光伏逆變器能耗特性在線預(yù)測方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏逆變器能耗特性在線預(yù)測方法及其 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能光伏發(fā)電是新能源的重要組成部分，被認為是當(dāng)前世界上最有發(fā)展前景的 新能源技術(shù)之一。目前各國均投入巨額資金競相研究開發(fā)，并積極推進產(chǎn)業(yè)化進程，大力 開拓市場應(yīng)用。
[0003] 與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，太陽能光伏發(fā)電具有數(shù)量大、清潔、獲取方便、時間長久的 優(yōu)點，是取之不盡、用之不竭的理想能源。長遠來看，太陽能將是未來人類主要的能源來源。 據(jù)預(yù)計，2020年時光伏發(fā)電在世界電力生產(chǎn)中所占比例將達1%左右，到2050年時將占到 25%。光伏發(fā)電正在快速進入電力能源結(jié)構(gòu)，并且將逐步成為其重要的組成部分。近年來 光伏發(fā)電從技術(shù)和市場上都得到了飛速發(fā)展，太陽能的利用雖然無地域限制，隨處可得。
[0004] 然而，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率偏低、發(fā)電成本偏高是光伏發(fā)電大規(guī)模推廣應(yīng) 用的瓶頸。光伏逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，其損耗特性直接影響光伏系統(tǒng) 的發(fā)電效率。目前，光伏電站中逆變器的損耗特性一般通過測量直流輸入功率與交流輸出 功率得到，缺乏具體的損耗機理分析，難以為效率優(yōu)化及裝置設(shè)計提供理論依據(jù)。
[0005] 而且，測量的方法要求使用復(fù)雜的電量傳感裝置，成本較高，且不能根據(jù)日照強 度、環(huán)境溫度等氣象因素快速評估逆變器的運行狀態(tài)。因此亟需建立全面、精確的光伏逆變 器損耗機理評估模型，并制定特定氣象因素條件下逆變器輸出特性理論預(yù)測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種光伏逆變器能耗特性在線預(yù)測方法及其裝置以解決現(xiàn)有技術(shù)中 的一項或多項缺失。
[0007] 本發(fā)明提供一種光伏逆變器能耗特性在線預(yù)測方法，所述方法包括：獲取光伏電 池組件的參數(shù)及光伏逆變器的參數(shù)；測量所述光伏電池組件的實時光照輻射度及實時環(huán)境 溫度；根據(jù)所述光伏電池組件的參數(shù)、所述光伏逆變器的參數(shù)、所述實時光照輻射度及所述 實時環(huán)境溫度預(yù)測所述光伏逆變器的實時能耗及實時效率。
[0008] -個實施例中，根據(jù)所述光伏電池組件的參數(shù)、所述光伏逆變器的參數(shù)、所述實時 光照輻射度及所述實時環(huán)境溫度預(yù)測所述光伏逆變器的實時能耗及實時效率，包括：根據(jù) 所述光伏電池組件的參數(shù)、所述實時光照輻射度及所述實時環(huán)境溫度，在線計算所述光伏 電池組件的實時理論輸出功率；根據(jù)所述光伏逆變器的參數(shù)，在線評估所述光伏逆變器的 實時能耗；根據(jù)所述理論輸出功率和所述實時能耗，在線預(yù)測所述光伏逆變器的所述實時 效率。
[0009] -個實施例中，根據(jù)所述光伏電池組件的參數(shù)、所述實時光照輻射度及所述實時 環(huán)境溫度，在線計算所述光伏電池組件的實時理論輸出功率，包括：創(chuàng)建所述光伏電池組件 的工程數(shù)學(xué)模型；將所述光伏電池組件的參數(shù)、所述實時光照輻射度及所述實時環(huán)境溫度 輸入所述工程數(shù)學(xué)模型，在線計算所述光伏電池組件的實時理論輸出功率；
