CN105068032A - 一种光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准方法，将六个温度传感器固定于壳体表面，通过对实时温度加权平均获取汇流箱的温度采集值T，在采样间隔δ下找出H个温度采集值，同时可得H个电流值采集值I，采用牛顿插值建立电流随温度变化的表达式I＝N_H-1(T)，求极值得到(H-2)个极值点，相邻极值点间共建立(H-3)条曲线，对曲线分段直线拟合寻求斜率最小直线对应的曲线L_i，对该曲线采用积分中值定理求出参考电流采集值I₀与对区间求中值得到参考温度采集值T₀，同样采用牛顿插值建立电流增量随温度增量变化的校准表达式ΔI＝N_H-1(ΔT)，由实测温度采集值T_M得到实测温度增量ΔT_M，代入校准表达式求出实测电流增量ΔI_M，建立补偿公式即可得到补偿后的电流值I_C。

Description

一种光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准方法

技术领域

本发明涉及信号测量领域，具体是一种光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准方法。

背景技术

随着传统的能源一天天地减少，工业生产及人民生活面临资源逐渐匮乏的窘迫，急需充沛且干净的能源取代传统能源。而太阳能的优势逐渐被人们所知，全球范围正在全力开发太阳能，于是可以看出，太阳能光伏产业的发展前景无限光明，且其在能源领域重要的战略地位得到充分肯定，因此光伏汇流箱的市场需求也必将越来越大，而由此对汇流箱的采集效率也提出了较高的要求，本专利正是致力于温度对汇流箱采集效率的影响创新研究。

在许多仪器仪表中普遍存在着温度漂移现象，它对仪器的精度会造成一定的影响，对精度要求较高的设备，甚至会导致其不能正常工作。所以温度漂移是一个急需解决的问题，那么什么是温度漂移呢？温度漂移指的是因温度变化所导致的输出变化。

由于国外对光伏汇流箱温度漂移领域的研究基本处于空白期，以此难以借鉴前人的技术优势解决当前存在的问题，同时，国内对于温度干扰下高精度光伏汇流箱的研究起步较晚，已有的产品基本没有基于温度补偿的，且温度检测元件存在较少，精度较低，导致测试误差较大，难以满足实际不同温度下的测量要求。

而本专利正是研究温度对汇流箱采集效率的影响，通过在汇流箱机壳的不同位置分别安装温度传感器，通过加权平均的方法获得汇流箱的总体温度值，找出多组温度值和电流值数据，然后通过牛顿插值建立电流随温度变化的表达式，最后通过温度解析对实测温度值进行补偿，得到更为精准的电流采集值，从而最大可能减小温度对光伏汇流箱的数据采集影响。

由于牛顿插值能更精确地得到电流随温度变化的曲线，又能很大程度保证所有的采集数据的完整性,因此,本专利采用牛顿插值方法建立方程式，同时，本专利为了找出汇流箱在正常工作时的参考温度值及参考电流值，采用了对表达式求极值、直线拟合及微分中值定理的方法，这也为后续对电流进行补偿提供了可靠的标准。

发明内容

本发明的目的是为了针对现有技术存在的不足，提供了一种具备完整性、可靠性更强、精度更高的温度漂移系数的校准方法。

本发明提出的解决方案为：通过对实时温度加权平均获取汇流箱的温度采集值T，在采样间隔δ下找出H个温度采集值，同时可得H个电流值采集值I，采用牛顿插值建立电流随温度变化的表达式I＝N_H-1(T)，求极值得到(H-2)个极值点，相邻极值点间共建立(H-3)条曲线，对曲线分段直线拟合寻求斜率最小直线对应的曲线L_i，对该曲线采用积分中值定理求出参考电流采集值I₀与对区间求中值得到参考温度采集值T₀，同样采用牛顿插值建立电流增量随温度增量变化的校准表达式ΔI＝N_H-1(ΔT)，由实测温度采集值T_M得到实测温度增量ΔT_M，代入校准表达式求出实测电流增量ΔI_M，建立补偿公式即可得到补偿后的电流值I_C。

本发明提出的一种光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准方法包括以下步骤：

步骤一：将汇流箱壳体表面平均分成六份，得到六份面积相等的矩形，并在对应的矩形中央固定六个温度传感器，对每个温度传感器进行n次温度测量，取算术平均值得到每个温度传感器的温度值具体公式为

