CN102244393A - 用于光伏电站功率曲线测量和健康状况监测的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
光伏(PV)电站(10)功率曲线测量系统基于在一个或多个期望PV电站(10)位点的测量或计算的辐照响应于算法软件确定规格化的辐照数据。该测量系统还测量PV电站(10)电功率并且产生作为该规格化的辐照数据和该测量的PV电站(10)电功率的函数的对应光伏电站(10)电功率的估计的功率曲线图,使得对应的功率曲线数据可以与基于该光伏电站(10)的规格化辐照数据的历史、理论或模拟的功率曲线数据比较以检测该光伏电站(10)在期望的时帧中的退化。
Description
技术领域
本发明大体上涉及光伏电站的健康状况和性能监测,并且更特别地涉及用于基于光伏电站的计算的功率曲线监测光伏电站的健康状况的系统和方法。
背景技术
目前没有已知的方案用于将光伏电站作为完整系统监测。当前的工业技术使用月度或年度产能跟踪。所得的数字在行业范围基础上比较以提供系统性能的更好理解。该技术不利地导致与反馈信息的接收关联的长时间间隔,其由于预警信号的不可用性而使预定维修不能实行或不可能实现。光伏电站系统的性能,特别地年度发电量当前仅基于模拟结果评估。该长时间间隔发电跟踪用于避开由像例如辐照和温度的变化环境条件引入的不确定性。
基于年度发电量的现代行业范围的统计数据用于确定相对性能指标。特别难以确定结论性结果,因为基于例如使用的光伏电站的类型、电站布局和地理位点等因素,条件在很大程度上变化。比较新数据与历史数据也是困难的,因为天气条件年年不断变化。基于年度发电量的分析技术因此不能提供非常多关于总体光伏电站健康状况的细节。
鉴于前述,提供用于提供总体光伏电站性能的可靠和准确实时测量的系统和方法将是有利的。
发明内容
简洁地,根据一个实施例,光伏电站功率曲线测量系统包括:
一个或多个太阳能电池板;
电力网;
配置成从该一个或多个太阳能电池板接收DC电力并且输送AC电力到该电力网的一个或多个电力转换器;以及
监测系统,其配置成基于在一个或多个期望PV电站位点的测量或计算的辐照响应于算法软件确定规格化的辐照数据,并且进一步配置成测量PV电站电功率并且产生作为该规格化的辐照数据和该测量的PV电站电功率的函数的PV电站的估计的功率曲线图,使得对应的功率曲线数据能够与基于PV电站的规格化辐照数据的历史功率曲线数据、理论功率曲线数据和模拟的功率曲线数据中的至少一个比较以检测PV电站在期望的时帧中的退化。
根据另一个实施例,光伏电站信号曲线测量系统包括:
一个或多个太阳能电池板;
电力网;
配置成从该一个或多个太阳能电池板接收DC电力并且输送AC电力到该电力网的一个或多个电力转换器;以及
监测系统,其配置成基于在一个或多个期望PV电站位点的测量或计算的辐照响应于算法软件确定规格化的辐照数据,并且进一步配置成测量期望PV电站电信号并且产生作为该规格化的辐照数据和该测量的PV电站电信号的函数的PV电站的估计的信号曲线图,使得对应的PV电站电信号数据能够与基于PV电站的规格化辐照数据的历史、理论或模拟的PV电站电信号数据中的至少一个比较以检测PV电站的至少一部分在期望的时帧中的退化。
根据再另一个实施例,光伏电站功率曲线测量系统包括监测系统,其配置成基于在一个或多个期望PV电站位点的测量或计算的辐照响应于算法软件确定规格化的辐照数据,并且进一步配置成测量PV电站电功率并且产生作为该规格化的辐照数据和该测量的PV电站电功率的函数的PV电站的估计的功率曲线图,使得对应的功率曲线数据能够与基于PV电站的规格化辐照数据的历史、理论或模拟的功率曲线数据中的至少一个比较以检测PV电站在期望的时帧中的退化。
根据仍然另一个实施例,光伏(PV)电站信号曲线测量系统包括监测系统,其配置成基于在一个或多个期望PV电站位点的测量或计算的辐照响应于算法软件确定规格化的辐照数据,并且进一步配置成测量期望PV电站电信号并且产生作为该规格化的辐照数据和该测量的PV电站电信号的函数的PV电站的估计的信号曲线图,使得对应的PV电站电信号数据能够与基于PV电站的规格化辐照数据的历史、理论或模拟的PV电站电信号数据中的至少一个比较以检测PV电站的至少一部分在期望的时帧中的退化。
附图说明
当下列详细说明参照附图(其中相似的符号在整个附图中代表相似的部件)阅读时,本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解,其中:
图1图示根据一个实施例的光伏电站功率曲线测量和健康状况监测系统;以及
图2图示根据一个实施例的监测在图1中示出的光伏电站的健康状况的方法。
