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光伏发电技术
★ 5.0
一种用于光伏电池等效电路模型参数在线估计的直接连续时间系统辨识方法
A Direct Continuous-Time System Identification Approach for Online Estimation of Equivalent Circuit Model Parameters in Photovoltaic Cells
| 作者 | Thamsanqa L. Gcwensa · Edward Boje · Paul Barendse |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2024年7月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 太阳能光伏 交流特性 连续时间系统识别 递归工具变量法 等效电路参数 |
语言:
中文摘要
太阳能光伏(PV)电池的交流特性表征通常采用电阻抗谱(EIS)来确定内部动态阻抗。然而,EIS在实际应用中存在局限性,尤其是在环境条件变化的情况下。标准的EIS方法采用基于扰动的技术,适用于特定频率带宽的测量。为缓解这些问题,本文引入了一种基于递归工具变量法的直接连续时间(CT)系统识别策略,用于估计太阳能光伏的交流等效电路(EEC)参数。在变化的环境下,这种CT识别方法在估计交流EEC参数方面优于EIS频率技术。它利用了直流 - 直流升压转换器固有的开关特性,无需外部激励信号。重点在于采用卡尔曼滤波器实现的递归工具变量法。仿真和实验结果验证了该分析,并展示了CT系统识别方法在太阳能光伏交流特性表征应用中的优势。在仿真中,将EIS程序和系统识别算法与真实值进行了比较。使用频率响应分析仪(FRA)对采用系统识别方法估计的实验结果进行了基准测试。
English Abstract
The AC characterization of solar photovoltaic (PV) cells typically employs electrical impedance spectroscopy (EIS) to ascertain internal dynamic impedance. However, EIS faces limitations in real-world applications, particularly under varying environmental conditions. The standard EIS method uses perturbation-based techniques tailored for specific frequency bandwidth measurements. To mitigate these issues, this paper introduces a direct continuous-time (CT) system identification strategy based on the recursive instrumental variable approach to estimate the AC equivalent electrical circuit (EEC) parameters of the solar PV. This CT identification method outperforms the EIS frequency technique in estimating AC EEC parameters under changing environments. It exploits the DC-DC boost converter's inherent switching characteristics, eliminating the need for an external excitation signal. The focus lies on the recursive instrumental variable method implemented using the Kalman filter. Simulation and experimental results validate the analysis and demonstrate the advantages of the CT system identification method in solar PV AC characterization applications. In the simulation, the EIS procedure and the system identification algorithm were compared to ground truth values. A Frequency Response Analyzer (FRA) was utilized to benchmark the experimental results estimated using the system identification method.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于连续时间系统辨识的光伏电池等效电路参数在线估计技术具有显著的应用价值。该技术突破了传统电化学阻抗谱(EIS)方法在实际应用中的局限性,特别是在环境条件变化时的适应性问题,这与我们光伏逆变器和储能系统在复杂工况下的运行需求高度契合。
技术的核心创新在于利用DC-DC升压变换器固有的开关特性作为激励源,无需额外的外部激励信号,这为我们的逆变器产品集成在线诊断功能提供了低成本、高效率的实现路径。通过递归工具变量法结合卡尔曼滤波器,可实时估计光伏组件的交流等效电路参数,这对于提升我们MPPT算法的精度、优化功率预测模型以及实现组件级健康状态监测具有重要意义。
在储能系统应用场景中,该技术可延伸至电池管理系统(BMS),实现对储能单元内阻、容量等关键参数的动态追踪,提升系统安全性和寿命预测准确性。对于我们正在推进的光储一体化解决方案,这种在线参数辨识能力将增强系统的自适应控制能力和故障预警水平。
从技术成熟度评估,该方法已完成仿真和实验验证,但工程化应用仍需考虑计算资源消耗、算法鲁棒性以及在大规模组件阵列中的可扩展性。建议我们的研发团队关注其在边缘计算架构下的实现方案,并评估与现有逆变器DSP/FPGA平台的集成可行性,这可能成为我们下一代智能逆变器产品的技术差异化优势。