CN104217108A - 一种并网光伏逆变器转换效率综合评价方法 - Google Patents

Abstract

一种并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，包括如下步骤：(1)采集至少一年的现场辐照度数据；(2)采用均值插补的方法处理缺失数据及采集的错误数据；(3)根据全年辐照度分布情况选取典型负载点；(4)将辐照度在逆变器全功率范围内按照典型负载点划分功率区间；(5)计算各区间年累计辐射量；(6)在逆变器全功率范围内计算年总辐射量；(7)计算得到逆变器在各典型负载点处转换效率对应的加权系数，得到逆变器转换效率加权公式。采用该效率加权公式计算并网光伏逆变器的转换效率，综合评价并网光伏逆变器实际运行效率，反映逆变器的实际电能转换能力。本发明还可用于指导逆变器设计及电站的建设。

Description

一种并网光伏逆变器转换效率综合评价方法

技术领域

本发明涉及一种并网光伏逆变器转换效率评价方法。

背景技术

我国光伏电站的建设规模日益扩大，已公布的中国可再生能源发展“十二五”规划目标提出到2015年太阳能发电装机容量将达到35GW，其中光伏电站占10GW。

并网逆变器是光伏发电系统中关键部件之一，其性能优劣直接关系到光伏电站的发电质量和投资效益，随着光伏产业的规模化发展，世界各国对如何提高及评价逆变器的性能逐渐产生了极大兴趣，而转换效率是衡量并网光伏逆变器工作性能最重要的指标之一，直接影响着系统的电力输出。目前我国主要采用“最大效率”评价逆变器转换效率，但最大效率较高的逆变器可能在现场实际运行效率并不高，这主要与当地环境资源相关，逆变器并不能一直运行在最大效率点。如果没有合理正确的效率计算方法，将不可避免造成能量损失。因此，在光伏发电大量接入电力系统的条件下，考虑其特殊性，建立科学合理的转换效率评价方法对于逆变器设计及电站的建设与收益就显得至关重要。

专利CN 103605891 A《一种并网光伏逆变器户外运行综合效率的评价方法》通过综合光伏电站建设地辐照资源等情况，将光伏逆变器效率按照辐照度分区间，根据不同功率等级下的辐照资源确定光伏逆变器效率加权系数，进而得到光伏逆变器实际运行下的综合效率性能。实际上该方法是经过对比辐照区间1与辐照区间6的能量占比，来选择加权系数采用欧洲效率加权系数还是加州效率加权系数，该方法最终还是采用欧洲效率或加州效率加权系数，而二者的加权系数是根据当地日照资源情况制定的，不一定适合评价应用于我国光伏电站的逆变器。文章《光伏并网逆变器中国效率评价方式》中对固定的7个典型负载点处的转换效率进行加权来评价逆变器的效率，不能全面体现逆变器运行负载点实际分布情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，能够在对逆变器转换效率指标评价时综合考虑逆变器安装所在地环境参数对实际运行转换效率的影响。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，采用效率加权方法模拟并网光伏逆变器在自然条件下的运行时效，综合评价并网光伏逆变器实际运行效率。采用逆变器转换效率加权公式计算逆变器加权转换效率。所述的逆变器加权转换效率为并网光伏逆变器在各典型负载点处的转换效率与相应加权系数的乘积之和。

所述的逆变器转换效率加权公式为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{conv}\_\mathrm{weighted}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\·{\mathrm{\η}}_{\mathrm{conv},x\%}$

其中η_{conv_weighted}为逆变器加权转换效率，η_conv,x％为逆变器在各典型负载点处的转换效率。

本发明所述评价方法包括以下步骤：

(1)采集并网光伏逆变器所在地至少一年辐照度数据，采集的时间间隔不大于5min。因人为操作、数据传输或存储等原因，可能存在采集数据部分缺失或错误的现象，为了完整体现一年中太阳辐照情况，采用均值插补的方法对缺失数据与错误数据进行处理，由于辐照度数值及变化规律按月具有相似性，因此对辐照度按月取均值。

(2)在并网光伏逆变器全功率范围内选取典型负载点。首先根据太阳辐照度在一年中的分布情况选取本发明效率加权公式中的典型负载点。对于相应年累计辐射量比较大的负载点，可选择作为所述效率加权公式中的典型负载点；其次所述效率加权公式中的典型负载点还包括欧洲效率公式与加州效率公式中的负载点，即：5％，10％，20％，30％，50％，75％，100％。因此本发明效率加权公式中的典型负载点包括了按照年辐照度分布情况选取的负载点，以及欧洲效率公式、加州效率公式的负载点。所述的负载点是指光伏逆变器输入直流功率与额定直流功率的比值，例如5％负载点表示逆变器输入直流功率与额定直流功率的比值为5％。

(3)按照典型负载点划分功率区间，所划分的功率区间标记为H_i(i＝1…n)。划分功率区间的原则是尽量取选相邻典型负载点的中间值作为区间的切换点，同时要保证所划分区间平均辐照度与典型负载点处的辐照度相近。

