本發(fā)明涉及太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及光伏系統(tǒng)智能運維技術(shù)領(lǐng)域,具體是指一種基于監(jiān)控平臺實現(xiàn)光伏電站組串狀態(tài)識別的方法。
背景技術(shù):
光伏發(fā)電直接將光能轉(zhuǎn)換成電能,不排放溫室氣體,是一種應(yīng)用廣泛的可再生能源。近年來,全球光伏發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展,其中大部分為大型光伏電站。電站為了施工和維護方便一般采用集中式逆變器結(jié)構(gòu),相對于組串式逆變器結(jié)構(gòu),集中式逆變器有MPPT效率低、組串I-V曲線難以在線采集等缺點。
為采集并估計組件參數(shù),以進一步分析系統(tǒng)狀態(tài),基準測試板基本成為大型光伏電站的標配。該基準測試板可以實時上傳溫度、輻照度以及組件I-V曲線等參數(shù)。利用這些參數(shù),可以對電站的積灰狀態(tài)、組件電池結(jié)溫等進行估計,但目前利用該數(shù)據(jù)推測組串狀態(tài)的文獻較少,使得對電站健康評估不夠全面。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題,本發(fā)明提出了一種能夠準確推測組串狀態(tài)的基于監(jiān)控平臺實現(xiàn)光伏電站組串狀態(tài)識別的方法。
本發(fā)明的基于監(jiān)控平臺實現(xiàn)光伏電站組串狀態(tài)識別的方法具體如下:
該基于監(jiān)控平臺實現(xiàn)光伏電站組串狀態(tài)識別的方法,基于基準光伏組件、信號采集模塊和傳輸模塊,其主要特點是,所述的光伏電站包括組串,所述的基準光伏組件與所述的信號采集模塊相連接,所述的信號采集模塊與所述的監(jiān)控平臺相連接,所述的監(jiān)控平臺監(jiān)控所述的光伏電站,并獲取該光伏電站的信息,所述的光伏電站包括組串,所述的監(jiān)控平臺還包括一計數(shù)器,且該方法具有以下步驟:
(1)所述的監(jiān)控平臺初始化,所述的計數(shù)器清零;
(2)所述的信號采集模塊采集所述的基準光伏組件的工作電壓和工作電流,并發(fā)送給所述的監(jiān)控平臺;
(3)所述的監(jiān)控平臺根據(jù)其所獲取的所述的基準光伏組件的工作電壓、工作電流和所述的組串的信息,判斷該組串的狀態(tài),并根據(jù)結(jié)果判斷是否發(fā)出警報。
較佳地,所述的組串包括組件,所述的基準光伏組件的型號和參數(shù)與所述的組串中的組件的型號與參數(shù)一致,所述的監(jiān)控平臺獲取的所述的組串的信息包括所述的組串的工作電壓、工作電流和所述的組串中的組件的個數(shù),且所述的步驟(3)的具體步驟如下:
(3.1)所述的監(jiān)控平臺將所接收到的所述的基準光伏組件的工作電流和工作電壓保存在一第一數(shù)組L1,該第一數(shù)組中的元素L1(i,v)的i為工作電流,v為工作電壓,且所述的監(jiān)控平臺將第一數(shù)組中的元素中的工作電流和工作電壓校正到標準光照和溫度條件下,并將所得的校正后的工作電流信號和工作電壓信號保存到一第二數(shù)組L2,所述的標準光照和溫度分別為輻照1000W/m2,溫度25℃;
(3.2)所述的監(jiān)控平臺查找第一數(shù)組L1中的最大功率點A(iA,vA)以及所述的組件的額定最大功率,并計算所述的組串的老化率并存儲相應(yīng)數(shù)據(jù);
