 5)求解参考条件下光伏组件五参数模型的五个参数值的精确解； 6)根据五参数的精确解求取实时条件下光伏组件五参数模型的五个参数值； 7)得到光伏组件电流和电压的输出特性。
2.根据权利要求1所述的一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，其特征在于，所述步骤1)中，光伏组件电流特性方程的建立过程为:在恒定的辐照强度下，将光伏组件等效为单二极管模型，得到光伏组件的电流特性方程如下:
3.根据权利要求1所述的一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，其特征在于，所述步骤2)求取参考条件下光伏组件四参数模型的四个参数值的具体过程为: 2-1)假设单二极管模型中并联电阻无穷大，则式(I)简化为:
4.根据权利要求1所述的一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，其特征在于，所述步骤3)，并联电阻的模糊解Rsh，stc4的表达式为:
5.根据权利要求1所述的一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，其特征在于，所述步骤4)的逼近判定值Λ的表达式为:
6.根据权利要求1所述的一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，其特征在于，所述步骤5)中求取参考条件下五参数模型的五个参数值的精确解的方法为: 5-1)将所述步骤2)求得的参考条件下四参数模型的四参数IPH，STC；4，aSTC4, Rs；stc4, 10,stc4作为式⑶的IPH，a, Rs, Itj带入式(8)，将所述步骤3)求得的并联电阻模糊解民^⑽作为式(8)中的Rsh带入式(8)，将光伏组件参考条件下最大功率点电压UMP，ST。和参考条件下最大功率点电流IMP，STO作为式⑶的U和I带入式⑶，计算得到逼近判定值Λ，如果逼近判定值△小于等于最小逼近误差，则迭代结束，参数值 IpH，STC4，aSTC4，Rs，STC4，I〇，STC4 矛口 RsH，STC4 艮P为参考条件下五参数模型的五个参数值的精确解；如果逼近判定值△大于最小逼近误差，则转入步骤5-2);所述最小逼近误差为10—6 ； 5-2)得到参考条件下光伏组件五参数模型的五个参数的表达式如下:
7.根据权利要求1所述的一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，其特征在于，所述步骤6)实时条件下五参数模型的五参数值的表达式为:
8.根据权利要求1所述的一种优化求解光伏组件输出模型的迭代计算方法，其特征在于，所述步骤7)，得到光伏组件电流和电压的输出特性的步骤如下: 7-1)确定光伏组件电流范围为(0，Is。)，所述Is。为实时条件下短路电流； 7-2)根据四参数模型的电流方程式(2)得到输出电压的计算公式如下:
【文档编号】G06F19/00GK103942462SQ201410204430
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】白建波, 曹阳, 张臻, 刘升 申请人:河海大学常州校区