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利用阻抗谱技术检测光伏组件部分遮挡的实验评估
Experimental Assessment of Partial Shading Detection in PV Panels Using Impedance Spectroscopy
| 作者 | Carlos Pavón-Vargas · Luis E. Garcia-Marrero · Juan D. Bastidas-Rodríguez · Rudy A. Guejia-Burbano · Giovanni Petrone |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 阻抗谱 光伏面板 部分遮挡 失配检测 诊断工具 |
语言:
中文摘要
本文研究了利用阻抗谱(IS)识别光伏(PV)面板/组串/阵列中的不匹配问题,特别是检测部分遮挡效应。研究结果证实,阻抗谱是一种适用于现场应用的有前景的工具,尤其适用于部分遮挡问题常见的小型城市发电厂。对在最大功率点(MPP)运行的光伏面板在可控部分遮挡条件下测得的多个实验阻抗谱进行分析后发现,部分遮挡会导致特征性的双弧变形。这一特征可用于开发用于检测不匹配问题的诊断工具。该方法的主要优势在于能够在最大功率点进行阻抗谱测量,同时保持光伏面板/组串/阵列的正常运行条件。此外,阻抗谱对系统架构的改动要求极低,且易于集成到现有的电力电子接口中。为验证部分遮挡条件下阻抗谱的一致性,将实验数据与两种模型进行了对比:一种是适用于非均匀条件下光伏组串的恒相元件(CPE)模型,另一种是为基于SPICE3的仿真开发的改进型单二极管模型(SDM)。结果证实,阻抗谱能够成功调整模型并在实验和仿真场景中检测到不匹配问题,证明了其作为先进光伏诊断工具的可扩展性和有效性。
English Abstract
This article investigates the use of Impedance Spectroscopy (IS) to identify mismatches in Photovoltaic (PV) panels/string/array, particularly for detecting partial shading effects. The findings confirm IS as a promising tool for on-field applications, especially in small-scale urban power plants where partial shading is a common issue. An analysis of several experimental impedance spectra measured with PV panels operating at their Maximum Power Point (MPP), with controlled partial shading conditions, reveals that partial shading induces a characteristic double-arc deformation. This feature could be leveraged in a diagnostic tool for mismatch detection. The key advantage of this approach is its ability to perform IS measurements at MPP, preserving the normal operating conditions of the PV panels/string/array. Additionally, IS requires minimal modifications to the system's architecture and integrates easily into existing power electronics interfaces. To validate the consistency of impedance spectra under partial shading, experimental data were compared with two models: a Constant Phase Element (CPE) model adapted for PV strings in non-uniform conditions and an enhanced Single-Diode Model (SDM) developed for SPICE3-based simulations. The results confirm that IS successfully adjusts the models and detects mismatches in both experimental and simulated scenarios, demonstrating its scalability and effectiveness as a state-of-the-art PV diagnostic tool.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于阻抗谱技术的光伏组件局部阴影检测研究具有显著的应用价值。作为全球领先的光伏逆变器和系统解决方案供应商,阳光电源面临的一个核心挑战是如何在复杂运行环境下提升系统发电效率和智能化诊断能力,而局部阴影导致的失配损失正是分布式光伏电站的主要痛点之一。
该技术的核心优势在于能够在最大功率点(MPP)工作状态下进行在线检测,无需中断发电运行,这与阳光电源逆变器的MPPT算法形成天然互补。通过识别阻抗谱中的特征性"双弧变形",可实现对局部阴影的精准诊断。更重要的是,该技术对系统架构改动极小,易于集成到现有逆变器的功率电子接口中,这为阳光电源开发下一代智能诊断功能提供了低成本、高可行性的技术路径。
从产品创新角度,该技术可嵌入阳光电源的组串式逆变器和智慧运维平台,实现从"被动监测"到"主动诊断"的升级。结合公司在储能系统和能源管理方面的优势,阻抗谱诊断数据可为系统优化控制策略提供决策依据,特别适用于城市屋顶电站等易受阴影影响的场景。
然而,技术落地仍面临挑战:阻抗谱测量对硬件精度要求较高,需要在逆变器中集成高性能信号采集模块;不同组件类型和老化状态下的模型适配性需进一步验证;大规模组串和复杂拓扑下的算法可扩展性也有待工程化验证。建议阳光电源与研究机构合作,推进该技术在实际产品中的中试应用,抢占智能光伏诊断领域的技术制高点。