[0010] 所述工程數(shù)學(xué)模型為：
[0011] Pn= UnIn,
[0012] 其中，Uni和I "分別為所述光伏電池組件中單個光伏電池獲得實時最大理論輸出功 率PJ寸的實時理論電壓和實時理論電流；
[0013] 所述實時理論電壓為：
[0015] 其中，U_f為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的所述實時理論電壓，c和b為設(shè)定參數(shù)，T為所述 實時環(huán)境溫度，!' raf為所述標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的溫度，e為自然對數(shù)底數(shù)，S為所述實時光照輻 射度，Sraf為所述標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的光照輻射度；
[0016] 所述實時理論電流為：
[0018] 其中，I_f為所述標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的所述實時理論電流，a為設(shè)定參數(shù)。
[0019] -個實施例中，所述光伏電池組件參數(shù)包括串聯(lián)光伏電池的數(shù)量X及并聯(lián)光伏電 池的數(shù)量y，X，y為整數(shù)，X，y彡1 ;所述光伏電池組件的實時最大理論輸出功率為：Pm_sum= (Un*x) (In*y) 〇
[0020] 一個實施例中，根據(jù)所述光伏逆變器的參數(shù)，在線評估所述光伏逆變器的實時能 耗，包括：創(chuàng)建所述光伏逆變器中絕緣柵極雙極型晶體管的能耗模型；創(chuàng)建所述光伏逆變 器中二極管的能耗模型；創(chuàng)建所述光伏逆變器中直流側(cè)電容的能耗模型；創(chuàng)建所述光伏逆 變器中LCL濾波器的能耗模型；根據(jù)所述絕緣柵極雙極型晶體管的能耗模型、所述二極管 的能耗模型、所述直流側(cè)電容的能耗模型及所述LCL濾波器的能耗模型，計算得到所述光 伏逆變器的機理能耗模型；將所述光伏逆變器的參數(shù)輸入至所述機理能耗模型，在線評估 所述光伏逆變器的實時能耗。
[0021] -個實施例中，創(chuàng)建所述光伏逆變器中絕緣柵極雙極型晶體管的能耗模型，包括： 創(chuàng)建所述光伏逆變器中絕緣柵極雙極型晶體管的開關(guān)能耗模型；創(chuàng)建所述光伏逆變器中絕 緣柵極雙極型晶體管的導(dǎo)通能耗模型；根據(jù)所述絕緣柵極雙極型晶體管的開關(guān)能耗模型和 所述絕緣柵極雙極型晶體管的導(dǎo)通能耗模型，計算得到所述絕緣柵極雙極型晶體管的能耗 模型。
[0022] -個實施例中，所述絕緣柵極雙極型晶體管的開關(guān)能耗模型為：
[0024] 其中，fs是所述光伏逆變器的開關(guān)頻率，Θ是所述光伏逆變器的功率因數(shù)角， Ecin^JP E rff，I(；BT分別是單個絕緣柵極雙極型晶體管在其額定電流I εΝ及其額定電壓V CEN下 開通、斷開一次損失的能量，V4kbt是絕緣柵極雙極型晶體管的實時電壓，I ακ；ΒΤ是絕緣柵極 雙極型晶體管的實時電流；
[0025] 所述絕緣柵極雙極型晶體管的導(dǎo)通能耗模型為：
[0027] 其中，M是所述光伏逆變器的PffM調(diào)制比，Θ是所述光伏逆變器的功率因數(shù)角，Vfq 是絕緣柵極雙極型晶體管的正向?qū)妷?，巧是絕緣柵極雙極型晶體管的正向?qū)娮瑁?Icm是所述光伏逆變器的輸出電流峰值。
[0028] -個實施例中，創(chuàng)建所述光伏逆變器中二極管的能耗模型，包括：創(chuàng)建所述光伏逆 變器中二極管的開關(guān)能耗模型；創(chuàng)建所述光伏逆變器中二極管的導(dǎo)通能耗模型；根據(jù)所述 二極管的開關(guān)能耗模型和所述二極管的導(dǎo)通能耗模型，計算得到所述二極管的能耗模型。
[0029] -個實施例中，所述二極管的開關(guān)能耗模型為：
