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一種光伏發電系統性能評估方法及裝置.pdf

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一種 發電 系統 性能 評估 方法 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201310451449.5

申請日:

2013.09.27

公開號:

CN103678872A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 19/00申請日:20130927|||公開
IPC分類號: G06F19/00(2011.01)I 主分類號: G06F19/00
申請人: 國家電網公司; 華北電力科學研究院有限責任公司; 遠景能源(江蘇)有限公司
發明人: 白愷; 宋鵬; 劉輝; 李智; 宗瑾; 顧曉華; 趙清聲; 錢坤
地址: 100031 北京市西城區西長安街86號
優先權:
專利代理機構: 北京三友知識產權代理有限公司 11127 代理人: 任默聞
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310451449.5

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.08.31|||2014.04.23|||2014.03.26

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種光伏發電系統性能評估方法及裝置,應用于電力技術領域,該方法包括:獲取光伏發電系統的運行數據和氣象數據;計算設定參考溫度情況下光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系;獲取光伏發電系統的實際輸出功率、光伏組件溫度及太陽輻照度之間的對應關系;將實際輸出功率換算到設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率;確定參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系;繪制理論輸出功率曲線;繪制參考實際輸出功率散點圖;評估光伏發電系統的性能。本發明提供的方法及裝置有利于按需制定維護計劃,優化光伏發電系統的運維水平,減少設備的全壽命維護成本。

權利要求書

權利要求書
1.  一種光伏發電系統性能評估方法,其特征在于,包括:
獲取光伏發電系統的運行數據和氣象數據;
根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系;
獲取所述光伏發電系統的實際輸出功率、光伏組件溫度及太陽輻照度之間的對應關系;
根據所述光伏發電系統的實際輸出功率及對應的光伏組件溫度,將所述實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率;
確定所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系;
根據所述設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,繪制理論輸出功率曲線;
根據所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系,繪制參考實際輸出功率散點圖;
根據所述理論輸出功率曲線與所述參考實際輸出功率散點圖之間的關系,評估所述光伏發電系統的性能。

2.  根據權利要求1所述的光伏發電系統性能評估方法,其特征在于,根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系之前,還包括:
根據設定篩除條件,對所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據進行篩選。

3.  根據權利要求2所述的光伏發電系統性能評估方法,其特征在于,根據設定篩除條件,對所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據進行篩選,具體為:
保留所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據中,太陽輻照度及光伏發電系統的平均輸出功率處于設定正常范圍內且光伏組件處于最大輸出功率下的數據,篩除其余數據。

4.  根據權利要求1所述的光伏發電系統性能評估方法,其特征在于,
所述光伏發電系統的運行數據包括:光伏發電系統的運行狀態、逆變器輸出功率及逆變器臺數、逆變器效率曲線、匯流箱效率及匯流箱臺數、配電柜效率及配電柜臺數、光伏組件衰退因子及光伏組件個數、光伏組件的安裝傾角;
所述氣象數據主要包括:太陽總輻射度、太陽水平面輻射度或太陽傾斜面輻射度、氣 象站溫度。

5.  根據權利要求4所述的光伏發電系統性能評估方法,其特征在于,根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,采用如下公式:

其中,S為傾斜面上實時太陽輻照度;
HB為水平面上直接太陽輻照度;
H為水平面上太陽總輻照度;
Hd為水平面上散射度;
β為方針傾角;
ρ為地面反射率;
φ為當地緯度;
n為從當日開始到年末的天數,1≤n≤365;
δ為太陽赤緯;
ωs為水平面上日落時角;
ωST為傾斜面上日落時角;
HdT為天空散射輻射分量;
HRT為地面反射輻射分量;
RB為傾斜面上的直接輻射分量與水平面上直接輻射分量的比值;
Ps為光伏發電系統的理論輸出功率;
Ph為每路匯流箱的理論輸出功率;
ξsy為光伏組件的衰減率;
ηsy為光伏發電系統設備效率;
Pst為每路光伏組串的理論輸出功率;
Lh為每路匯流箱中包含的光伏組串的個數:
Pp為每塊光伏組件的理論輸出功率;
Lst為每路光伏組串中包含的光伏組件的個數;
V'm為實測最大功率點跟蹤電壓;
Vm為設定參考條件下的最大功率點跟蹤電壓;
c為光伏組件電壓溫度系數;
ΔT為與設定參考條件下光伏組件溫度差;
e為自然對數;
b為光伏組件輻射度系數;
ΔS為與設定參考條件下的輻照度差;
I'm為實測最大功率點跟蹤電流;
Im為設定參考條件下最大功率點跟蹤電流;
SREF為設定參考條件下輻照度;
a為光伏組件電流溫度系數;
TREF為設定參考條件下溫度;
T為實時光伏組件溫度;
Tair為環境溫度;
NOCT為光伏組件的額定工作溫度;
Etot為太陽能總輻照強度。

