[发明专利]一种间断功率负载独立光伏系统及其性能预测方法

摘要

本发明的间断功率负载独立光伏系统，包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池、逆变器以及交流间断负载，所述控制器还连接有风速传感器、温湿度传感器以及太阳能总辐射表。本发明的性能预测方法包括a).计算电池板温度；b).计算饱和电流；c).求取光生电流；d).求取二极管特性因子；e).求出电池板的输出电流；f).求取蓄电池占空比；g).求取蓄电池电阻；h).求开路电压；i).求取端电压；j).求功率损失；k).求取输出功率；l).求输入功率；m).求逆变器的电流；n).建立负载模型；o).性能预测。本发明的光伏系统及其性能预测方法，不用购买电路实物即可对所要构建的光伏系统做客可靠、客观的评价，直至相互匹配，避免了资源浪费，具有显著的有益效果，便于应用推广。

主权项

一种间断功率负载独立光伏系统的性能预测方法，间断功率负载独立光伏系统包括太阳能电池组件(1)、控制器(2)、蓄电池(3)、逆变器(4)以及交流间断负载(5)，所述太阳能电池组件的输出端经微控制器与蓄电池和逆变器的输入端相连接，蓄电池的输出端经微控制器与逆变器的输入端相连接，逆变器的输出端与交流间断负载的输入端相连接；所述控制器还连接有风速传感器、温湿度传感器以及太阳能总辐射表，控制器通过测量的风速、温度和太阳辐照度，在根据太阳能电池组件、蓄电池、逆变器和间断交流负载的规格参数，来评价整个光伏系统的稳定性,其特征在于，性能预测方法通过以下步骤来实现：a).计算电池板温度，设控制器通过传感器测量的风速、温度和太阳辐照度分别为Vw、Ta、G,通过公式(1)计算出太阳能电池板的温度Tp：Tp＝Ta+p(1+q′Ta)(1‑rVw)G  (1)其中，p、q′、r为相关系数；b).计算饱和电流，太阳能电池板的饱和电流IO是一个始终流过电池背面的很小的电流，其通过与温度有关的指数函数表公式(2)求出：其中，Ego为带隙能，硅电池取1.16eV；B为太阳能电池板的材料参数，其由电池板的规格及其I‑V曲线来获得；k是波尔兹曼常数，为1.38×1023J/K；c).求取光生电流，根据公式(3)求取太阳能电池板的光生电流Il：其中，P1、P2、P3为常数系数，Gr为参考太阳辐照度，G为太阳辐照度，Tr为参考温度；d).求取二极管特性因子，根据公式(4)求取太阳能电池板中二极管特性因子A：其中，开路电压Voc、最大功率点电流Imp、最大功率点电压Vmp均由太阳能电池板的规格表所提供；Isc＝Il；T为参考温度，T＝Tr；K＝q/k，q为电子常数，k为波尔兹曼常数；Rs为光伏电池的串联电阻；e).求取电池板的输出电流，根据公式(5)计算电池板的输出电流Ip：式中，V为光伏电池输出电压，单位为V；M为电池板的并联数目，N为电池板的串联数目；Rs为光伏电池的串联电阻，Rsh为电池板并联电阻，单位为Ω；q是电子常数，为1.6×10–19C；k是波尔兹曼常数，为1.38×10 23J/K，I0为电池饱和电流；f).求取蓄电池占空比，根据公式(6)求取蓄电池占空比SOC：其中，SOC0为初始占空比，Q为一定时间内交换的电荷总量；BC为蓄电池能力，其由蓄电池的规格参数确定；Q通过公式(7)进行计算：其中：IB＝蓄电池电流，IB的正负由电池的充放电状态决定；g).求取蓄电池电阻，根据公式(8)求取出蓄电池的内部电阻RB：RB＝Relectrode+Relectrolyte  (8)其中，Relectrode的蓄电池的电极电阻，Relectrolyte为蓄电池的电解质电阻，其分别通过公式(9)和公式(10)求取：Relectrode＝r1+r2(SOC)  (9)Relectrolyte＝[r3‑r4(SOC)]‑1  (10)其中，r1、r2、r3和r4都是经验常数；h).求开路电压，通过公式(11)求取蓄电池的开路电压Eoc：Eoc＝VF+b log(SOC)  (11)其中，VF为充电剩余电压，b为经验系数，SOC为蓄电池的占空比；i).求取蓄电池的端电压，通过公式(12)求取蓄电池的端电压VB：VB＝Eoc+IBRB  (12)其中，Eoc为蓄电池开路电压，IB为蓄电池电流，IB充电为正，IB放电为负，RB为蓄电池内部电阻；j).求逆变器的功率损失，逆变器的功率损失Ploss是由开关电路和电压变换引起的，其通过公式(13)求取：Ploss＝Ps+Pc+Pv  (13)其中Ps为逆变器中开关电路的功率损失，Pc为定铁芯损失，Pv可变铜损失；可变铜损失Pv分别通过公式(14)求取：其中，Rcopper为逆变器中变压器铜电阻，由变压器的参数获取，I0为电池饱和电流；k).求取输出功率，通过公式(15)求出逆变器的输出功率Po其中，Rload为间断交流负载的电阻，I0为电池饱和电流；l).求输入功率，通过公式(16)求出逆变器的输入功率PI：其中，Cp＝Ps+Pc、CR=1+(Rcopper/Rload)，Cp、CR都是常数，通过测量两组Po、PI值来求取；逆变器的输出功率Po即是间断交流负载需要的总功率PL，Po＝PL；m).求逆变器的电流，通过公式(17)求取逆变器的电流II：II＝PI/VI  (17)其中，VI为逆变器的输入电压，VI等于蓄电池的端电压VB，II等于间断交流负载的工作电流IL；n).建立负载模型，建立如公式(18)所示的间断交流负载的模型：PL＝C1Paccessories+C2Pcompressor  (18)其中，Paccessories、Pcompressor分别是间断交流负载停止状态、工作状态下的功率，C1、C2为控制系数，负载工作时C1＝0，C2＝1；负载停止时C1＝1，C2＝0；o).性能预测，对于给定的太阳能电池板的参数、电池板的数目、电池板的串并联形式、逆变器的参数、蓄电池的参数、间断交流负载的参数以及通过传感器检测的风速、温度和太阳辐照度，评价所建立的独立光伏系统的性能。