[0031] 其中，fs是所述光伏逆變器的開關(guān)頻率，Θ是所述光伏逆變器的功率因數(shù)角， EclfflDitKte是單個二極管在其額定電壓V N及其額定電流I N下斷開一次損失的能量，V IDiCKte是 二極管的實時電壓，IaDl。&是二極管的實時電流；
[0032] 所述二極管的導(dǎo)通能耗模型為：
[0034] 其中，M是所述光伏逆變器的PffM調(diào)制比，Θ是所述光伏逆變器的功率因數(shù)角，Icm 是所述光伏逆變器的輸出電流峰值，Vm是二極管的正向?qū)妷海瑀D是二極管的正向?qū)?電阻。
[0035] 一個實施例中，所述直流側(cè)電容的能耗模型為：
[0037] 其中，Rs。是直流側(cè)電容的等效電容，I (t)是流經(jīng)直流側(cè)電容且隨時間t變化的電 流，T是流經(jīng)直流側(cè)電容的電流的變化周期；
[0038] 流經(jīng)直流側(cè)電容的電流I (t)用紋波電流代替，所述紋波電流為：
[0040] 其中，Γ "是輸出光伏逆變器側(cè)相電流的峰值，M是所述光伏逆變器的PffM調(diào)制比， r為所述光伏逆變器的輸出電流滯后所述光伏逆變器的輸出電壓的相位差。
[0041] 一個實施例中，創(chuàng)建所述光伏逆變器中LCL濾波器的能耗模型，包括：創(chuàng)建所述光 伏逆變器中LCL濾波器的濾波電容能耗模型；創(chuàng)建所述光伏逆變器中LCL濾波器的電感繞 組能耗模型及電感磁芯能耗模型，并計算得到所述LCL濾波器的濾波電感能耗模型；根據(jù) 所述濾波電容能耗模型和所述濾波電感能耗模型，計算得到所述LCL濾波器的能耗模型。 [0042] 一個實施例中，所述濾波電容的能耗模型為：
[0044] 其中，C是濾波電容的電容值，h是諧波次數(shù)，tan δ h是第h次諧波的濾波電容耗 散因數(shù)，是第h次諧波的角頻率，U h是第h次諧波的電壓有效值，R sh是第h次諧波的電 阻值，fh是第h次諧波的頻率，R sl是基波的電阻值；
[0045] 所述電感繞組的能耗模型為：
[0047] 其中，Ra。是電感繞組的交流電阻，I ms是流過電感繞組的電流有效值，
[0048] 所述電感繞組的交流電阻
[0049] 其中，Rd。是電感繞組的直流電阻，r ^是電感繞組的導(dǎo)體的圓形截面的半徑，δ是 電感繞組的集膚深度，
[0050] 所述電感繞組的直流電阻 Rdc= N(MLT) ( P 2。）[1+ α 2。(Τ_-20)]，
[0051] 其中，N是繞線圈數(shù)，MLT是單圈繞線的平均長度，P2。是每厘米繞線的直流電阻， Tniax是電感繞組的最高溫度，
[0052] 所述電感繞組的集膚深度
[0053] 其中，f是基波的電流頻率，μ是電感繞組的導(dǎo)體滲透率，〇是電感繞組的導(dǎo)體電 導(dǎo)率；
[0054] 所述電感磁芯的能耗模型為：
[0055] Pfe=KcfaB_e，
[0056] 其中，Κ。、α及β是Steinmetz參數(shù)，f是基波的電流頻率，Bmax是電感磁芯的最 大磁密度，
[0057] 所述電感磁芯的最大磁密度
[0058] 其中，DT是所述光伏逆變器的開關(guān)導(dǎo)通時間，N是繞線圈數(shù)，A。是電感磁芯的橫截 面積。
[0059] -個實施例中，在根據(jù)所述光伏電池組件的參數(shù)、所述實時光照輻射度及所述實 時環(huán)境溫度，在線計算所述光伏電池組件的實時理論輸出功率之前，包括：對測量的所述實 時光照輻射度及所述實時環(huán)境溫度進行濾波處理。
[0060] 一個實施例中，所述方法還包括：根據(jù)設(shè)定時間內(nèi)的多個所述實時效率，計算得到 所述光伏逆變器的所述設(shè)定時間期間的效率；根據(jù)所述設(shè)定時間內(nèi)的多個所述實時能耗， 計算得到所述光伏逆變器的所述設(shè)定時間期間的實時能耗。
[0061] 本發(fā)明還提供一種光伏逆變器能耗特性在線預(yù)測裝置，所述裝置包括：計量監(jiān)測 單元，用于測量光伏電池組件的實時光照輻射度及實時環(huán)境溫度；數(shù)據(jù)采集單元，與