CN105720914B - 光伏发电系统工作状态的检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光伏发电系统工作状态的检测方法及装置，涉及光伏发电技术领域，所述方法包括：确定一光伏发电系统的发电性能指标、光伏发电系统的发电效率值、光伏发电系统中的光伏发电设备实际可利用率；根据所述光伏发电设备实际可利用率、光伏发电系统的发电性能指标和所述光伏发电系统的发电效率值确定光伏发电系统的工作状态，并根据所述光伏发电系统的工作状态确定所述光伏发电系统是否满足一检修维护条件。本发明能够解决现有技术中缺少对光伏发电系统工作健康状态的检测的方式，对光伏发电系统中的发电设备的维护检修会耗费大量人力和时间，对发电设备的故障难以预先判断，因此难以避免发电设备发生停机故障的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏发电系统工作状态的检测方法及装置。
背景技术
目前，随着全球气候问题日益严重、能源供需矛盾不断加剧，世界各国从可持续发展和保障能源供给安全的角度，调整能源政策，将新能源发展纳入国家发展战略。太阳能因资源丰富、永不枯竭、清洁安全成为可再生能源发电方式。当前，大规模和分布式并网光伏电站已被广泛应用。
然而，在并网光伏电站运行后，电缆(输电线路)、升压变压器等影响电站运行的站内输变电系统基本平稳后，光伏发电系统的可靠性和发电性能问题逐渐显露。国际能源署(IEA)在1993年启动了并网光伏电站性能和可靠性分析的研究项目(Photovoltaic PowerSystem Program Task-2),旨在根据全球范围内光伏电站运行信息数据库，研究光伏电站性能和发电设备可靠性发展趋势及其影响因素、成本收益周期，并形成了IEC 61724国际标准。然而IEC61724国际标准侧重于电站性能的指标及其数据源定义，但并未考虑到光伏发电系统的可靠性，因此，当前缺少对光伏发电系统工作健康状态的检测的方式，致使对光伏发电系统中的发电设备的维护检修会耗费大量人力和时间，对发电设备的故障难以预先判断，因此难以避免发电设备发生停机故障。
发明内容
本发明实施例提供一种光伏发电系统工作状态的检测方法及装置，以解决现有技术中缺少对光伏发电系统工作健康状态的检测的方式，对光伏发电系统中的发电设备的维护检修会耗费大量人力和时间，对发电设备的故障难以预先判断，因此难以避免发电设备发生停机故障的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光伏发电系统工作状态的检测方法，包括：
获取光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值；
根据光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值所述确定一光伏发电系统的发电性能指标；
获取光伏发电系统在一预设时间内的发电量、光伏发电系统光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及光伏发电系统光伏组件在所述预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量；
根据所述预设时间内的发电量、光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及倾斜面平均有效辐射量，确定光伏发电系统的发电效率值；
获取光伏发电系统在所述预设时间内的非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间；
根据所述预设时间、非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间确定一光伏发电设备实际可利用率；
根据所述光伏发电设备实际可利用率、光伏发电系统的发电性能指标和所述光伏发电系统的发电效率值确定光伏发电系统的工作状态；
根据所述光伏发电系统的工作状态确定所述光伏发电系统是否满足一检修维护条件。
具体的，所述根据所述光伏发电设备实际可利用率、光伏发电系统的发电性能指标和所述光伏发电系统的发电效率值确定光伏发电系统的工作状态，包括：
将所述光伏发电系统的发电性能指标与一预先设置的发电性能阈值数据进行比较，确定所述光伏发电系统的发电性能指标是否小于一预先设置的第一阈值；
将所述光伏发电系统的发电效率值与一预先设置的发电效率阈值数据进行比较，确定所述光伏发电系统的发电效率值是否小于一预先设置的第二阈值；
将光伏发电系统中的所述光伏发电设备实际可利用率与一预先设置的可利用率阈值数据进行比较，确定所述光伏发电设备实际可利用率是否小于一预先设置的第三阈值；