$\stackrel{\‾}{t_j}=\frac{1}{n}\underset{q=1}{\overset{k}{\Σ}}{x}_q,j=1,2,...,6$

式中x_q代表n次测量中每个温度传感器的实时温度值；

步骤二：对采集得到的温度值进行加权平均计算，获取汇流箱的总体温度值，记为温度采集值T，具体公式为

$T=\underset{j=1}{\overset{6}{\Σ}}\frac{{\stackrel{\‾}{t_j}}^2}{t_s}$

其中t_s为六个温度值之和，即

$t_s=\underset{j=1}{\overset{6}{\Σ}}\stackrel{\‾}{t_j};$

步骤三：根据温度采集值，在采样间隔δ下找出H个不同环境温度下的温度采集值T_I，T_II，…，T_k，…，T_H，同时获取不同温度采集值时的电流值采集值I，即I_I，I_II，…，I_H，采用牛顿插值的方法建立电流随温度变化的表达式I＝N_H-1(T)，具体公式为

$\begin{array}{c}I=N_{H-1}\left(T\right)=a_0+a_1(T-T_I)\\ +a_2(T-T_I)(T-T_{II})\\ +a_3(T-T_I)(T-T_{II})(T-T_{III})\\ +......+a_k\underset{k=1}{\overset{H-1}{\tilde{O}}}(T-T_k)\end{array}$

其中，a₀＝I_I，a₁、a₂、a₃分别为N_H-1(T)的一阶差商、二阶差商、三阶差商；

步骤四：对表达式I＝N_H-1(T)求极值，得到H-2个极值点A₁，A₂，…，A_H-2，每相邻极值点之间建立一条曲线，于是得到H-3条曲线L₁，L₂，…，L_H-3，利用最小二乘法对H-3条曲线分别进行直线拟合，找出其中斜率最小的直线对应的曲线L_i:y＝k_iT+c，建立如下的积分公式

$F_i={\∫}_{A_i}^{A_{i+1}}{L}_{i}dT={\∫}_{T_k}^{T_{k+1}}{N}_{H-1}\left(T\right)dT$

其中F_i为曲线L_i在(T_k，T_k+1)上的积分值，易知，第i个极值点即为第i+1个温度采集值点，那么k＝i+1，且2≤i≤H-1，采用积分中值定理及对区间求中值得到参考电流采集值I₀与参考温度采集值T₀，具体公式为

$\begin{array}{c}{I}_0=\frac{{\∫}_{T_k}^{T_{k+1}}{N}_{H-1}\left(T\right)dT}{\mathrm{\δ}}\\ T_0=\frac{T_k+T_{k+1}}{2}\end{array};$

步骤五：利用参考温度采集值T₀与参考电流采集值I₀，采用牛顿插值的方法建立电流增量随温度增量变化的校准表达式ΔI＝N_H-1(ΔT)，具体公式为

$\begin{array}{c}DI=N_{H-1}\left(DT\right)=b_0+b_1(DT-{\mathrm{DT}}_I)\\ +b_2(DT-{\mathrm{DT}}_I)(DT-{\mathrm{DT}}_{II})\\ +b_3(DT-{\mathrm{DT}}_I)(DT-{\mathrm{DT}}_{II})(DT-{\mathrm{DT}}_{III})\\ +......+b_u\underset{u=1}{\overset{H-1}{\tilde{O}}}(DT-{\mathrm{DT}}_u)\end{array}$

其中，b₀＝ΔI_I，b₁、b₂、b₃分别为N_H-1(ΔT)的一阶差商、二阶差商、三阶差商，且

△T_I＝T_I-T₀，△T_II＝T_II-T₀，△T_III＝T_III-T₀，……

对应温度增量下的电流增量，具体公式为

△I_I＝I_I-I₀，△I_II＝I_II-I₀，△I_III＝I_III-I₀，……；

步骤六：根据汇流箱实测温度采集值T_M，求出T_M相对于参考参考温度采集值T₀的实测温度增量△T_M＝T_M-T₀，将ΔT_M代入校准表达式ΔI＝N_H-1(ΔT)，即可求出对应实测温度采集值下的实测电流增量ΔI_M＝N₄(ΔT_M)，建立补偿公式

I_C＝I_M-△I_M

其中，I_C代表补偿后的电流值，I_M代表实测电流采集值，至此，已完成对光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准工作。

