[发明专利]适用于光伏阵列输出特性曲线的自动分段多项式拟合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电气工程领域的方法，具体是一种适用于光伏阵列输出特性曲线的自动分段多项式拟合方法。

背景技术

光伏发电系统或装置在实验测试中直接使用光伏阵列往往是不可行的。其原因在于光伏阵列的占地面积大、输出有不确定性以及参数不能灵活调整。所以在实验室中一般采用光伏阵列模拟器代替光伏阵列作为实验测试的电源。光伏阵列模拟器需要在内部的控制器芯片中记录所要模拟的光伏阵列的输出特性曲线，作为模拟器输出电压电流的参照。用低阶多项式分段函数拟合光伏阵列输出特性曲线是其中一种常用的方法。然而，到目前为止，对光伏阵列输出特性曲线还没有一种能够自动进行分段，并给出拟合结果的拟合方法。

经对现有文献检索发现，《电力自动化设备》2012年2月上发表的题为“多项式拟合的光伏电池阵列模拟器研究与设计”的文献，该文用一次和二次函数对光伏阵列输出特性曲线进行了分段拟合。分段点通过观察和经验来人工确定。分段函数通过拉格朗日插值的方法确定。即一次函数通过两个分段点来确定；二次函数通过两个分段点加上分段点之间选择的一个插值点来确定。该论文提出的方法对于光伏阵列输出特性曲线的拟合有一定的适用性，但是拟合分段点的确定方式主观因素比较大；拟合函数的确定方式仅仅保证了在分段点和插值点上的拟合精度，在光伏阵列输出特性曲线上其他点的拟合精度没有办法保证。

光伏阵列输出特性曲线拟合结果的拟合精度对于光伏阵列模拟器能否准确复现所要模拟的光伏阵列的输出特性起着至关重要的作用。目前，拟合方法仍然停留在人工确定分段点、插值法确定分段函数的阶段，其拟合精度还有很大提高的空间；同时由于需要人工计算处理，当利用较多分段函数进行拟合时传统的拟合方法并不适用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种适用于光伏阵列输出特性曲线的自动分段多项式拟合方法。本发明根据设定好的拟合精度和拟合函数形式，自动对光伏阵列输出特性曲线进行自动分段拟合，能够给出每一个分段点的坐标以及每一段分段函数的表达式，同时拟合精度有较大的提高，避免了人工计算处理，也适用于利用较多分段函数进行拟合的情况。

根据本发明一个方面提供的一种适用于光伏阵列输出特性曲线的自动分段多项式拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待拟合的光伏阵列输出特性曲线均匀离散化为多个数据点；

设定最大拟合相对误差的限值以及每一个分段的多项式函数形式；

对拟合区间内的数据点根据拟合函数的形式进行最小二乘拟合，如果是第一个分段则为无约束拟合，否则为有约束拟合，拟合函数需经过上一分段末尾的分段点；如果最大相对拟合误差没超过最大拟合相对误差的限值，则增大拟合区间，重新对这一分段进行拟合，如果最大相对拟合误差超过最大拟合相对误差的限值，则该分段拟合结束，上一次没超过限值的拟合结果作为该分段的最终拟合结果，同时开始下一分段的拟合，直到所有数据点都已经拟合。

可以选择作为本发明的上述一个方面提供的一种适用于光伏阵列输出特性曲线的自动分段多项式拟合方法的优选方案，本发明的另一个方面还提供一种适用于光伏阵列输出特性曲线的自动分段多项式拟合方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将待拟合的光伏阵列输出特性曲线均匀离散化为N个数据点(V_i,I_i),1≤i≤N，其中，V_i表示第i个数据点的电压，I_i表示第i个数据点的电流，N为自然数；

步骤2：设定最大拟合相对误差的限值δ_max以及每一个分段的多项式函数形式；

步骤3：设k的初始值为1，从初始值1开始以1为每步增加值逐步增加k的值，其中，对数据点(V₁,I₁),(V₂,I₂)...(V_k,I_k)根据设定的多项式函数形式进行无约束的最小二乘拟合，计算最大拟合相对误差δ；若最大拟合相对误差δ没有超过最大拟合相对误差的限值δ_max，则继续增大k，再次进行拟合；否则第一个分段的拟合结束，之前一次没有超过最大拟合相对误差的限值δ_max的拟合函数作为第一个分段的拟合函数，(V_k-1,I_k-1)作为第一个分段末尾的分段点，记为(V_fd,I_fd)，其中，将k-1的值赋予fd；