若所述光伏发电系统的发电性能指标小于所述第一阈值，所述光伏发电系统的发电效率值小于所述第二阈值，或者所述光伏发电设备实际可利用率小于所述第三阈值，确定所述光伏发电系统的工作状态为满足检修维护条件状态。
具体的，所述根据所述预设时间、非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间确定一光伏发电设备实际可利用率，包括：
通过如下公式确定所述光伏发电设备实际可利用率：
其中，PVa为所述光伏发电设备实际可利用率；T为所述预设时间；TL为所述光伏发电设备故障停机时间；TN为所述非光伏发电设备故障停机时间；Trepair,i为所述光伏发电设备故障修复时间。
具体的，所述根据光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值所述确定一光伏发电系统的发电性能指标，包括：
通过如下公式确定所述光伏发电系统的发电性能指标：
其中，Gg为所述光伏发电系统的发电性能指标；PGa,i为所述光伏发电系统实际输出的有功功率值；PGp,i为所述光伏发电系统理论功率值；N为有效数据点个数。
此外，所述获取光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值，包括：
获取所述光伏发电系统理论功率值PGP：
PGP＝U'm×I'm×K
其中，U'm为实测最大功率点跟踪电压；I'm为实测最大功率点跟踪电流，K为光伏发电系统内的光伏组件的数量。
另外，光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取所述实测最大功率点跟踪电压U'm：
U'm＝Um×(1-c×ΔT)×ln(e+b×ΔS)
其中，Um为标准测试条件下的最大功率点跟踪电压；c为光伏组件开路电压温度系数；ΔT为当前环境与标准测试条件下光伏组件温度的差；e为自然对数；b为光伏组件峰值功率温度系数；ΔS当前环境为与标准测试条件下辐照度的差。
此外，该光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取所述实测最大功率点跟踪电流I'm：
其中，Im为标准测试条件下的最大功率点跟踪电流；S为倾斜面上太阳总辐照度；SREF为标准测试条件下的辐照度；a为光伏组件短路电流温度系数。
另外，该光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取所述当前环境为与标准测试条件下辐照度的差ΔS：
进一步的，该光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取所述当前环境与标准测试条件下光伏组件温度的差ΔT：
ΔT＝T-TREF
其中，T为光伏组件表面温度；TREF为标准测试条件下的温度。
进一步的，该光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取所述倾斜面上太阳总辐照度S：
其中，HB为水平面上太阳直接辐照度；RB为倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射分量的比值；Hd为水平面上散射辐照度；β为光伏阵列倾角；ρ为地面反射率；H为水平面上总辐照度。
此外，该光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取所述倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射分量的比值RB：
其中，φ为当地纬度；δ为太阳赤纬；ωST为倾斜面上日落时角；ωs为水平面上日落时角。
另外，该光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取水平面上散射辐照度Hd：
Hd＝H-HB。
另外，该光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取所述水平面上太阳直接辐照度HB：
HB＝E×sinα＝E×cosz
其中，E为法向太阳直接辐照度；α为太阳高度角；z为天顶距，z＝90-α。
此外，该光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取所述倾斜面上日落时角ωST：
ωST＝min{ωs,cos-1[tan(φ-β)×tanδ]}。
此外，该光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取所述水平面上日落时角ωs：
ωs＝cos-1(-tanφ×tanδ)。
此外，该光伏发电系统工作状态的检测方法，还包括：
获取所述太阳赤纬δ：
其中，n1为一年中的日期序号。
此外，所述根据所述预设时间内的发电量、光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及倾斜面平均有效辐射量，确定光伏发电系统的发电效率值，包括：