6.  根據權利要求1所述的光伏發電系統性能評估方法,其特征在于,根據所述光伏發電系統的實際輸出功率及對應的光伏組件溫度,將所述實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率,采用如下公式:
Pr_t=Pr1+(a-c)×ΔT-a×c×(ΔT)2]]>
其中,Pr_t為參考實際輸出功率;
Pr為光伏發電系統的實際輸出功率;
a為光伏組件電流溫度系數;
c為光伏組件電壓溫度系數;
ΔT為與設定參考條件下光伏組件溫度差。

7.  根據權利要求1所述的光伏發電系統性能評估方法,其特征在于,根據所述理論輸出功率曲線與所述參考實際輸出功率散點圖之間的關系,評估所述光伏發電系統的性能,具體為:
當確定所述參考實際輸出功率散點圖中出現于所述理論輸出功率曲線周邊設定范圍內的點的數量占全部點總數的百分比大于設定參考百分比時,判斷所述光伏發電系統的性能為處于正常狀態。

8.  一種光伏發電系統性能評估裝置,其特征在于,包括:
數據獲取模塊,用于獲取光伏發電系統的運行數據和氣象數據;
理論功率函數關系模塊,用于根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系;
實際功率對應關系模塊,用于獲取所述光伏發電系統的實際輸出功率、光伏組件溫度及太陽輻照度之間的對應關系;
參考實際功率換算模塊,用于根據所述光伏發電系統的實際輸出功率及對應的光伏組件溫度,將所述實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率;
參考實際功率對應關系模塊,用于確定所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對 應關系;
理論輸出功率曲線繪制模塊,用于根據所述設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,繪制理論輸出功率曲線;
實際輸出功率散點圖繪制模塊,用于根據所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系,繪制參考實際輸出功率散點圖;
性能評估模塊,用于根據所述理論輸出功率曲線與所述參考實際輸出功率散點圖之間的關系,評估所述光伏發電系統的性能。

9.  根據權利要求8所述的光伏發電系統性能評估裝置,其特征在于,還包括:
篩選模塊,用于在所述理論功率函數關系模塊根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系之前,根據設定篩除條件,對所述數據獲取模塊獲取的光伏發電系統的運行數據和氣象數據進行篩選。

10.  根據權利要求9所述的光伏發電系統性能評估裝置,其特征在于,所述篩選模塊具體用于保留所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據中,太陽輻照度及光伏發電系統的平均輸出功率處于設定正常范圍內且光伏組件處于最大輸出功率下的數據,篩除其余數據。

11.  根據權利要求8所述的光伏發電系統性能評估裝置,其特征在于,
所述光伏發電系統的運行數據包括:光伏發電系統的運行狀態、逆變器輸出功率及逆變器臺數、逆變器效率曲線、匯流箱效率及匯流箱臺數、配電柜效率及配電柜臺數、光伏組件衰退因子及光伏組件個數、光伏組件的安裝傾角;
所述氣象數據主要包括:太陽總輻射度、太陽水平面輻射度或太陽傾斜面輻射度、氣象站溫度。

12.  根據權利要求11所述的光伏發電系統性能評估裝置,其特征在于,所述理論功率函數關系模塊根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系時,采用如下公式:

其中,S為傾斜面上實時太陽輻照度;
HB為水平面上直接太陽輻照度;
H為水平面上太陽總輻照度;
Hd為水平面上散射度;
β為方針傾角;
ρ為地面反射率;
φ為當地緯度;
n為從當日開始到年末的天數,1≤n≤365;
δ為太陽赤緯;
ωs為水平面上日落時角;
ωST為傾斜面上日落時角;
HdT為天空散射輻射分量;
HRT為地面反射輻射分量;
RB為傾斜面上的直接輻射分量與水平面上直接輻射分量的比值;
Ps為光伏發電系統的理論輸出功率;
Ph為每路匯流箱的理論輸出功率;
ξsy為光伏組件的衰減率;
ηsy為光伏發電系統設備效率;
Pst為每路光伏組串的理論輸出功率;
Lh為每路匯流箱中包含的光伏組串的個數:
Pp為每塊光伏組件的理論輸出功率;
Lst為每路光伏組串中包含的光伏組件的個數;
V'm為實測最大功率點跟蹤電壓;
Vm為設定參考條件下的最大功率點跟蹤電壓;
c為光伏組件電壓溫度系數;
ΔT為與設定參考條件下光伏組件溫度差;
e為自然對數;
b為光伏組件輻射度系數;
ΔS為與設定參考條件下的輻照度差;
I'm為實測最大功率點跟蹤電流;
Im為設定參考條件下最大功率點跟蹤電流;
SREF為設定參考條件下輻照度;
a為光伏組件電流溫度系數;
TREF為設定參考條件下溫度;
T為實時光伏組件溫度;
Tair為環境溫度;
NOCT為光伏組件的額定工作溫度;
Etot為太陽能總輻照強度;
T為光伏組件溫度。

13.  根據權利要求8所述的光伏發電系統性能評估裝置,其特征在于,所述參考實際功率換算模塊根據所述光伏發電系統的實際輸出功率及對應的光伏組件溫度,將所述實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率時,采用如下公式:
Pr_t=Pr1+(a-c)×ΔT-a×c×(ΔT)2]]>
其中,Pr_t為參考實際輸出功率;
Pr為光伏發電系統的實際輸出功率;
a為光伏組件電流溫度系數;
c為光伏組件電壓溫度系數;
ΔT為與設定參考條件下光伏組件溫度差。

14.  根據權利要求8所述的光伏發電系統性能評估裝置,其特征在于,所述性能評估模塊具體用于:當確定所述參考實際輸出功率散點圖中出現于所述理論輸出功率曲線周邊設定范圍內的點的數量占全部點總數的百分比大于設定參考百分比值時,判斷所述光伏發電系統的性能為處于正常狀態。