(4)计算各功率区间年累计辐射量，包括以下步骤：

步骤1-4-1：统计计算各功率区间平均辐照度I_{mean_i}，i＝1…n；

步骤1-4-2：确定各功率区间辐照时长t_i，i＝1…n，有：

t_i＝m×t_s  (1)

其中，m为各功率区间内统计的辐照度个数，t_s为采样时间间隔，单位为h。

步骤1-4-3：计算各功率区间年累计辐射量I_{sum_i}，i＝1…n，有：

I_{sum_i}＝I_{mean_i}×t_i  (2)

(5)计算并网光伏逆变器全功率范围内年累计辐射量I_sum，有：

$I_{\mathrm{sum}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{sum}\_i}---\left(3\right)$

(6)计算得出各典型负载点处逆变器转换效率对应的加权系数w_i，有：

$w_i=\frac{I_{\mathrm{sum}\_i}}{I_{\mathrm{sum}}}---\left(4\right)$

从而得到逆变器转换效率加权公式为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{conv}\_\mathrm{weighted}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\·{\mathrm{\η}}_{\mathrm{conv},x\%}---\left(5\right)$

其中η_{conv_weighted}为逆变器转换加权效率，η_conv,x％为逆变器在各典型负载点处的转换效率。

采用此应用于光伏发电系统所在地区综合评价逆变器转换效率的逆变器转换效率加权公式计算得到逆变器转换效率的大小，以此评价逆变器运行效率的高低，从而反映逆变器的实际电能转换能力。

本发明具有如下有益效果：

1)相对于最大效率等评价方法，本发明综合考虑光伏发电系统所在地辐照资源情况，基于历史辐照度数据，采用加权的方法衡量逆变器不同负载点的转换效率对于系统整体发电量的影响。采用本方法评价逆变器可以反映逆变器实际运行效率，且依据本方法指导设计光伏电站中的逆变器，可以提高逆变器的实际转换效率，从而提高发电量。

2)本发明提出将采集辐照度数据缺失部分与错误部分采用均值插补的方法进行处理，可以完整体现当地一年的太阳辐照情况，使效率加权公式更准确。

3)本发明依据太阳辐照度一年的分布情况选取典型负载点，将相应全年累计辐射量占比例较大的负载点选为加权公式中的典型负载点，逆变器在该点的转换效率对整体转换效率有较大影响，因此将该点处的转换效率纳入效率加权公式中可以更准确的评价逆变器效率。

附图说明

图1并网光伏逆变器转换效率综合评价方法流程图；

图2某地2013年太阳辐照度数据统计分析柱状图；

图3某地2013年太阳辐照度全年分布情况柱状图；

图4加权系数柱状图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

(1)选择某光伏电站采集的2013年1月至12月辐照度数据进行统计分析，该电站安装了自动气象站，可以采集到水平面辐照度，采样周期5min。首先对原始采集数据进行汇总分析，如表1所示。

表1某电站2013年全年辐照度原始采集数据统计

(2)从表1可看出，由于原始采集数据部分错误与缺失，无法完整体现该地区全年日照情况，因此对原始数据进行补缺处理与错误数据处理，采用方法为均值插补方法。由于辐照度数值及变化规律按月具有相似性，因此对辐照度按月取均值。

数据处理过后辐照度统计结果如表2所示。

表2某电站2013年全年辐照度数据处理后统计结果

为了更清晰明了观察各参数在一年中的变化规律，将表2绘制成柱状图如图2所示：

由图1可看出，月平均辐照度最大值出现在6月份，为357.074W/m²；月水平面累计辐射量最大值出现在8月份，为258.137 kWh/m²，说明夏季日照情况最好，由表2知，该地区2013年全年累计辐射量达到2285.246 kWh/m²，说明该地区具有非常好的太阳能资源。

(3)为了更准确的选取公式中的典型负载点，首先对全年辐照度的分布情况进行统计分析。设置辐照度的有效发电范围为10W/m²～1000W/m²，对于大于1000W/m²的辐照度，按1000W/m²处理。以1000 W/m²为基准，在1％-100％辐照度范围内间隔为2％将整个区间划分为51个小区间，统计各区间辐照度的点数，将统计结果绘制柱状图如图3所示。

由图3可看出，除了欧洲效率与加州效率中的典型负载点，分布在65％附近辐照度的点比较多，也就是说在该点辐照时间较长，由于该点的辐照度较大，可得出在该点全年累计辐射量较大，因此将65％点选为逆变器效率加权公式中的典型负载点。对于加权公式中其它典型负载点，选取欧洲效率公式与加州效率公式中的典型负载点，因此该地区逆变器转换效率加权公式中的典型负载点为：5％，10％，20％，30％，50％，65％，75％，100％。