所述的方法，步骤一中所述六份面积相等的矩形的求取过程，定义汇流箱的壳体表面为一个矩形，将矩形的长分为三等份，得到两个三等分点，过这两点作直线l1和l2垂直于矩形的长，将矩形的宽分为二等份，得到宽的中点，过中点作直线l3垂直于矩形的宽，于是通过直线l1、l2及l3即将汇流箱的壳体表面分为六份面积相等的矩形。

所述的方法，步骤一中所述N_H-1(T)的差商的求取过程，类似于I_I，I_II，…，I_x的x阶差商的计算公式为

$h\left[\begin{array}{cccc}{T}_I,& T_{II},& ...,& T_x\end{array}\right]=\frac{h\left[\begin{array}{cccc}{T}_I,& T_{II},& ...,& T_{x-1}\end{array}\right]-h\left[\begin{array}{cccc}{T}_{II},& T_{III},& ...,& T_x\end{array}\right]}{T_j-T_I}$

于是，N_H-1(T)关于I_I，I_II的一阶差商a₁的表达式可写为

$a_1=\frac{I_{II}-I_I}{T_{II}-T_I}$

同理，可求出a₂，a₃的表达式，同时可以求出步骤五中的差商b₀、b₁、b₂、b₃。

本发明一种光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准方法，具备完整性、可靠性更强、精度更高等特点，采用牛顿插值建立表达式能最大程度地接近电流随温度变化的特性，保证了数据的完整性，同时通过找极值、建立曲线段、采用积分中值定理能够更精确地得到参考温度值及参考电流值，从而更准确地对电流进行补偿。

附图说明

图1是本发明处理流程的原理框图；

图2是本发明实现光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准方法的流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准方法。以下结合附图作详细说明：

本实施例的处理流程的原理框图如图1所示，单个温度传感器通过多次测量取算术平均值得到实时温度值，对每个温度传感器的实时温度进行加权平均获得温度采集值T，在采样间隔δ下一共进行H组采集，可得H组温度和电流的数据，采用牛顿插值的方法于是可以得到关于T的(H-1)次电流随温度变化的表达式I＝N_H-1(T)，对表达式进行温度解析，可得到参考温度值和参考电流值，具体为：首先对表达式I＝N_H-1(T)求极值，得到(H-2)个极值点，每相邻极值点之间建立一条曲线，那么共有(H-3)条曲线，为了寻找水平度最高的曲线，我们对每条曲线进行分段直线拟合，找出直线拟合后斜率最小的直线，于是，该直线对应的曲线即为所要求的曲线，然后，在该曲线的两个极值点之间对曲线求积分，根据积分中值定理可得参考电流值I₀，根据对区间求中值可到参考温度值T₀，最后根据参考电流值和参考温度值建立电流增量对温度增量变化的校准表达式ΔI＝N_H-1(ΔT)，由实测温度采集值T_M和实测电流采集值I_M，建立补偿公式即可得到补偿后的电流值I_C＝I_M-ΔI_M，至此完成了整个光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准工作。

如图2，本实施例的一种光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准方法，下面以求取光伏汇流箱随温度变化的电流为例，具体步骤如下：

1.以动力足品牌的型号:DL-HLX-Y2501为例，根据光伏汇流箱的机壳表面形状，将其平均分成六份，得到六份面积相等的矩形，同时，在每个矩形的中央固定六个温度传感器，每个温度传感器获取50次温度信息，在室温26℃条件下，取算术平均值后得到六个温度传感器信息，如表一所示。

表一六个温度传感器的算术平均温度值(单位：℃)

2.对六个算术平均温度值加权平均得：

$\begin{array}{c}T=\frac{{26.15}^2+{26.51}^2+{26.32}^2+{27.07}^2+{27.53}^2+{27.36}^2}{160.94}\\ =\frac{4318.60}{160.94}=26.83\end{array}$

3.在采样间隔δ＝0.1℃以及在3A电流的重复输出采集条件下，一共进行H＝20组采集，那么得到20组温度采集值和电流采集值，具体数值如表二所示。

表二不同温度下的电流输出值对比表

根据表二数据建立牛顿插值公式I＝N₁₉(T)，具体公式为：

$\begin{array}{c}I=N_{19}\left(T\right)=3.102+0.03(T-25.5)\\ +0.028(T-25.5)(T-25.6)\\ +0.025(T-25.5)(T-25.6)(T-25.7)\\ +......+a_{19}\underset{k=1}{\overset{19}{\tilde{O}}}(T-T_{19})\end{array}$