說明書

說明書一種光伏發電系統性能評估方法及裝置
技術領域
本發明涉及電力技術領域,具體地,涉及一種光伏發電系統性能評估方法及裝置。
背景技術
隨著計算機軟件和傳感技術的發展,在傳統發電領域,近幾年出現了基于電力設備狀態的檢修及維護模式,這種模式能夠對設備的健康衰退狀態進行持續地監測、評估和預測,并按需制定維護計劃,在防止設備失效的同時,最大限度地延長設備的維護周期,減少設備的全壽命維護成本。這種模式的關鍵在于對設備的健康狀態做出快速、科學的評估。
若要在光伏發電領域采用前述傳統發電領域的基于電力設備狀態的檢修及維護模式,則需要對光伏發電設備的健康狀態做出快速、科學的評估,分析光伏發電設備的性能是否達到設計標準,是否處于亞健康狀態,是否需要狀態檢修。然而不同于傳統發電系統,光伏發電系統具有性能分散的特點,其涉及的制造商較多、設備數量較大,設備巡檢及維護需要考慮天氣、交通等多方面的因素,因此,光伏發電系統并不能簡單地照搬傳統發電領域對于設備健康狀態的評估方法。
經過文獻檢索發現,審定公告日為2011年09月21日,公開號為102195342A的中國發明專利“一種光伏電站組件狀態實時監測系統”,主要是介紹了一種光伏監測系統,該系統在每一個太陽能電池組件的接線盒內設置有監測該太陽能電池組件的監測芯片,如果某一塊組件出現故障能快速發現、迅速定位具體位置,從而可以迅速檢修,提高發電量,其主要的實現技術手段是通過芯片技術實現故障的快速監測;審定公告日為2012年2月17日,公開號為102566435A的中國發明專利“一種光伏電站的性能預報及故障報警方法”,該方法主要是通過建立電站性能預測的經驗模型或多項式回歸模型,實現電站性能預報和故障預警,性能預報的基礎依然是大量的指標,而并沒有形成性能評估的統一指標體系,即該方法僅僅是提出了一種計算光伏指標的新思路;審定公告日為2012年01月04日,公開號為103197131A的中國發明專利“光伏發電系統的性能檢測系統”,主要是介紹了一種光伏發電系統的性能檢測硬件系統,主要是實現光伏發電系統運行時各類信號的有效采集、轉化和傳遞等,最終通過接收到的電壓信號來檢測光伏發電系統的性能;審定公告日為2011年 12月14日,公開號為102279327A的中國發明專利“光伏并網發電在線監測與狀態評估系統”,介紹了一種基于CPU全嵌入式設計的分布式新能源監測平臺,主要是強調硬件的處理能力、實時性、可靠性、可擴展性等。
目前國內外還沒有專門針對光伏發電系統健康狀態進行綜合評估的體系和方法,前述已應用于傳統發電領域的基于設備狀態的檢修及維護模式在光伏發電領域還沒有得到發展,也沒有可參考的理論和經驗。
發明內容
本發明實施例的主要目的在于提供一種光伏發電系統性能評估方法及裝置,以提供一種將傳統發電領域的基于設備狀態的檢修及維護模式應用于光伏發電領域,實現對光伏發電系統的健康狀態進行綜合評估的技術。
為了實現上述目的,本發明實施例提供一種光伏發電系統性能評估方法,包括:
獲取光伏發電系統的運行數據和氣象數據;
根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系;
獲取所述光伏發電系統的實際輸出功率、光伏組件溫度及太陽輻照度之間的對應關系;
根據所述光伏發電系統的實際輸出功率及對應的光伏組件溫度,將所述實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率;
確定所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系;
根據所述設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,繪制理論輸出功率曲線;
根據所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系,繪制參考實際輸出功率散點圖;
根據所述理論輸出功率曲線與所述參考實際輸出功率散點圖之間的關系,評估所述光伏發電系統的性能。
本發明還提供一種光伏發電系統性能評估裝置,包括:
數據獲取模塊,用于獲取光伏發電系統的運行數據和氣象數據;
理論功率函數關系模塊,用于根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系;
實際功率對應關系模塊,用于獲取所述光伏發電系統的實際輸出功率、光伏組件溫度 及太陽輻照度之間的對應關系;
參考實際功率換算模塊,用于根據所述光伏發電系統的實際輸出功率及對應的光伏組件溫度,將所述實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率;
參考實際功率對應關系模塊,用于確定所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系;
理論輸出功率曲線繪制模塊,用于根據所述設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,繪制理論輸出功率曲線;
實際輸出功率散點圖繪制模塊,用于根據所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系,繪制參考實際輸出功率散點圖;
性能評估模塊,用于根據所述理論輸出功率曲線與所述參考實際輸出功率散點圖之間的關系,評估所述光伏發電系統的性能。
