本发明属于光伏新能源领域，涉及一种基于希尔伯特(hilbert)边际谱特征的光伏组件性能一致性在线评价方法。
背景技术：
传统上光伏组件是在实验室标准环境下，利用太阳模拟光进行测试，经过伏安特性模板的比对，最终给出性能的一致性评价。而且为了操作上的简化，一般会直接利用伏安特性曲线上的某一点来进行性能的一致性评价，例如最大功率法、开路电压以及短路电流等单点检测法。必须要指出的是，虽然伏安特性曲线的代表点一定程度上可以表征整个曲线的特性，但从特性描述的完整性上来看，存在较大的局限性。另外也存在分段线性插值与最小二乘法结合的方法，虽然解决了上述局限性，但这种方法主要是基于光伏阵列中支路电流差异性的检测，会显著增加实际系统的硬件投入；而且此方法还要求光照强度和温度处于一种实验室标准状态，因此无法满足对光伏组件性能进行在线评价的需求。在光伏阵列实际应用的场合，必须考虑到：(1)气象和太阳辐射条件都无法满足标准化的要求，此时甚至同一个光伏组件的伏安特性也将表现出一定的波动性；(2)由于受到光电转换不稳定的影响，光伏组件的性能也会随之发生变化，因此针对实际应用场景的光伏组件性能在线评价将更有意义。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于希尔伯特边际谱特征的光伏组件性能一致性评价方法。
本发明考虑到：(1)在实验室标准环境下，对光伏组件性能进行一致性评价的方法，无法满足实际应用时的在线需求；(2)考虑到在实际应用场合，光伏组件经过串并联构成光伏阵列，叠加后的光伏阵列伏安特性已经无法还原各个光伏组件的伏安特性曲线，所以试图利用光伏组件伏安特性曲线的差异来实现性能非一致的检测并不具有可行性。但性能一致性较好的光伏组件，在相同的气象和太阳辐射条件下，伏安特性曲线将具有较好的重合性，在频域上将表现出一种线性叠加的特性，因此可以利用频域分布的一致性来表征光伏组件性能的一致性；(3)经验模态分解能够实现光伏阵列伏安特性的频率窄带分解，希尔伯特边际谱变换有助于对光伏阵列在频域特征上的一致性进行描述。因此本发明综合考虑边际谱峰值所对应的线性叠加效应，提出一种基于hilbert边际谱特征的光伏组件一致性在线评价方法。
本发明提出一种基于希尔伯特边际谱特征的光伏组件性能一致性在线评价方法，包括以下步骤：
步骤(1)针对实际应用的光伏系统，为了保证气温条件的相对稳定性，同时又能利用云层遮挡改变太阳辐射量，从而使光伏组件输出产生波动，随机选择天气类型为多云的若干个时段，采集逆变器直流侧的光伏阵列伏安信号，采用二次样条进行插值，得到光伏阵列伏安特性曲线。
步骤(2)为把光伏阵列伏安特性曲线分解成为频带尽可能独立的窄带区域，对其进行经验模态分解，利用余项需满足单调条件的要求，将自适应获得一组内蕴模态函数。
步骤(3)对步骤(2)获得的内蕴模态函数进行hilbert变换，计算每个内蕴模态函数的瞬时频率。
步骤(4)在内蕴模态函数的hilbert变换结果和瞬时频率基础上，计算光伏阵列伏安特性曲线的hilbert谱，并得到相应的hilbert边际谱。
步骤(5)对步骤(4)获得的hilbert边际谱，去除反映叠加特性的边际谱峰值所对应的频率范围，在局部频率范围内对边际谱一致性指标进行计算，用来表征伏安特性曲线在频域上分布的离散程度，从而对光伏组件性能的一致性进行在线评价。
本发明具有的有益效果为：
1、改变了传统实验室标准环境下对光伏组件进行一致性评价的方法。在实际应用场景下，随着气象、太阳辐射以及光电转换特性的变化，光伏组件性能通常将表现出一种动态特性，因此事先预估其伏安特性标准曲线的方法并不可行。本发明根据在相同气象、太阳辐射以及时间条件下，光伏组件伏安特性在频域分布上的一致性特点；并根据构成光伏阵列的光伏组件串并联关系，在频域上将表现出一种线性叠加的特性，利用频域分布的一致性来表征光伏组件性能的一致性，能够满足在线评价的需求。
2、对光伏阵列伏安特性曲线利用经验模态分解和hilbert边际谱变换，去除反映叠加特性的边际谱峰值所对应的频率范围，在局部频率范围内对边际谱一致性指标进行计算，从而实现光伏组件性能一致性在线评价。本发明将提高光伏系统的运行效率和稳定性，有助于光伏发电的推广应用。
具体实施方式
步骤(1)针对实际应用的光伏系统，为了保证气温条件的相对稳定性，同时又能利用云层遮挡改变太阳辐射量，从而使光伏组件输出在短时间内产生较明显波动，随机选择天气类型为多云的若干个时段，采集逆变器直流侧的光伏阵列伏安信号，采用二次样条进行插值，得到光伏阵列伏安特性曲线，记为v(i)，其中i为直流电流，v表示与i相对应的直流电压。
步骤(2)为把光伏阵列伏安特性曲线v(i)分解成为频带尽可能独立的窄带区域。对v(i)进行经验模态分解(emd)，使之分解为n个内蕴模态函数vk(i)和1个余项rn(i)，如式(1)所示，其中余项rn(i)需满足单调条件。
步骤(3)计算内蕴模态函数vk(i)的瞬时频率。对每个内蕴模态函数vk(i)进行hilbert变换，得到变换结果uk(i)，如式(2)所示。
其中imax与imin分别表示光伏阵列直流电流的上下边界。
计算内蕴模态函数vk(i)的瞬时频率fk(i)，如式(3)所示。
步骤(4)计算光伏阵列伏安特性曲线v(i)的hilbert边际谱h(f)。计算v(i)的hilbert谱h(f,i)，如式(4)所示。
计算对应的hilbert边际谱h(f)，如式(5)所示。
式中am表示幅值计算函数。
步骤(5)计算hilbert边际谱h(f)的一致性指标，用来表征v(i)在频域上分布的离散程度，从而对光伏组件性能的一致性进行在线评价。
首先定义h(f)峰值所对应的频率点分别为fm,m＝1,2,…,m，满足式(6)和(7)所示条件。其中式(6)表示h(fm)需满足一定的绝对幅值要求；而式(7)反映h(fm)需满足一定局部区域的相对极值要求。
h(fm)＞h(δ(fm))(7)
式中，h表示边际谱h(f)的均值；γ为峰值的筛选系数，一般可设置为0.1；δ(fm)表示以fm为中心的特定区域中任意一个频率点，δ(fm)对应的特定区域为[fm-δm,fm+δm]，δm可设置为0.2×fm。
然后计算边际谱h(f)去除m个峰值区域后的均值
式中，fmax表示v(i)的截止频率。
最后计算hilbert边际谱h(f)的一致性指标s，如式(9)所示。
式中，
s的相对大小，反映了光伏组件性能的一致性。s越小，表明光伏组件的伏安特性在频域上一致性越好，从而光伏组件性能一致性也越好。