任意輻照度與溫度條件下光伏系統(tǒng)輸出特性建模

【摘要】：光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計、運行分析診斷以及變換器設(shè)計等研究均需要估計和預測光伏陣列的輸出特性，因此任意工作狀況下光伏組件及陣列的電氣特性精確建模具有極其重要的意義。 論文以硅光伏電池的單二極管等效電路模型為基礎(chǔ)，對I-V特性方程進行推導，結(jié)合仿真分析總結(jié)了模型參數(shù)對光伏組件I-V特性曲線，特別是短路電流、開路電壓及最大功率點等關(guān)鍵點電氣參數(shù)的影響。根據(jù)光伏組件廠商提供的標準測試條件下組件電氣參數(shù)，并通過短路點與最大功率點斜率近似估算等效并聯(lián)電阻初值，利用迭代求解法計算得到光伏組件的等效電路模型參數(shù)。采用Lambert W函數(shù)，將I-V特性隱式方程轉(zhuǎn)換為關(guān)于電壓V與電流I的顯式方程，并以此方程為基礎(chǔ)推導了不同串并聯(lián)組合方式下的光伏陣列等效模型參數(shù)的計算方法。 隨后，通過分析輻照度及溫度對光伏組件等效電路模型參數(shù)的影響，得到了任意工作條件下光伏組件模型參數(shù)的計算方法，并由此計算不同條件下的組件或陣列的輸出特性。同時，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)經(jīng)多項式擬合得到了光伏逆變器的效率模型，根據(jù)以上模型可以在任意條件下對光伏系統(tǒng)輸出特性進行建模。經(jīng)光伏組件I-V特性的測試實驗與分析，該方法對光伏組件輸出特性的預測誤差在標準測試條件下小于1%，在其他工作條件下小于5%，且對于不同硅材料電池均有較好的適應性。 此外，在Simulink環(huán)境中建立了等效電路的仿真模型，經(jīng)仿真分析，該模型適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT特性及策略研究。另外，實驗與仿真分析證明，該模型對于光伏發(fā)系統(tǒng)輸出功率特性有很好的預測效果，該模型能夠較準確地預測光伏系統(tǒng)輸出功率理論最大值，可以被用來有效地診斷光伏系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 【關(guān)鍵詞】：光伏陣列（組件） 等效電路模型 輸出特性建模 I-V曲線測量
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 光伏組件結(jié)構(gòu)與分類9-11
• 1.2 光伏組件特性11-12
• 1.3 常見光伏組件數(shù)學物理模型12-16
• 1.4 光伏組件數(shù)學物理模型的應用16-18
• 1.5 本章小結(jié)18-19
• 2 光伏組件及陣列等效電路模型19-35
• 2.1 等效電路模型參數(shù)對光伏組件電氣特性影響分析19-24
• 2.2 光伏電池等效電路模型參數(shù)的提取24-30
• 2.3 光伏陣列等效電路模型30-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 3 任意條件下光伏組件特性預測35-46
• 3.1 輻照度/溫度對光伏組件 I-V 特性曲線影響35-36
• 3.2 輻照度/溫度對等效電路模型參數(shù)影響分析36-41
• 3.3 任意條件下光伏組件輸出特性預測41-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 4 光伏系統(tǒng)輸出特性實驗分析平臺46-56
• 4.1 光伏組件 I-V 特性測試及建模研究平臺46-53
• 4.2 光伏發(fā)電監(jiān)控及同期氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)53-54
• 4.3 本章小結(jié)54-56
• 5 光伏系統(tǒng)輸出特性模型應用56-67
• 5.1 應用模型預測的 MPPT 動態(tài)特性分析56-61
• 5.2 18kWp 光伏陣列輸出功率預測及系統(tǒng)運行分析61-65
• 5.3 本章小結(jié)65-67
• 6 全文總結(jié)67-69
• 6.1 本文工作總結(jié)67-68
• 6.2 工作展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻70-75
• 附錄 1 攻讀碩士期間發(fā)表論文目錄75-76
• 附錄 2 攻讀碩士期間參與主要科研項目76-77
• 附錄 3 光伏電池等效電路模型參數(shù)計算程序77-81

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