(3.3)所述的監(jiān)控平臺根據(jù)其獲取所述的組串的工作電壓、工作電流與所述的組串包含的組件個數(shù),獲取所述的組件的平均工作點B(iB,vB),且所述的監(jiān)控平臺通過所述的平均工作點B(iB,vB)和最大功率點A(iA,vA)計算并存儲所述的平均工作點B(iB,vB)到最大功率點A(iA,vA)點的距離d,該監(jiān)控平臺判斷并存儲該距離d與該組件的正常工作半徑h的大小關(guān)系,若該距離d超出該組件的正常工作半徑h,則繼續(xù)步驟(3.6),若該距離d小于該組件的正常工作半徑h,則繼續(xù)步驟(3.4);
(3.4)所述的監(jiān)控平臺在其存儲的第一數(shù)組L1中獲取與所述的B(iB,vB)最相近的一點C(ic,vc),且該監(jiān)控平臺在其存儲的第二數(shù)組L2中獲取與所述的C(ic,vc)對應(yīng)的點D(iD,vD),所述的監(jiān)控平臺將所述的計數(shù)器清零;
(3.5)所述的監(jiān)控平臺通過其獲取的D(iD,vD)計算MPPT偏離損失并存儲該MPPT偏離損失,并繼續(xù)所述的步驟(2);
(3.6)所述的監(jiān)控平臺判斷所述的組串是否工作在限電狀態(tài),并存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果,若所述的監(jiān)控平臺判斷該組串處于限電狀態(tài),則所述的監(jiān)控平臺清零所述的計數(shù)器,并繼續(xù)所述的步驟(2);若該組串未工作在限電狀態(tài),則繼續(xù)步驟(3.7);
(3.7)所述的監(jiān)控平臺通過該計數(shù)器的計數(shù)判斷所述的組串是否被陰影遮擋狀態(tài)或為電氣故障狀態(tài),且所述的監(jiān)控平臺存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果,若所述的監(jiān)控平臺判斷所述的組串處于陰影遮擋狀態(tài),且所述的計數(shù)器加1,并繼續(xù)所述的步驟(2);若所述的監(jiān)控平臺判斷所述的組串處于電氣故障狀態(tài),則繼續(xù)(3.8);
(3.8)所述的監(jiān)控平臺發(fā)出警報,并繼續(xù)所述的步驟(2)。
更佳地,所述的步驟(3.1)中的將所述的工作電壓和工作電流校正到標準條件下具體為:
所述的工作電壓和所述的工作電流分別按以下公式進行標準條件下的校正:
其中,β為電壓溫度系數(shù),α為電流溫度系數(shù),(i1,v1)為第一數(shù)組L1中的一點,(i2,v2)為所述的第一數(shù)組L1校正到標準條件下的第二數(shù)組L2中的一點。
更佳地,所述的步驟(3.2)中的組件的老化率按以下公式計算:
pA=iA×vA;
其中a為所述的組件的老化率,pe是所述的組件的額定最大功率,pA是所述的第一數(shù)組L1中的最大功率點A(iA,vA)對應(yīng)的功率。
更佳地,所述的步驟(3.3)中的第一數(shù)組L1最大功率點A(iA,vA)到所述的組件的平均工作點B(iB,vB)點的距離按以下公式計算:
其中d為所述的第一數(shù)組L1最大功率點A(iA,vA)到所述的組件的平均工作點B(iB,vB)的距離,所述的B(iB,vB)為平均工作點,所述的A(iA,vA)為第一數(shù)組L1的最大功率點;
且所述的步驟(3.3)中判斷該距離d與所述的組件的正常工作半徑h的大小關(guān)系具體如下:
r=d-h;
該r值即為所述的距離d與該組件的正常工作半徑h的大小關(guān)系的具體體現(xiàn),當該r值大于0,則繼續(xù)所述的步驟(3.6),若該r值小于0,則進入所述的步驟(3.4)。
更佳地,所述的步驟(3.5)中的MPPT偏離損失按照以下公式計算:
pD=iD·vD;
pE=iE·vE;
其中所述ploss為所述的MPPT偏離損失,pD為所述的第一數(shù)組L1中與所述的組件的平均工作點B(iB,vB)最接近的一點C(ic,vc)在第二數(shù)組L2中的對應(yīng)的點D(iD,vD)的功率,pE為所述的第二數(shù)組L2中的最大功率點E(iE,vE)對應(yīng)的所述的基準光伏組件校正到標準條件下的最大功率。