4.求牛顿差值公式的极值点，对公式I＝N₁₉(T)求导数且令其为零，得到18个极值点A₁，A₂，A₃，…，A₁₈，每相邻极值点之间建立一条曲线，于是得到17条曲线，L₁，L₂，L₃，…，L₁₇，在MATLAB环境下，对17条曲线采用直线拟合的方法获得17条拟合后的直线，得到所求直线为：

y＝0.0626T+3.048

其中直线的斜率最小为k₁₁＝0.0626，其中倾斜角α＝3.58°，于是我们知道第11条曲线即为目标曲线，即该曲线处于第11个极值点和第12个极值点之间，也即第12个温度采集值点和第13个温度采集值点之间，在区间(T₁₂，T₁₃)上对公式I＝N₁₉(T)求积分有：

$F_{11}={\∫}_{T_{12}}^{T_{13}}{N}_{19}\left(T\right)dT={\∫}_{26.7}^{26.8}{N}_{19}\left(T\right)dT=0.305$

于是，采用积分中值定理及对区间求中值得到参考电流值I₀与参考温度值T₀如下：

$I_0=\frac{F_{11}}{\mathrm{\δ}}=\frac{0.305}{0.1}=3.05$

$T_0=\frac{T_k+T_{k+1}}{2}=\frac{26.7+26.8}{2}=26.75$

5.根据求得的参考电流值I₀与参考温度值T₀，求出20组温度采集值和电流采集值相对于I₀与T₀的增量，具体公式如下：

|△T_I|＝|25.5-26.75|＝1.25，

|△T_II|＝|25.6-26.75|＝1.24，

|△T_III|＝|25.7-26.75|＝1.23，……

|△I_I|＝|3.002-3.05|＝0.048，

|△I_II|＝|3.005-3.05|＝0.045，

|△I_III|＝|3.008-3.05|＝0.042，……

由以上数据，依据牛顿插值的方法建立电流增量随温度增量变化的校准表达式ΔI＝N₁₉(ΔT)，具体公式为：

$\begin{array}{c}DI=N_{19}\left(DT\right)=0.048+0.3(DT-1.25)\\ +0.29(DT-1.25)(DT-1.24)\\ +0.26(DT-1.25)(DT-1.24)(DT-1.23)\\ +......+b_{19}\underset{u=1}{\overset{19}{\tilde{O}}}(DT-{\mathrm{DT}}_{19})\end{array}$

6.根据汇流箱实测温度采集值T_M＝26.87℃，于是我们得到T₀的实测温度增量为：

△T_M＝26.87-26.75＝0.12

将ΔT_M＝0.12℃代入校准表达式ΔI＝N₁₉(ΔT)有：

△I＝N₁₉(0.12)＝0.041

又因为I_M＝3.053A，建立电流补偿公式I_C＝I_M-△I_M可得：

I_C＝3.053-0.041＝3.012

I_C代表补偿后的电流值，至此，已完成对光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准工作。

Claims (3)

1.一种光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将汇流箱壳体表面平均分成六份，得到六份面积相等的矩形，并在对应的矩形中央固定六个温度传感器，对每个温度传感器进行n次温度测量，取算术平均值得到每个温度传感器的温度值具体公式为

$\stackrel{\‾}{t_j}=\frac{1}{n}\underset{q=1}{\overset{k}{\Σ}}{x}_q,j=1,2,...,6$

式中x_q代表n次测量中每个温度传感器的实时温度值；

步骤二：对采集得到的温度值进行加权平均计算，获取汇流箱的总体温度值，记为温度采集值T，具体公式为

$T=\underset{j=1}{\overset{6}{\Σ}}\frac{{\stackrel{\‾}{t_j}}^2}{t_s}$

其中t_s为六个温度值之和，即

$t_s=\underset{j=1}{\overset{6}{\Σ}}\stackrel{\‾}{t_j};$

步骤三：根据温度采集值，在采样间隔δ下找出H个不同环境温度下的温度采集值T_I，T_II，…，T_k，…，T_H，同时获取不同温度采集值时的电流值采集值I，即I_I，I_II，…，I_H，采用牛顿插值的方法建立电流随温度变化的表达式I＝N_H-1(T)，具体公式为

$\begin{array}{c}I=N_{H-1}\left(T\right)=a_0+a_1(T-T_I)\\ +a_2(T-T_I)(T-T_{II})\\ +a_3(T-T_I)(T-T_{II})(T-T_{III})\\ +......+a_k\underset{k=1}{\overset{H-1}{\tilde{O}}}(T-T_k)\end{array}$

