论文部分内容阅读
光伏I-V输出特性曲线的快速准确测试对于光伏组件及阵列的准确建模、状态评估及故障诊断具有重要的意义。针对现有I-V特性测试系统存在扫描速度慢、扫描功率较小、参数估计不准确、可靠性低等问题,本文研发了一种基于电容负载并集成参数辨识功能的光伏阵列I-V特性曲线快速测试系统。本文的主要工作在于:(1)设计了一种基于动态电容充电法的光伏阵列I-V特性曲线测试系统。首先分析了电容充放电特性,并通过Matlab/Simulink平台仿真,验证了基于电容充电的I-V曲线扫描方案的可行性。然后,针对大功率光伏阵列扫描,提出一种分别通过控制IGBT和固态继电器完成电容充放电的新型电路,克服了传统基于电磁继电器存在寿命短、开关延时大等缺陷;针对电容充电过程中负载I-V随时间非线性变化的特点,提出了一种简单而有效的分段延时I-V扫描方法,实现曲线上的数据点相对均匀采样;在采用标准测试条件(STC)修正公式完成工作条件(OPC)曲线与STC曲线转换的基础上,采用基于拉格朗日抛物线插值法,实现STC曲线在开路电压处的曲线插值;最后,设计一种基于nRF24L01低成本无线收发器的温度、辐照度传感器,集成液晶彩屏显示、U盘存储、可充电锂离子电池等模块,研发出了一台功能完整的便携式光伏I-V特性曲线测试仪原型。(2)在Matlab/Simulink平台上,建立光伏阵列单二极管精确仿真模型,并分析了模型内部参数对I-V特性曲线的影响。在此基础上,开展基于曲线拟合的光伏模型参数提取算法研究,提出了一种基于人工蜂群(ABC)和Nelder-Mead单纯形(NMS)的ABC-NMS混合优化算法实现高效曲线拟合,并在Matlab中通过实验分析和对比验证了该算法的优越性。同时,将该算法移植至I-V特性测试仪的DSP处理器(TMS320F28335)中,实现实时在线参数提取,扩展了该便携式I-V测试仪的功能。此外,本文采用基于参数提取均方根误差(RMSE)的阈值法对阴影状态进行有效判断,并设计了基于Matlab/GUIDE的上位机数据管理中心。(3)在实验室光伏阵列上,对本系统的功能和性能进行了综合测试及验证。实验结果表明:该系统能够快速扫描光伏阵列的I-V特性曲线;扫描一条曲线的时间约为100-400毫秒;基于所提取的模型参数拟合出的I-V曲线与正常条件下的实测曲线非常吻合,表明该参数提取算法具有较高的准确性。对于含有100个数据点的I-V特性曲线,在DSP平台上的参数提取时间为10秒左右。此外,根据I-V测试仪主要元器件的额定参数,最大扫描电压和电流分别能达到450V和20A。