通过如下公式确定所述光伏发电系统的发电效率值PR：
其中，E1为所述光伏发电系统在一预设时间内的发电量；Pa为所述光伏发电系统光伏组件标称功率和；G为所述标准测试条件的辐照强度；H1为所述光伏发电系统光伏组件在所述预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量。
一种光伏发电系统工作状态的检测装置，包括：
第一获取单元，用于获取光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值；
发电性能指标确定单元，用于根据光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值所述确定一光伏发电系统的发电性能指标；
第二获取单元，用于获取光伏发电系统在一预设时间内的发电量、光伏发电系统光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及光伏发电系统光伏组件在所述预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量；
发电效率值确定单元，用于根据所述预设时间内的发电量、光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及倾斜面平均有效辐射量，确定光伏发电系统的发电效率值；
第三获取单元，用于获取光伏发电系统在所述预设时间内的非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间；
实际可利用率确定单元，用于根据所述预设时间、非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间确定一光伏发电设备实际可利用率；
工作状态确定单元，用于根据所述光伏发电设备实际可利用率、光伏发电系统的发电性能指标和所述光伏发电系统的发电效率值确定光伏发电系统的工作状态，并根据所述光伏发电系统的工作状态确定所述光伏发电系统是否满足一检修维护条件。
具体的，所述工作状态确定单元，包括：
第一比较模块，用于将所述光伏发电系统的发电性能指标与一预先设置的发电性能阈值数据进行比较，确定所述光伏发电系统的发电性能指标是否小于一预先设置的第一阈值；
第二比较模块，用于将所述光伏发电系统的发电效率值与一预先设置的发电效率阈值数据进行比较，确定所述光伏发电系统的发电效率值是否小于一预先设置的第二阈值；
第三比较模块，用于将光伏发电系统中的所述光伏发电设备实际可利用率与一预先设置的可利用率阈值数据进行比较，确定所述光伏发电设备实际可利用率是否小于一预先设置的第三阈值；
工作状态确定状态模块，用于在所述光伏发电系统的发电性能指标小于所述第一阈值，所述光伏发电系统的发电效率值小于所述第二阈值，或者所述光伏发电设备实际可利用率小于所述第三阈值时，确定所述光伏发电系统的工作状态为满足检修维护条件状态。
本发明实施例提供的光伏发电系统工作状态的检测方法及装置，能够确定光伏发电系统的发电性能指标、光伏发电系统的发电效率值和光伏发电设备实际可利用率，从而根据光伏发电系统的发电性能指标、光伏发电系统的发电效率值、以及光伏发电设备实际可利用率确定光伏发电系统的工作状态，并根据光伏发电系统的工作状态确定该光伏发电系统是否满足一检修维护条件。这样，本发明能够及时获取光伏发电系统的工作健康状态，无需耗费大量人力时间来进行发电设备的全部维护排查，进而能预先判断光伏发电系统是否将出现故障，从而能够提示用户对工作健康状态较差的光伏发电系统进行检查维护，避免了光伏发电系统中的发电设备的停机故障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的光伏发电系统工作状态的检测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的光伏发电系统发电性能的检测方法的流程图；
图3为本发明实施例中的全年典型光伏发电系统运行期间月平均温度和有效辐射量示意图；
图4为本发明实施例中的全年典型光伏发电系统PR指标月平均值示意图；
图5为本发明实施例中的10月份光伏发电系统日辐射量示意图；
图6为本发明实施例提供的光伏发电系统工作状态的检测装置的结构示意图一；
图7为本发明实施例提供的光伏发电系统工作状态的检测装置的结构示意图二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种光伏发电系统工作状态的检测方法，包括：
步骤101、获取光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值。