其中，a₀＝I_I，a₁、a₂、a₃分别为N_H-1(T)的一阶差商、二阶差商、三阶差商；

步骤四：对表达式I＝N_H-1(T)求极值，得到(H-2)个极值点A₁，A₂，…，A_H-2，每相邻极值点之间建立一条曲线，于是得到(H-3)条曲线L₁，L₂，…，L_H-3，利用最小二乘法对(H-3)条曲线分别进行直线拟合，找出其中斜率最小的直线对应的曲线L_i，建立如下的积分公式

$F_i={\∫}_{A_i}^{A_{i+1}}{L}_{i}dT={\∫}_{T_k}^{T_{k+1}}{N}_{H-1}\left(T\right)dT$

其中F_i为曲线L_i在(T_k，T_k+1)上的积分值，易知，第i个极值点即为第i+1个温度采集值点，那么k＝i+1，且2≤i≤H-1，采用积分中值定理及对区间求中值得到参考电流采集值I₀与参考温度采集值T₀，具体公式为

$\begin{array}{c}{I}_0=\frac{{\∫}_{T_k}^{T_{k+1}}{N}_{H-1}\left(T\right)dT}{\mathrm{\δ}}\\ T_0=\frac{T_k+T_{k+1}}{2}\end{array};$

步骤五：利用参考温度采集值T₀与参考电流采集值I₀，采用牛顿插值的方法建立电流增量随温度增量变化的校准表达式ΔI＝N_H-1(ΔT)，具体公式为

$\begin{array}{c}DI=N_{H-1}\left(DT\right)=b_0+b_1(DT-{\mathrm{DT}}_I)\\ +b_2(DT-{\mathrm{DT}}_I)(DT-{\mathrm{DT}}_{II})\\ +b_3(DT-{\mathrm{DT}}_I)(DT-{\mathrm{DT}}_{II})(DT-{\mathrm{DT}}_{III})\\ +......+b_u\underset{u=1}{\overset{H-1}{\tilde{O}}}(DT-{\mathrm{DT}}_u)\end{array}$

其中，b₀＝ΔI_I，b₁、b₂、b₃分别为N_H-1(ΔT)的一阶差商、二阶差商、三阶差商，且

△T_I＝T_I-T₀，△T_II＝T_II-T₀，△T_III＝T_III-T₀，……

对应温度增量下的电流增量，具体公式为

△I_I＝I_I-I₀，△I_II＝I_II-I₀，△I_III＝I_III-I₀，……；

步骤六：根据汇流箱实测温度采集值T_M，求出T_M相对于参考参考温度采集值T₀的实测温度增量△T_M＝T_M-T₀，将ΔT_M代入校准表达式ΔI＝N_H-1(ΔT)，即可求出对应实测温度采集值下的实测电流增量ΔI_M＝N₄(ΔT_M)，建立补偿公式

I_C＝I_M-△I_M

其中，I_C代表补偿后的电流值，I_M代表实测电流采集值，至此，已完成对光伏汇流箱电流采集通道温度漂移系数的校准工作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中所述六份面积相等的矩形的求取过程，定义汇流箱的壳体表面为一个矩形，将矩形的长分为三等份，得到两个三等分点，过这两点作直线l1和l2垂直于矩形的长，将矩形的宽分为二等份，得到宽的中点，过中点作直线l3垂直于矩形的宽，于是通过直线l1、l2及l3即将汇流箱的壳体表面分为六份面积相等的矩形。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中所述N_H-1(T)的差商的求取过程，类似于I_I，I_II，…，I_x的x阶差商的计算公式为

$h\left[\begin{array}{cccc}{T}_I,& T_{II},& ...,& T_x\end{array}\right]=\frac{h\left[\begin{array}{cccc}{T}_I,& T_{II},& ...,& T_{x-1}\end{array}\right]-h\left[\begin{array}{cccc}{T}_{II},& T_{III},& ...,& T_x\end{array}\right]}{T_j-T_I}$

于是，N_H-1(T)关于I_I，I_II的一阶差商a₁的表达式可写为

$a_1=\frac{I_{II}-I_I}{T_{II}-T_I}$

同理，可求出a₂，a₃的表达式，同时可以求出步骤五中的差商b₀、b₁、b₂、b₃。