更佳地,所述的步驟(3.6)中判斷該光伏電站中的組串是否處于限電狀態(tài)其具體如下:
所述的監(jiān)控平臺將該組串中的組件的平均工作點B(iB,vB)對應(yīng)的電壓值與所述的第一數(shù)組L1最大功率點A(iA,vA)對應(yīng)的電壓值按以下公式計算:
Δv=|vB-vA|;
所述的監(jiān)控平臺判斷所述的Δv是否大于一閾值,若所述的Δv大于該閾值,則所述的監(jiān)控系統(tǒng)判斷所述的組串處于限電狀態(tài),若Δv小于該閾值,則繼續(xù)步驟(3.7),所述的閾值由所述的監(jiān)控平臺預(yù)先設(shè)置為5。
更佳地,所述的步驟(3.7)中判斷該所述的組串為陰影遮擋狀態(tài)或故障狀態(tài)的具體步驟如下:
所述的監(jiān)控平臺判斷所述的計數(shù)器的計數(shù)是否超過一計數(shù)閾值,若所述的計數(shù)器的計數(shù)超過該計數(shù)閾值,則所述的監(jiān)控系統(tǒng)判斷所述的光伏電站的組串為電氣故障狀態(tài);若計數(shù)器計數(shù)未超過該計數(shù)閾值,則所述的監(jiān)控平臺判斷該組串處于陰影遮擋狀態(tài),所述的計數(shù)器加1,所述的計數(shù)閾值由所述的監(jiān)控平臺預(yù)先設(shè)置為20。
較佳地,所述的基準光伏組件還連接有一DC/DC變換器,該基準光伏組件通過所述的DC/DC變換器輸出不同的工作電壓和工作電流。
較佳地,所述的傳輸模塊為一無線傳輸模塊。
采用該種基于監(jiān)控平臺實現(xiàn)光伏電站組串狀態(tài)識別的方法,由于其使用監(jiān)控平臺監(jiān)控所述基準光伏組件不同的工作電壓和電流,并由此在監(jiān)控平臺生成該基準光伏組件的第一數(shù)組L1,該第一數(shù)組L1的元素為該基準光伏組件不同的工作電壓和電流,并在標準條件下對該第一數(shù)組L1進行了校正,獲取該基準光伏組件在標準光照1000W/m2、25℃時的校正第二數(shù)組L2,該第二數(shù)組L2中的元素為所述的基準光伏組件校正到標準狀態(tài)后的不同的工作電壓和電流,而后通過所述的監(jiān)控平臺獲取該光伏電站的實際組串的電流、電壓,并將該組串的電壓除以該組串中包括的組件個數(shù),獲得每個組件的平均工作電流、電壓,利用校正前的第一數(shù)組L1和所述的校正后的第二數(shù)組L2,獲取當前組串的狀態(tài)信息實現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)中缺失的組串狀態(tài)評估方法,幫助光伏電站及時發(fā)現(xiàn)狀態(tài)不佳的組串進行更換或維修,防止不必要的經(jīng)濟損失。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的基于監(jiān)控平臺實現(xiàn)光伏電站組串狀態(tài)監(jiān)測的方法的系統(tǒng)流程圖。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容,特舉以下實施例詳細說明。
如圖1所示,所述的基于監(jiān)控平臺實現(xiàn)光伏電站組串狀態(tài)識別的方法,基于基準光伏組件、信號采集模塊和傳輸模塊實現(xiàn)對組串狀態(tài)的識別,所述的傳輸模塊為一無線傳輸模塊,所述的光伏電站包括組串,所述的組串包括組件,所述的基準光伏組件與所述的信號采集模塊相連接,且所述的基準光伏組件的型號和參數(shù)與所述的組串中的組件的型號與參數(shù)一致,所述的信號采集模塊與所述的監(jiān)控平臺相連接,所述的監(jiān)控平臺監(jiān)控所述的光伏電站,并獲取該光伏電站的信息,所述的監(jiān)控平臺獲取的所述的組串的信息包括所述的組串的工作電壓、工作電流和所述的組串中的組件的個數(shù),所述的監(jiān)控平臺還包括一計數(shù)器,且該方法具有以下步驟:
(1)所述的監(jiān)控平臺初始化,所述的計數(shù)器清零;
(2)所述的基準光伏組件通過其上連接的一DC/DC變換器,輸出不同的工作電壓和工作電流,所述的信號采集模塊采集所述的基準光伏組件的工作電壓和工作電流,并發(fā)送給所述的監(jiān)控平臺;
(3)所述的監(jiān)控平臺根據(jù)其所獲取的所述的基準光伏組件的工作電壓、工作電流和所述的組串的信息,判斷該組串的狀態(tài),并根據(jù)結(jié)果判斷是否發(fā)出警報。
所述的步驟(3)的具體步驟如下:
(3.1)所述的監(jiān)控平臺將所接收到的所述的基準光伏組件的工作電流和工作電壓保存在一第一數(shù)組L1,該第一數(shù)組中的元素L1(i,v)的i為工作電流,v為工作電壓,且所述的監(jiān)控平臺將第一數(shù)組中的元素中的工作電流和工作電壓校正到標準光照和溫度條件下,并將所得的校正后的工作電流信號和工作電壓信號保存到一第二數(shù)組L2,所述的標準光照和溫度分別為輻照1000W/m2,溫度25℃。
所述的工作電壓和所述的工作電流分別按以下公式進行標準條件下的校正:
其中,β為電壓溫度系數(shù),α為電流溫度系數(shù),(i1,v1)為第一數(shù)組L1中的一點,(i2,v2)為所述的第一數(shù)組L1校正到標準條件下的第二數(shù)組L2中的一點;
(3.2)所述的監(jiān)控平臺查找第一數(shù)組L1中的最大功率點A(iA,vA)以及所述的組件的額定最大功率,并計算所述的組件的老化率并存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)。
所述的組件的老化率按以下公式計算:
pA=iA×vA;
其中a為所述的組件的老化率,pe是所述的組件的額定最大功率,pA是所述的第一數(shù)組L1中的最大功率點A(iA,vA)對應(yīng)的功率;
(3.3)所述的監(jiān)控平臺根據(jù)其獲取所述的組串的工作電壓、工作電流與所述的組串包含的組件個數(shù),獲取所述的組件的平均工作點B(iB,vB),且所述的監(jiān)控平臺通過所述的平均工作點B(iB,vB)和最大功率點A(iA,vA)計算并存儲所述的平均工作點B(iB,vB)到最大功率點A(iA,vA)點的距離d,該監(jiān)控平臺判斷并存儲該距離d與該組件的正常工作半徑h的大小關(guān)系,若該距離d超出該組件的正常工作半徑h,則繼續(xù)步驟(3.6),若該距離d小于該組件的正常工作半徑h,則繼續(xù)步驟(3.4)。
其中,所述的第一數(shù)組L1最大功率點A(iA,vA)到所述的組件的平均工作點B(iB,vB)點的距離按以下公式計算:
其中d為所述的第一數(shù)組L1最大功率點A(iA,vA)到所述的組件的平均工作點B(iB,vB)的距離,所述的B(iB,vB)為平均工作點,所述的A(iA,vA)為第一數(shù)組L1中的最大功率點;
且所述的步驟(3.3)中判斷該距離d與所述的組件的正常工作半徑h的大小關(guān)系具體如下:
r=d-h;
該r值即為所述的距離d與該組件的正常工作半徑h的大小關(guān)系的具體體現(xiàn),當該r值大于0,則繼續(xù)所述的步驟(3.6),若該r值小于0,則進入所述的步驟(3.4);
(3.4)所述的監(jiān)控平臺在其存儲的第一數(shù)組L1中獲取與所述的B(iB,vB)最相近的一點C(ic,vc),且該監(jiān)控平臺在其存儲的第二數(shù)組L2中獲取與所述的C(ic,vc)對應(yīng)的點D(iD,vD),所述的監(jiān)控平臺將所述的計數(shù)器清零;
(3.5)所述的監(jiān)控平臺通過其獲取的D(iD,vD)計算MPPT偏離損失并存儲該MPPT偏離損失,并繼續(xù)所述的步驟(2)。
所述的MPPT偏離損失按照以下公式計算:
pD=iD·vD;
pE=iE·vE;
其中所述ploss為所述的MPPT偏離損失,pD為所述的第一數(shù)組L1中與所述的組件的平均工作點B(iB,vB)最接近的一點C(ic,vc)在第二數(shù)組L2中的對應(yīng)的點D(iD,vD)的功率,pE為所述的第二數(shù)組L2中的最大功率點E(iE,vE)對應(yīng)的最大功率;
(3.6)所述的監(jiān)控平臺判斷所述的組串是否工作在限電狀態(tài)并存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果,若所述的監(jiān)控平臺判斷該組串處于限電狀態(tài),所述的監(jiān)控平臺清零所述的計數(shù)器,并繼續(xù)所述的步驟(2);若該光伏電站的組串未工作在限電狀態(tài),則繼續(xù)步驟(3.7)。
其中,判斷該光伏電站中的組串是否處于限電狀態(tài)其具體如下:
所述的監(jiān)控平臺將該組串中的組件的平均工作點B(iB,vB)對應(yīng)的電壓值與所述的第一數(shù)組L1最大功率點A(iA,vA)對應(yīng)的電壓值按以下公式計算:
Δv=|vB-vA|;
所述的監(jiān)控平臺判斷所述的Δv是否大于一閾值,若所述的Δv大于該閾值,則所述的監(jiān)控系統(tǒng)判斷所述的組串處于限電狀態(tài),若Δv小于該閾值,則繼續(xù)步驟(3.7),所述的閾值由所述的監(jiān)控平臺預(yù)先設(shè)置為5;
(3.7)所述的監(jiān)控平臺通過該計數(shù)器的計數(shù)判斷所述的組串是否處于陰影遮擋狀態(tài)或為電氣故障狀態(tài),且所述的監(jiān)控平臺存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果,若所述的監(jiān)控平臺判斷所述的組串處于陰影遮擋狀態(tài),則所述的計數(shù)器加1,并繼續(xù)所述的步驟(2);若所述的監(jiān)控平臺判斷所述的組串處于電氣故障狀態(tài),則繼續(xù)步驟(3.8)。
其中,判斷該所述的組串為陰影遮擋狀態(tài)或故障狀態(tài)的具體步驟如下:
所述的監(jiān)控平臺判斷所述的計數(shù)器的計數(shù)是否超過一計數(shù)閾值,若所述的計數(shù)器的計數(shù)超過該計數(shù)閾值,則所述的監(jiān)控系統(tǒng)判斷所述的組串為電氣故障狀態(tài);若計數(shù)器計數(shù)未超過該計數(shù)閾值,則所述的監(jiān)控平臺判斷該組串處于陰影遮擋狀態(tài),所述的計數(shù)器加1,所述的計數(shù)閾值由所述的監(jiān)控平臺預(yù)先設(shè)置為20;
(3.8)所述的監(jiān)控平臺發(fā)出警報,并繼續(xù)所述的步驟(2)。
為了能夠更清楚的描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容,下面結(jié)合另一具體實施例來進一步描述。在該種具體實施例中,所述的監(jiān)控平臺先計算所述的組串的老化率,再對所述的第一數(shù)組L1中包含的電壓處理數(shù)據(jù)和電流處理數(shù)據(jù)進行標準條件下的校正,所述的基于監(jiān)控平臺實現(xiàn)光伏電站組串狀態(tài)監(jiān)測的方法具體有以下步驟:
(1)將所有變量初始化為零,所述的計數(shù)器開始計數(shù),其中基準光伏組件的不同的工作電壓電流保存在第一數(shù)組L1中,數(shù)組中每個元素為(i,v)結(jié)構(gòu),i代表電流單位為A,v代表電壓單位為V;修正到標準條件(輻照1000W/m2,溫度25℃)下的I-V曲線數(shù)據(jù)保存在第二數(shù)組L2中,元素結(jié)構(gòu)和單位與L1中的元素相同;環(huán)境溫度用T表示,單位為℃,輻照度用S表示,單位為W/m2,組件的老化程度用a表示,無量綱;兩點之間距離為d,無量綱;h為組件正常工作半徑,在此半徑以內(nèi)可認為組件工作正常,無量綱;Δv為當所述的光伏電站的組件工作在非正常狀態(tài)時,所述的光伏電站的工作電壓與基準光伏組件最大功率點電壓的差值,單位為V;c為計數(shù)器,無量綱;