步骤102、根据光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值确定一光伏发电系统的发电性能指标。
步骤103、获取光伏发电系统在一预设时间内的发电量、光伏发电系统光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及光伏发电系统光伏组件在预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量。
步骤104、根据预设时间内的发电量、光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及倾斜面平均有效辐射量，确定光伏发电系统的发电效率值。
步骤105、获取光伏发电系统在预设时间内的非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间。
步骤106、根据预设时间、非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间确定一光伏发电设备实际可利用率。
步骤107、根据光伏发电设备实际可利用率、光伏发电系统的发电性能指标和光伏发电系统的发电效率值确定光伏发电系统的工作状态。
步骤108、根据光伏发电系统的工作状态确定光伏发电系统是否满足一检修维护条件。
本发明实施例提供的光伏发电系统工作状态的检测方法，能够确定光伏发电系统的发电性能指标、光伏发电系统的发电效率值和光伏发电设备实际可利用率，从而根据光伏发电系统的发电性能指标、光伏发电系统的发电效率值、以及光伏发电设备实际可利用率确定光伏发电系统的工作状态，并根据光伏发电系统的工作状态确定该光伏发电系统是否满足一检修维护条件。这样，本发明能够及时获取光伏发电系统的工作健康状态，无需耗费大量人力时间来进行发电设备的全部维护排查，进而能预先判断光伏发电系统是否将出现故障，从而能够提示用户对工作健康状态较差的光伏发电系统进行检查维护，避免了光伏发电系统中的发电设备的停机故障。
为了便于本领域技术人员对本发明的了解，下面列举一个更为具体的实施例，如图2所示，本发明实施例提供的光伏发电系统发电性能的检测方法，包括：
步骤201、获取光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值。
步骤202、根据光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值确定一光伏发电系统的发电性能指标。
其中，可以通过如下公式确定该光伏发电系统的发电性能指标：
其中，Gg为光伏发电系统的发电性能指标；PGa,i为光伏发电系统实际输出的有功功率值；PGp,i为光伏发电系统理论功率值；N为有效数据点个数；表示在预先设定的统计时间长度内，取自光伏监控系统中的所有10分钟平均有功功率有效记录值之和；表示在预先设定的统计时间长度内，从光伏监控系统中获取与PGa，i对应数据点的辐照度10分钟平均值，参照光伏发电系统的发电设备厂家提供的理论功率曲线，插值计算得到的理论功率之和。
该PGa，i可以通过光伏监控系统的10分钟平均有功功率记录获得。
另外，该PGp,i可以通过如下方式获取：
具体的一个光伏发电系统理论功率值以PGP表示：
PGP＝U′m×I′m×K
其中，U'm为实测最大功率点跟踪电压；I'm为实测最大功率点跟踪电流，K为光伏发电系统内的光伏组件的数量，可以由光伏发电系统设计图纸数据获取得到。
此外，还需要获取实测最大功率点跟踪电压U′m：
U'm＝Um×(1-c×ΔT)×ln(e+b×ΔS)
其中，Um为标准测试条件下的最大功率点跟踪电压；c为光伏组件开路电压温度系数；ΔT为当前环境与标准测试条件下光伏组件温度的差；e为自然对数；b为光伏组件峰值功率温度系数；ΔS当前环境为与标准测试条件下辐照度的差。其中，标准测试条件下的最大功率点跟踪电压、光伏组件开路电压温度系数和光伏组件峰值功率温度系数可以通过光伏组件的出厂数据中获取。
另外，还需要获取实测最大功率点跟踪电流I′m：
其中，Im为标准测试条件下的最大功率点跟踪电流，可以通过光伏组件的出厂数据中获取；S为倾斜面上太阳总辐照度；SREF为标准测试条件下的辐照度，一般为1000瓦每平方米；a为光伏组件短路电流温度系数，可以通过光伏组件的出厂数据中获取。
另外，还需要获取当前环境为与标准测试条件下辐照度的差ΔS：
此外，还需要获取当前环境与标准测试条件下光伏组件温度的差ΔT：
ΔT＝T-TREF
其中，T为光伏组件表面温度；TREF为标准测试条件下的温度，一般为25摄氏度。
此外，还获取倾斜面上太阳总辐照度S：
其中，HB为水平面上太阳直接辐照度；RB为倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射分量的比值；Hd为水平面上散射辐照度；β为光伏阵列倾角；ρ为地面反射率；H为水平面上总辐照度，可以通过辐照度计获取。