借助于上述技術方案,本發明首先計算出光伏發電系統理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,以及將光伏發電系統的實際輸出功率數據折算到設定參考溫度,然后繪制光伏發電系統理論輸出功率曲線及參考實際輸出功率散點圖,最后通過對相同條件下的參考實際輸出功率散點圖與理論輸出功率曲線進行對比分析,實現了對光伏發電系統的健康狀態進行快速且科學的評估。本發明將傳統發電領域中基于電力設備狀態的檢修和維護模式引入了光伏發電領域,有利于按需制定維護計劃,優化光伏發電系統的運維水平,減少設備的全壽命維護成本。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動性的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明提供的光伏發電系統性能評估方法的流程示意圖;
圖2是本發明提供的理論輸出功率曲線與參考實際輸出功率散點圖;
圖3是本發明提供的光伏發電系統性能評估裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實 施例,都屬于本發明保護的范圍。
本發明提供一種光伏發電系統性能評估方法,如圖1所示,該方法包括:
步驟S11,獲取光伏發電系統的運行數據和氣象數據;
步驟S12,根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系;
步驟S13,獲取所述光伏發電系統的實際輸出功率、光伏組件溫度及太陽輻照度之間的對應關系;
步驟S14,根據所述光伏發電系統的實際輸出功率及對應的光伏組件溫度,將所述實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率;
步驟S15,確定所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系;
步驟S16,根據所述設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,繪制理論輸出功率曲線;
步驟S17,根據所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系,繪制參考實際輸出功率散點圖;
步驟S18,根據所述理論輸出功率曲線與所述參考實際輸出功率散點圖之間的關系,評估所述光伏發電系統的性能。
本發明將光伏發電系統理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,以及實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系都換算到同一溫度(設定參考溫度)下,從而能夠實現科學、準確地評估光伏發電系統健康狀態的目的。
本發明中的設定參考溫度可以根據實際需要進行設置,本發明對此不作具體限定。在一種較佳的實施例中,可以選擇歐洲委員會針對光伏組件設定的STC(Standard Test Condition,標準測試條件)中的測試溫度25℃。
本發明對步驟S16繪制理論輸出功率曲線與步驟S17繪制參考實際輸出功率散點圖所采用的繪圖方法不作具體限定,例如可以采用Excel、Matlab等第三方繪圖工具,也可以根據實際需要自行設計專業繪圖軟件實現上述繪制過程。
上述方法首先計算出光伏發電系統理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,以及將光伏發電系統的實際輸出功率數據折算到設定參考溫度,然后繪制光伏發電系統理論輸出功率曲線及參考實際輸出功率散點圖,最后通過對相同條件下的參考實際輸出功率散點圖與理論輸出功率曲線進行對比分析,實現了對光伏發電系統的健康狀態進行快速且科學的評估。該方法將傳統發電領域中基于電力設備狀態的檢修和維護模式引入了光伏發電領 域,有利于按需制定維護計劃,優化光伏發電系統的運維水平,減少設備的全壽命維護成本。
在一種較佳的實施例中,本發明提供的光伏發電系統性能評估方法,在步驟S11與步驟S12之間,還包括步驟:根據設定篩除條件,對步驟S11獲取的光伏發電系統的運行數據和氣象數據進行篩選。
該步驟的目的是剔除步驟S11獲取的光伏發電系統的運行數據和氣象數據中不能正確反映光伏發電系統理論輸出情況的數據,例如,剔除光伏發電系統在非正常運行狀態(如限功率控制狀態、故障狀態等)下的運行數據及氣象數據,保留光伏發電系統在正常運行狀態下的運行數據及氣象數據。該步驟中的設定篩選條件可以根據實際需要進行設置,本發明的保護范圍涵蓋采用任意方法達到對步驟S11獲取的光伏發電系統的運行數據和氣象數據進行篩選,以剔除其中不能正確反映光伏發電系統理論輸出情況的數據的目的。
在一種較佳的實施例中,上述設定的篩選條件為:保留步驟S11獲取的光伏發電系統的運行數據和氣象數據中,太陽輻照度及光伏發電系統的平均輸出功率處于設定正常范圍內且光伏組件處于最大輸出功率下的數據,篩除其余數據。
在一種較佳的實施例中,步驟S11獲取的光伏發電系統的運行數據包括:光伏發電系統的運行狀態、逆變器輸出功率及逆變器臺數、逆變器效率曲線、匯流箱效率及匯流箱臺數、配電柜效率及配電柜臺數、光伏組件衰退因子及光伏組件個數、光伏組件的安裝傾角;
步驟S11獲取的氣象數據主要包括:太陽總輻射度、太陽水平面輻射度或太陽傾斜面輻射度、氣象站溫度。
在一種較佳的實施例中,步驟S12根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,采用如下公式:

其中,S為傾斜面上實時太陽輻照度;
HB為水平面上直接太陽輻照度,可通過相應的傳感器獲取;
H為水平面上太陽總輻照度,可通過相應的傳感器獲取;
Hd為水平面上散射度,可通過相應的傳感器獲取;
β為方針傾角,為固定值;
ρ為地面反射率;
φ為當地緯度,為固定值;
n為從當日開始到年末的天數,n為自然數,且1≤n≤365;
δ為太陽赤緯;
ωs為水平面上日落時角;
ωST為傾斜面上日落時角;
HdT為天空散射輻射分量;
HRT為地面反射輻射分量;
RB為傾斜面上的直接輻射分量與水平面上直接輻射分量的比值;
Ps為光伏發電系統的理論輸出功率;
Ph為每路匯流箱的理論輸出功率;
ξsy為光伏組件的衰減率,光伏組件廠家會給出;
ηsy為光伏發電系統設備效率,光伏組件廠家會給出;
Pst為每路光伏組串的理論輸出功率;
Lh為每路匯流箱中包含的光伏組串的個數:
Pp為每塊光伏組件的理論輸出功率;
Lst為每路光伏組串中包含的光伏組件的個數;
V'm為實測最大功率點跟蹤電壓;
Vm為設定參考條件下的最大功率點跟蹤電壓,光伏組件廠家會給出;
c為光伏組件電壓溫度系數,光伏組件廠家會給出;
ΔT為與設定參考條件下光伏組件溫度差;
e為自然對數;
b為光伏組件輻射度系數,光伏組件廠家會給出;
ΔS為與設定參考條件下的輻照度差;
I'm為實測最大功率點跟蹤電流;
Im為設定參考條件下最大功率點跟蹤電流,光伏組件廠家會給出;
SREF為設定參考條件下輻照度;
a為光伏組件電流溫度系數,光伏組件廠家會給出;
TREF為設定參考條件下溫度,與步驟S12中的設定參考溫度一致;
T為實時光伏組件溫度;
Tair為環境溫度,可從氣象數據中得到;
NOCT為光伏組件的額定工作溫度,參照光伏設備廠家的給定值;
Etot為太陽能總輻照強度,可通過相應的傳感器獲取。
需要說明的是,上述公式中的TREF為設定參考條件下的溫度,與步驟S12中的設定參考溫度一致。
本發明對上述公式中用到的設定參考條件不作具體限定,可以根據實際需要進行設置。在一種較佳的實施例中,上述公式中的設定參考條件為歐洲委員會針對光伏組件設定的STC,其條件是:太陽能電池組件表面溫度25℃,光譜分布AM1.5,輻照度1000W/m2;即,TREF=25℃。
需要說明的是,除以上計算公式外,本發明的保護范圍涵蓋采用其他方法計算得到設定參考溫度情況下光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系。
在一種較佳的實施例中,步驟S14根據所述光伏發電系統的實際輸出功率及對應的光伏組件溫度,將所述實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率,采用如下公式:
Pr_t=Pr1+(a-c)×ΔT-a×c×(ΔT)2]]>
其中,Pr_t為參考實際輸出功率;
Pr為光伏發電系統的實際輸出功率;
a為光伏組件電流溫度系數,光伏組件廠家會給出;
c為光伏組件電壓溫度系數,光伏組件廠家會給出;
ΔT為與設定參考條件下光伏組件溫度差。
本發明對上述公式中用到的設定參考條件不作具體限定,可以根據實際需要進行設置。在一種較佳的實施例中,上述公式中的設定參考條件為歐洲委員會針對光伏組件設定的STC,其條件是:太陽能電池組件表面溫度25℃,光譜分布AM1.5,輻照度1000W/m2。
需要說明的是,除以上計算公式外,本發明的保護范圍涵蓋采用其他方法將實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率。
在一種較佳的實施例中,步驟S18根據所述理論輸出功率曲線與所述參考實際輸出功率散點圖之間的關系,評估所述光伏發電系統的性能,具體為:
當確定所述參考實際輸出功率散點圖中出現于所述理論輸出功率曲線周邊設定范圍內的點的數量占全部點總數的百分比大于設定參考百分比時,判斷所述光伏發電系統的性能為處于正常狀態。