尽管上文识别的图形阐述备选实施例,也设想本发明的其他实施例(如在论述中指出的)。在所有情况下,该公开通过非限制地代表呈现本发明的图示的实施例。许多其他修改和实施例可以由本领域内技术人员想出,它们落入本发明的原理的范围和精神内。
具体实施方式
图1图示根据一个实施例配置有功率曲线测量和健康状况监测系统20的光伏电站10。光伏电站10包括电力转换器29和电力变压器40,其一起配置成供应能量给AC电力网26。电力转换器29配置成从一个或多个太阳能电池板21接收电能并且输送转换的电能到电力网26。
根据特定实施例的光伏电站10的功率曲线测量和健康状况监测可基于在滤波器12和PV太阳能电池板21之间、滤波器12和转换器29之间、转换器29和电力网26之间的电压和/或电流测量或其的组合。当实现独立系统时,滤波器12和PV电池板21之间的测量是特别有用的。当实现逆变器集成技术方案时,滤波器29和转换器29之间的测量与转换器29和电力网26之间的测量是特别有用的。电测量可以例如基于转换器29的DC输入、转换器29的AC输出或其的组合。
独立实施例对于与大致上所有类型和制造者的PV逆变器一起使用是特别有用的。独立实施例还可暂时安装成将功率曲线测量作为服务来提供。根据另一个实施例,功率曲线监测器(测量系统)20与PV逆变器集成。该集成技术方案是特别有用的,因为所有电数据是已经可用的,并且仅环境测量传感器(例如,辐照、温度等)须要连接进入该测量系统。
根据一个实施例,光伏功率曲线测量系统20由可集成在其中的算法软件控制以基于在一个或多个位点测量的太阳能电池板21温度、测量的太阳能电池板21辐照、白昼时间和电站10地理位点确定规格化的辐照数据。在一个实施例中,辐照处于一个或多个太阳能电池板21的平面中。功率曲线测量系统监测器20然后产生作为该规格化辐照数据的函数的对应光伏电站10电输出功率的估计的功率曲线图。技术效果是该对应的功率曲线数据然后可以与该光伏电站10的历史、理论或模拟的规格化辐照数据中的一个或多个比较以检测该光伏电站10在期望的时帧(时间段)中的退化。
根据一个实施例,光伏功率曲线测量系统进一步包括太阳能电池板温度和辐照传感器16以提供太阳能电池板温度和辐照信息。测量的数据经由专用信号总线22或例如无线通信等其他适合的方式在传感器16和电站监测器20之间传送。电站10地理位点是已知的或可以例如使用一个或多个GPS传感器(没有示出)确定。白昼时间可以例如经由作为电站监测器20的一部分包括的实时时钟确定。
全球位置、时间等数据可以用于计算或确定辐照和从全球辐照入射角。根据一个实施例,可以采用能够直接提供前述信息的一个或多个传感器以提供一个可行的技术方案。根据本发明的一个方面,传感器可以位于一个或多个PV电池板21的平面中。
电站监测器20可无限制地包括例如CPU或DSP等数据处理单元,以及其他,其与任何数量的适合存储单元结合,该存储单元非限制地包括RAM、ROM、EEPROM等。算法硬件/软件可进一步包括ASIC、ADC、DAC、线路驱动器、逻辑装置、缓冲器和适合实现本文描述的方法的任何其他适合的硬件/固件装置。
当光伏功率曲线测量系统参考图1和2如本文描述的配置时,电站监测器20将起作用以提供总体光伏电站健康状况监测方案,其有利地能够在从几天到数星期的短时帧内快速检测电站退化。然后采取行动以清洁太阳能电池板、修理连接、调谐最大功率点(MPP)跟踪等等,以最大化光伏电站10输出功率。根据一个方面,光伏功率曲线测量系统与现有光伏电站集成。根据另一个方面,光伏功率曲线测量系统实现为独立系统。根据另一个方面,光伏功率曲线测量系统是逆变器集成式的。
根据一个实施例,光伏(PV)功率曲线测量系统采用统计方式以基于测量和历史的辐照和温度数据提供估计的电站输出功率,并且包括从PV电池板、DC收集器、MPP跟踪等的所有电力转换步骤。相关领域内技术人员将容易意识到可以采用大致上任何类型的算法(例如,神经、遗传、模糊等)维护对应的数据库并且区别缓慢变化(例如,老化)和快速变化(例如,缺陷、污垢等)。
总的来说,用于监测和分析与PV电站设置关联的完整的发电和处理链的系统和方法采用测量和统计处理技术以测量和监测PV电站功率曲线。PV电站的运行条件(例如,太阳能电池板温度、辐照、白昼时间和地理位点)用于计算规格化辐照数据。采用该方式,与PV电站关联的整个发电过程可以通过将PV电站电输出功率绘制到规格化辐照数据来分析。算法软件分析规格化的PV电站输入和电输出功率以实现将电输出作为规格化输入的函数提供的功率曲线。该功率曲线可与存储的历史、理论和/或模拟的数据比较以检测PV电站10的退化。如果检测到退化,可发出预警,并且可以安排维护或更详细的分析。根据一个方面,计算的功率曲线可与其他PV电站设置比较以证明相对性能指标。非限制地包括例如在逆变器输入的DC电流和电压或单硬件串的或在汇流箱(combiner box)输出的DC电流的另外测量和/或估计数据可以用于提供PV电站10的更详细分析。