步驟(2):讀取基準光伏組件的第一數(shù)組L1中數(shù)據(jù),并找到最大功率點A(iA,vA);
步驟(3):計算最大功率pA=iA×vA,計算并存儲所述的組件的老化率其中pe是所述的組件額定最大功率;
步驟(4):將L1修正到標準條件下得到L2,校正公式為:
其中,(i1,v1)為L1中的數(shù)據(jù),(i2,v2)為修正后L2中的數(shù)據(jù),β為電壓溫度系數(shù),α為電流溫度系數(shù);
步驟(5):讀取所述的光伏電站的組串工作電壓電流,并將電壓除以該光伏電站中的組串包含的組件的個數(shù),得到該組串中每個組件的平均工作點B(iB,vB),并以此數(shù)據(jù)評估組串工作狀態(tài),計算B(iB,vB)點到A(iA,vA)點距離
步驟(6):判斷距離d是否小于正常工作半徑h,是則進入步驟(7),否則進入步驟(10)作進一步判斷;
步驟(7):在L1上尋找與B點距離最近的點C,并將計數(shù)器計數(shù)清零,即c=0;
步驟(8):尋找與C點對應(yīng)的L2中的點D(iD,vD);
步驟(9):計算MPPT偏離損失,其中,pD=iD·vD,pE=iE·vE,E(iE,vE)為L2中最大功率點;
步驟(10):計算Δv=vB-vA,并判斷Δv是否大于5,是則進入步驟(11),否則進入步驟(12)做進一步判斷;
步驟(11):判定該組串工作在限電狀態(tài),同時將計數(shù)器清零;
步驟(12):判斷計數(shù)器計數(shù)是否小于20,是則進入步驟(13),否則進入步驟(14);
步驟(13):判定組串為陰影遮擋狀態(tài),同時計數(shù)器自增1,即c=c+1;
步驟(14):判定組件發(fā)生電氣故障,發(fā)出警報以提醒維護人員檢查或啟動智能匯流箱進行進一步檢測;
步驟(15):將以上判斷結(jié)果和相應(yīng)數(shù)值保存,用以監(jiān)控中心對所述的光伏電站狀態(tài)進行健康狀態(tài)評估。
采用該種基于監(jiān)控平臺實現(xiàn)光伏電站組串狀態(tài)識別的方法,由于其使用監(jiān)控平臺監(jiān)控所述基準光伏組件不同的工作電壓和電流,并由此在監(jiān)控平臺生成該基準光伏組件的第一數(shù)組L1,該第一數(shù)組L1的元素為該基準光伏組件不同的工作電壓和電流,并在標準條件下對該第一數(shù)組L1進行了校正,獲取該基準光伏組件在標準光照1000W/m2、25℃時的校正第二數(shù)組L2,該第二數(shù)組L2中的元素為所述的基準光伏組件校正到標準狀態(tài)后的不同的工作電壓和電流,而后通過所述的監(jiān)控平臺獲取該光伏電站的實際組串的電流、電壓,并將該組串的電壓除以該組串中包括的組件個數(shù),獲得每個組件的平均工作電流、電壓,利用校正前的第一數(shù)組L1和所述的校正后的第二數(shù)組L2,獲取當前組串的狀態(tài)信息,實現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)中缺失的組串狀態(tài)評估方法,幫助光伏電站及時發(fā)現(xiàn)狀態(tài)不佳的組串進行更換或維修,防止不必要的經(jīng)濟損失。
在此說明書中,本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是,很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此,說明書和附圖應(yīng)被認為是說明性的而非限制性的。