(4)按照各典型负载点，划分功率区间，并统计计算各区间平均辐照度，年累计辐照时长，从而算出区间对应的年累计辐射量及整个功率范围的年总辐射量，最终得到该区间所属典型负载点处转换效率对应的加权系数，统计计算结果如表3所示。

表3加权公式加权系数统计计算结果

在选取功率范围时，尽量选取两个相邻典型负载点中间值作为统计区间切换点，同时保证每个统计区间的平均辐照度接近该区间对应的典型负载点。例如针对65％点，选取上下切换点分别为60％与70％，以保证65％统计区间的平均辐照度接近于650W/m²。

将表3中各负载点转换效率对应的权重绘制柱状图如图4所示，根据图4所示加权系数，可看到100％负载点所占权重最大，说明该地区的日照资源非常好，逆变器可较长时间运行在满功率条件下，该地区的日照资源条件很适合建设光伏电站。提高运行在该地区的逆变器30％，50％，65％，75％，100％负载点的转换效率，对于提高光伏系统发电量具有重要意义。

根据上述统计计算结果，得到该地区逆变器转换效率加权公式如下所示：

η_{conv_weighted}＝0.01η_conv,5％+0.02η_conv,10％+0.04η_conv,20％+0.09η_conv,30％

+0.18η_conv,50％+0.14η_conv,65％+0.17η_conv,75％+0.35η_conv,100％。

Claims (8)

1.一种并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，其特征在于，所述的综合评价方法采用效率加权方法模拟并网光伏逆变器在自然条件下的运行时效，综合评价并网光伏逆变器实际运行效率；采用逆变器转换效率加权公式计算逆变器加权转换效率；所述的逆变器加权转换效率为并网光伏逆变器在各典型负载点处的转换效率与相应加权系数的乘积之和；

所述的逆变器转换效率加权公式为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{conv}\_\mathrm{weighted}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\·{\mathrm{\η}}_{\mathrm{conv},x\%}$

其中η_{conv_weighted}为逆变器加权转换效率，η_conv,x％为逆变器在各典型负载点处的转换效率。

2.按照权利要求1所述的并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，其特征在于，所述的评价方法包括如下步骤：

(1)采集光伏电站所在地至少一年的辐照度数据；

(2)在并网光伏逆变器全功率范围内选取典型负载点；

(3)在并网光伏逆变器全功率范围内按照典型负载点划分功率区间；

(4)计算各功率区间年累计辐射量；

(5)计算并网光伏逆变器全功率范围内年总辐射量；

(6)计算得出各典型负载点处逆变器转换效率对应的加权系数，得到应用于该地区综合评价逆变器转换效率的逆变器转换效率加权公式，根据此逆变器转换效率加权公式计算逆变器加权转换效率，评价并网光伏逆变器转换效率。

3.根据权利要求1所述的并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，采集光伏电站所在地至少一年辐照度数据的采集时间间隔不大于5min；若数据存在缺失或错误，采用均值插补的方法对缺失数据与错误数据进行处理。

4.根据权利要求1所述的并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，选取相应年累计辐射量比较大的负载点作为逆变器转换效率加权公式中的典型负载点；逆变器转换效率加权公式中的典型负载点包括按照年辐照度分布情况选取的负载点，以及欧洲效率公式、加州效率公式的负载点。

5.根据权利要求1所述的并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，按照典型负载点划分功率区间，所划分的功率区间标记为H_i，i＝1…n；划分功率区间的原则是选取相邻典型负载点的中间值作为区间的切换点，同时要保证所划分区间平均辐照度与典型负载点处相近。

6.根据权利要求1所述的并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，其特征在于，所述的步骤(4)计算各功率区间年累计辐射量的方法包括以下步骤：

步骤1-4-1：计算各功率区间平均辐照度I_{mean_i}，i＝1…n；

步骤1-4-2：确定各功率区间辐照时长t_i，i＝1…n，有：

t_i＝m×t_s  (1)

其中，m为各功率区间内的辐照度个数，t_s为采样时间间隔，单位为h；

步骤1-4-3：计算各功率区间年累计辐射量I_{sum_i}，i＝1…n，有：

I_{sum_i}＝I_{mean_i}×t_i  (2)。

7.根据权利要求1所述的并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，计算并网光伏逆变器全功率范围内年累计辐射量I_sum为：

$I_{\mathrm{sum}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{sum}\_i}---\left(3\right).$

8.根据权利要求1所述的并网光伏逆变器转换效率综合评价方法，其特征在于，所述的步骤(6)中，各典型负载点逆变器转换效率对应的加权系数w_i，i＝1…n，为：

$w_i=\frac{I_{\mathrm{sum}\_i}}{I_{\mathrm{sum}}}---\left(4\right)$

从而得到逆变器转换效率加权公式为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{conv}\_\mathrm{weighted}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\·{\mathrm{\η}}_{\mathrm{conv},x\%}---\left(5\right)$

其中η_{conv_weighted}为逆变器加权转换效率，η_conv,x％为逆变器在各典型负载点处的转换效率。