图2图示根据一个实施例的监测在图1中示出的光伏电站10的健康状况的方法100。该方法100通过询问太阳能电池板温度和辐照传感器16开始以捕捉太阳能电池板21温度和辐照水平,如在框102中表示的。如在框104中表示的,还记录PV电站地理位置和传感器测量的日期。在框104中表示的地理位置和日期测量是可选的,这取决于采用的辐照传感器的类型。如在框106中表示的,接着使用测量的太阳能电池板温度和辐照水平数据、地理位点和日期产生规格化辐照数据。如在框108中表示的,测量光伏电站输出功率并且将其与该规格化辐照数据相关(绘制)以产生估计的PV电站功率曲线。如果前述过程之前已经执行至少一次,那么计算的电站功率曲线可以与存储的基于规格化辐照的历史功率曲线数据实时比较(如在框110中表示的)。根据其他实施例,计算的电站功率曲线可以与存储的理论功率曲线数据或存储的模拟功率曲线数据比较。如在框112中表示的,目前计算的功率曲线和存储的功率曲线之间的区别然后可以用于确定是否应该采用电站维护程序或其他期望的程序。
尽管本文仅图示和描述本发明的某些特征,本领域内技术人员将想到许多修改和改变。因此,要理解附上的权利要求意在覆盖所有这样的修改和改变,它们作为落入本发明的真正精神内。
部件列表
Claims (10)
1.一种光伏(PV)电站(10)功率曲线测量系统,其包括:
一个或多个太阳能电池板(21);
电力网(26);
配置成从所述一个或多个太阳能电池板(21)接收DC电力并且输送AC电力到所述电力网(26)的一个或多个电力转换器(29);以及
监测系统(20),其配置成基于在一个或多个期望PV电站(10)位点的测量或计算的辐照响应于算法软件来确定规格化的辐照数据,并且进一步配置成测量PV电站(10)电功率并且产生作为所述规格化的辐照数据和所述测量的PV电站(10)电功率的函数的所述PV电站(10)的估计的功率曲线图,使得对应的功率曲线数据能够与基于所述PV电站(10)的规格化辐照数据的历史、理论或模拟的功率曲线数据进行比较以检测所述PV电站(10)在期望时帧中的退化。
2.如权利要求1所述的PV电站(10)功率曲线测量系统,其中所述监测系统(20)包括从全球辐照类型传感器、太阳能电池类型辐照传感器和包括PV阵列技术的辐照传感器选择的一个或多个辐照传感器(16),其中所述测量或计算的辐照基于凭借所述一个或多个辐照传感器(16)产生的电信号。
3.如权利要求1所述的PV电站(10)功率曲线测量系统,其中所述监测系统(20)进一步配置成当对应功率曲线数据和历史、理论或模拟的功率曲线数据之间的差别超过预定大小时,提供用于执行期望的PV电站维护操作的指示。
4.如权利要求1所述的PV电站(10)功率曲线测量系统,其中所述监测系统(20)进一步配置成比较对应的功率曲线数据与关联于不同PV电站的功率曲线数据以由此产生相对性能指标。
5.如权利要求1所述的PV电站(10)功率曲线测量系统,其中所述监测系统(20)进一步配置成测量期望PV电站(10)电信号并且产生作为所述规格化的辐照数据和所述测量的PV电站(10)电信号的函数的所述PV电站(10)的估计的信号曲线图,使得对应的PV电站(10)电信号数据能够与基于所述PV电站(10)的规格化辐照数据的历史、理论或模拟的PV电站(10)电信号数据进行比较以检测所述PV电站(10)的至少一部分在期望时帧中的退化。
6.如权利要求5所述的PV电站(10)功率曲线测量系统,其中所述期望PV电站(10)电信号从逆变器(29)输入电流、逆变器(29)输出电流、逆变器(29)输入电压、逆变器(29)输出电压、逆变器(29)输入滤波器(12)输入电流、逆变器(29)输入滤波器(12)输入电压、单个串的DC电流和在汇流箱的DC电流中选择。
7.如权利要求1所述的PV电站(10)功率曲线测量系统,其中所述PV电站(10)分成多个子系统,每个子系统具有它自己的功率曲线测量系统,使得对应的子系统功率曲线能够在个体子系统之间比较。
8.如权利要求1所述的PV电站(10)功率曲线测量系统,其中所述算法软件从神经网络算法、遗传算法、模糊算法和预测控制算法选择。
9.如权利要求1所述的PV电站(10)功率曲线测量系统,其中所述算法软件配置成维护并且更新包括所述规格化辐照数据和所述PV电站(10)电功率的数据库,并且进一步配置成区别涉及老化的数据库变化和涉及系统运行缺陷的数据库变化。
10.如权利要求1所述的PV电站(10)功率曲线测量系统,其中所述规格化辐照数据包括温度数据。
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