基于光伏组件数据表的建模方法研究

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1、国内图书分类号：TM615密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学博士研究生学位论文基于光伏组件数据表的建模方法研究年级2011级姓名王刚申请学位级别博士专业电工理论与新技术指导老师赵勇教授二零一七年十一月ClassifiedIndex:TM615U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationTHERESEARCHONTHEMODELINGMETHODOFPHOTOVLTAICMODEULSBASEONMANUFACTREDA

2、TASHEEVALUESGrade:2011Candidate:GangWangAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofPhilosophySpeciality:TheoryandNewTechnologyofElectricalEngineeringSupervisor:Professor.YongZhaoNov.2017西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要太阳能是一种清洁的可再生能源，被认为是未来最重要的可持续能源之一。光伏发电系统可直接将太阳能转换成电能。近十年以来，全球的光

3、伏产业发展迅速，随着光伏组件价格持续走低，世界各地建立起了大量的分布式和集中式光伏发电系统。在设计与研究光伏发电系统时，建立光伏组件的电学模型是关键技术之一，而建立精确的光伏组件模型是首要考虑的问题。精确的模型能准确的预测各种环境条件下I–V和P–V的输出情况。此前，一些学者开发了物理模型与外特性模型来模拟光伏组件的输出，然而厂家数据表并没有提供这些模型的参数。此外大部分的光伏系统设计师和研究员并不了解太阳能电池的原理，他们希望能通过厂家数据表信息直接建立光伏组件的模型。因此本学位论文以厂家数据表为基础，深入研

4、究了五参数模型与Saetre解析模型的建模理论，为光伏发电系统仿真和理论研究等提供基础保证，同时有效解决了光伏系统设计师和研究员在设计、研究光伏发电系统中遇到的实际问题。主要研究内容如下：在光伏组件的建模过程中，常忽略串并联电阻对二极管反向饱和电流的影响，这种忽略会导致模型计算结果的误差。本文系统分析了这种忽略所引起的开路点误差，并且给出了一种有效的迭代方法来修正这个误差。即假设光照与温度对开路电压的影响满足线性关系，从而建立开路电压与光照和温度的关系式，并通过仿真结果与实验数据的对比来证明修正方法与开路电压公

5、式的准确性，尤其在低光照强度时开路电压误差显著减小。在标准测试条件下除二极管反向饱和电流近似计算以外，还常忽略短路点处二极管电流的影响。基于以上两个简化条件，本学位论文从数学理论上首次证明了串联电阻的有效范围，并利用光伏组件P-V曲线为单峰曲线的特性，以最大值点的定义作为判据，提出了一种新的建模方法。仿真结果表明该方法不仅计算时间短，而且模型精度高，是一种较好的建模方法。同时，由于光伏组件五参数模型是隐式方程，电压电流的耦合会导致较大的计算困难。基于上面两个简化条件，本文以最大功率点处功率对电压的导数等于0为判

6、据，提出一种显式提取模型参数的方法，巧妙的将超越式方程简化为显式方程，有效的解决了建模过程中超越式方程求解的困难。此外取消参数的匹配问题，可较好解决迭代过程中产生的发散问题。仿真结果表明，建模速度接近理想模型，并且精度也有所提第II页西南交通大学博士研究生学位论文高，巧妙的解决了精度与速度不可兼得的问题，即该建模方法可同时兼具精度与速度。基于光伏组件的外特性Saetre提出了一种解析模型，但该模型参数无明确的物理意义，而该模型参数的提取需要一条I-V曲线，Saetre也没有给出在工作条件下模型参数的修正方法。鉴

7、于以上缺陷，本学位论文分析该模型与四参数模型的关系，并给出利用厂家数据表提取模型参数的方法，以及在工作条件下模型参数的修正方法。关键词：光伏组件；五参数模型；厂家数据表；二极管反向饱和电流；隐式方程；解析模型；四参数模型西南交通大学博士研究生学位论文第III页AbstractSolarenergyisacleanandrenewableenergy,whichisconsideredoneofthemostimportantsustainableenergyinthefuture.Photovoltaic(PV

8、)systemsconvertsolarenergytoelectricalpowerdirectly.TheworldwidePVindustryhasbeengrowingveryfastintherecentdecade.Withtheconstantlyreducingcostofphotovoltaicmodules,anumberofdistributedandcentra