任意辐照度与温度条件下光伏系统输出特性建模

论文摘要

光伏发电系统的容量设计、运行分析诊断以及变换器设计等研究均需要估计和预测光伏阵列的输出特性，因此任意工作状况下光伏组件及阵列的电气特性精确建模具有极其重要的意义。论文以硅光伏电池的单二极管等效电路模型为基础，对I-V特性方程进行推导，结合仿真分析总结了模型参数对光伏组件I-V特性曲线，特别是短路电流、开路电压及最大功率点等关键点电气参数的影响。根据光伏组件厂商提供的标准测试条件下组件电气参数，并通过短路点与最大功率点斜率近似估算等效并联电阻初值，利用迭代求解法计算得到光伏组件的等效电路模型参数。采用Lambert W函数，将I-V特性隐式方程转换为关于电压V与电流I的显式方程，并以此方程为基础推导了不同串并联组合方式下的光伏阵列等效模型参数的计算方法。随后，通过分析辐照度及温度对光伏组件等效电路模型参数的影响，得到了任意工作条件下光伏组件模型参数的计算方法，并由此计算不同条件下的组件或阵列的输出特性。同时，根据历史数据经多项式拟合得到了光伏逆变器的效率模型，根据以上模型可以在任意条件下对光伏系统输出特性进行建模。经光伏组件I-V特性的测试实验与分析，该方法对光伏组件输出特性的预测误差在标准测试条件下小于1%，在其他工作条件下小于5%，且对于不同硅材料电池均有较好的适应性。此外，在Simulink环境中建立了等效电路的仿真模型，经仿真分析，该模型适用于光伏发电系统的MPPT特性及策略研究。另外，实验与仿真分析证明，该模型对于光伏发系统输出功率特性有很好的预测效果，该模型能够较准确地预测光伏系统输出功率理论最大值，可以被用来有效地诊断光伏系统的运行状态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光伏组件结构与分类
• 1.2 光伏组件特性
• 1.3 常见光伏组件数学物理模型
• 1.4 光伏组件数学物理模型的应用
• 1.5 本章小结
• 2 光伏组件及阵列等效电路模型
• 2.1 等效电路模型参数对光伏组件电气特性影响分析
• 2.2 光伏电池等效电路模型参数的提取
• 2.3 光伏阵列等效电路模型
• 2.4 本章小结
• 3 任意条件下光伏组件特性预测
• 3.1 辐照度/温度对光伏组件 I-V 特性曲线影响
• 3.2 辐照度/温度对等效电路模型参数影响分析
• 3.3 任意条件下光伏组件输出特性预测
• 3.4 本章小结
• 4 光伏系统输出特性实验分析平台
• 4.1 光伏组件 I-V 特性测试及建模研究平台
• 4.2 光伏发电监控及同期气象数据采集系统
• 4.3 本章小结
• 5 光伏系统输出特性模型应用
• 5.1 应用模型预测的 MPPT 动态特性分析
• 5.2 18kWp 光伏阵列输出功率预测及系统运行分析
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士期间发表论文目录
• 附录 2 攻读硕士期间参与主要科研项目
• 附录 3 光伏电池等效电路模型参数计算程序