根據光伏發電系統的實際運行經驗可知,當光伏發電系統處于最佳運行狀態時,其實 際輸出功率與理論輸出功率最為接近,而當光伏發電系統處于非正常狀態(如故障狀態)時,其實際輸出功率與理論輸出功率相差較大,當在同一設定參考溫度下,將不同太陽輻照度對應的參考實際輸出功率散點圖及理論輸出功率曲線進行比對時,其表現就是:當光伏發電系統處于最佳運行狀態時,參考實際輸出功率散點出現在理論輸出功率曲線上面或者附近很近的距離處,當光伏發電系統處于非正常狀態時,參考實際輸出功率散點就會出現在理論輸出功率曲線上方或者下方較遠的距離處。
針對不同的光伏發電系統,該步驟中設定范圍及設定參考百分比可根據實際經驗進行設置。例如如圖2(橫坐標為太陽輻照度,縱坐標為光伏發電系統輸出功率)所示為同一設定參考溫度(T=TREF)下,不同太陽輻照度對應的參考實際輸出功率散點分布及理論輸出功率曲線,根據該圖中參考實際輸出功率的散點分布情況,即可確定當前光伏發電系統的性能狀態,若散點中出現于理論輸出功率曲線周邊設定范圍內的點的數量占全部點總數的百分比大于設定參考百分比時,則可判定光伏發電系統處于正常狀態;否則,就可判定光伏發電系統處于非正常狀態。由于光伏發電系統的非正常狀態有多種情況,因此對于具體原因的判定還需根據實際經驗進行,例如,若散點集中出現在理論功率曲線下方且不在設定范圍內,則可判定系統性能處于亞健康或嚴重狀態;若散點集中出現在理論功率曲線上方且不在設定范圍內,則系統可能處于嚴重狀態或故障狀態(如氣象站故障)。
本發明還提供一種光伏發電系統性能評估裝置,如圖3所示,該裝置包括:
數據獲取模塊31,用于獲取光伏發電系統的運行數據和氣象數據;
理論功率函數關系模塊32,用于根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系;
實際功率對應關系模塊33,用于獲取所述光伏發電系統的實際輸出功率、光伏組件溫度及太陽輻照度之間的對應關系;
參考實際功率換算模塊34,用于根據所述光伏發電系統的實際輸出功率及對應的光伏組件溫度,將所述實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率;
參考實際功率對應關系模塊35,用于確定所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系;
理論輸出功率曲線繪制模塊36,用于根據所述設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系,繪制理論輸出功率曲線;
實際輸出功率散點圖繪制模塊37,用于根據所述參考實際輸出功率與太陽輻照度之間的對應關系,繪制參考實際輸出功率散點圖;
性能評估模塊38,用于根據所述理論輸出功率曲線與所述參考實際輸出功率散點圖之間的關系,評估所述光伏發電系統的性能。
在一種較佳的實施例中,上述光伏發電系統性能評估裝置,還包括:
篩選模塊,用于在所述理論功率函數關系模塊32根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系之前,根據設定篩除條件,對所述數據獲取模塊31獲取的光伏發電系統的運行數據和氣象數據進行篩選。
在一種較佳的實施例中,上述述篩選模塊具體用于保留所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據中,太陽輻照度及光伏發電系統的平均輸出功率處于設定正常范圍內且光伏組件處于最大輸出功率下的數據,篩除其余數據。
在一種較佳的實施例中,所述光伏發電系統的運行數據包括:光伏發電系統的運行狀態、逆變器輸出功率及逆變器臺數、逆變器效率曲線、匯流箱效率及匯流箱臺數、配電柜效率及配電柜臺數、光伏組件衰退因子及光伏組件個數、光伏組件的安裝傾角;
所述氣象數據主要包括:太陽總輻射度、太陽水平面輻射度或太陽傾斜面輻射度、氣象站溫度。
在一種較佳的實施例中,理論功率函數關系模塊32根據所述光伏發電系統的運行數據和氣象數據,計算設定參考溫度情況下所述光伏發電系統的理論輸出功率與太陽輻照度之間的函數關系時,采用如下公式:

其中,S為傾斜面上實時太陽輻照度;
HB為水平面上直接太陽輻照度;
H為水平面上太陽總輻照度;
Hd為水平面上散射度;
β為方針傾角;
ρ為地面反射率;
φ為當地緯度;
n為從當日開始到年末的天數,1≤n≤365;
δ為太陽赤緯;
ωs為水平面上日落時角;
ωST為傾斜面上日落時角;
HdT為天空散射輻射分量;
HRT為地面反射輻射分量;
RB為傾斜面上的直接輻射分量與水平面上直接輻射分量的比值;
Ps為光伏發電系統的理論輸出功率;
Ph為每路匯流箱的理論輸出功率;
ξsy為光伏組件的衰減率;
ηsy為光伏發電系統設備效率;
Pst為每路光伏組串的理論輸出功率;
Lh為每路匯流箱中包含的光伏組串的個數:
Pp為每塊光伏組件的理論輸出功率;
Lst為每路光伏組串中包含的光伏組件的個數;
V'm為實測最大功率點跟蹤電壓;
Vm為設定參考條件下的最大功率點跟蹤電壓;
c為光伏組件電壓溫度系數;
ΔT為與設定參考條件下光伏組件溫度差;
e為自然對數;
b為光伏組件輻射度系數;
ΔS為與設定參考條件下的輻照度差;
I'm為實測最大功率點跟蹤電流;
Im為設定參考條件下最大功率點跟蹤電流;
SREF為設定參考條件下輻照度;
a為光伏組件電流溫度系數;
TREF為設定參考條件下溫度;
T為實時光伏組件溫度;
Tair為環境溫度;
NOCT為光伏組件的額定工作溫度;
Etot為太陽能總輻照強度;
T為光伏組件溫度。
在一種較佳的實施例中,參考實際功率換算模塊34根據所述光伏發電系統的實際輸出功率及對應的光伏組件溫度,將所述實際輸出功率換算到所述設定參考溫度情況下,得到參考實際輸出功率時,采用如下公式:
Pr_t=Pr1+(a-c)×ΔT-a×c×(ΔT)2]]>
其中,Pr_t為參考實際輸出功率;
Pr為光伏發電系統的實際輸出功率;
a為光伏組件電流溫度系數;
c為光伏組件電壓溫度系數;
ΔT為與設定參考條件下光伏組件溫度差。
在一種較佳的實施例中,性能評估模塊38具體用于:當確定所述參考實際輸出功率散點圖中出現于所述理論輸出功率曲線周邊設定范圍內的點的數量占全部點總數的百分比大于設定參考百分比值時,判斷所述光伏發電系統的性能為處于正常狀態。
本發明提供的光伏發電系統性能評估裝置與光伏發電系統性能評估方法基于同樣的實現原理,具體實施方式可參見前述對光伏發電系統性能評估方法的介紹,此處不再贅述。
上述光伏發電系統性能評估裝置實現了對光伏發電系統的健康狀態進行快速且科學的評估,將傳統發電領域中基于電力設備狀態的檢修和維護模式引入了光伏發電領域,有利于按需制定維護計劃,優化光伏發電系統的運維水平,在防止設備失效的同事,最大限度地延長設備的維護周期,減少設備的全壽命維護成本。
以上所述的具體實施例,對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明,所應理解的是,以上所述僅為本發明的具體實施例而已,并不用于限定本發明的保護范圍,凡在本發明的精神和原則之內,所做的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。

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本文標題:一種光伏發電系統性能評估方法及裝置.pdf
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