上述的地面反射率ρ可以是不同类型地面的反射率，例如下表1所示：
具体的，还获取倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射分量的比值RB：
其中，φ为当地纬度；δ为太阳赤纬；ωST为倾斜面上日落时角；ωs为水平面上日落时角。
此处，还需要获取水平面上散射辐照度Hd：
Hd≈H-HB
为了表示该水平面上散射辐照度Hd更准确，可以通过如下公式获取Hd：
Hd＝H-HB。
此处，还需要获取水平面上太阳直接辐照度HB：
HB＝E×sinα＝E×cosz
其中，E为法向太阳直接辐照度；α为太阳高度角；z为天顶距，z＝90-α。
此处，还需要获取倾斜面上日落时角ωST：
ωST＝min{ωs,cos-1[tan(φ-β)×tanδ]}。
此处，还需要获取水平面上日落时角ωs：
ωs＝cos-1(-tanφ×tanδ)。
此处，还需要获取太阳赤纬δ：
其中，n1为一年中的日期序号，例如1月1日为n1＝1，1月2日为n1＝2，n1的取值范围：1至365。
步骤203、获取光伏发电系统在一预设时间内的发电量、光伏发电系统光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及光伏发电系统光伏组件在预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量。
步骤204、根据预设时间内的发电量、光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及倾斜面平均有效辐射量，确定光伏发电系统的发电效率值。
具体可以通过如下公式确定光伏发电系统的发电效率值PR：
其中，E1为光伏发电系统在一预设时间内的发电量；Pa为光伏发电系统光伏组件标称功率和；G为标准测试条件的辐照强度；H1为光伏发电系统光伏组件在预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量。
其中，光伏发电系统光伏组件在预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量H1可以通过如下公式获取得到：
Gtilt,i为光伏监控系统记录的气象站测得的组件倾斜面瞬时辐照强度，该Gtilt,i应不小于光伏发电系统逆变器启动规定的辐照强度值；
ΔTi为光伏监控系统辐照强度采样时间间隔。
步骤205、获取光伏发电系统在预设时间内的非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间。
步骤206、根据预设时间、非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间确定一光伏发电设备实际可利用率。
具体的，可以通过如下公式确定光伏发电设备实际可利用率：
其中，PVa为光伏发电设备实际可利用率；T为预设时间；TL为光伏发电设备故障停机时间；TN为非光伏发电设备故障停机时间；Trepair,i为光伏发电设备故障修复时间。
步骤207、根据光伏发电设备实际可利用率、光伏发电系统的发电性能指标和光伏发电系统的发电效率值确定光伏发电系统的工作状态。
具体的，在光伏发电系统中，可以预先设置发电性能阈值、发电效率值阈值和可利用率阈值，例如发电性能阈值如下表2所示：
| 优 | 80％<Gg<100％ |
| 良 | 70％≤Gg≤80％ |
| 差 | Gg<70％ |
当80％<Gg<100％时，发电性能为优；当70％≤Gg≤80％时，发电性能为良；当Gg<70％时，发电性能差。
又例如发电效率值阈值如下表3所示：
| 优 | 0.8<PR<1 |
| 良 | 0.7≤PR≤0.8 |
| 差 | PR<0.7 |
当0.8<PR<1时，发电效率为优；当0.7≤PR≤0.8时，发电效率为良；当PR<0.7时，发电效率为差。
例如可利用率阈值如下表4所示：
| 正常 | 99％<PVa<100％ |
| 亚健康 | 95％≤PVa≤99％ |
| 不健康 | PVa<95％ |
当99％<PVa<100％时，光伏发电系统为正常状态；当95％≤PVa≤99％时，光伏发电系统为亚健康状态；当PVa<95％时，光伏发电系统为不健康状态。
当发电性能或发电效率为差，或者光伏发电系统为不健康状态时，可以确定光伏发电系统的工作状态较差，则确定该光伏发电系统的工作状态为满足检修维护条件状态。
步骤208、根据光伏发电系统的工作状态确定光伏发电系统是否满足一检修维护条件。
具体可以是，将光伏发电系统的发电性能指标与一预先设置的发电性能阈值数据进行比较，确定光伏发电系统的发电性能指标是否小于一预先设置的第一阈值；将光伏发电系统的发电效率值与一预先设置的发电效率阈值数据进行比较，确定光伏发电系统的发电效率值是否小于一预先设置的第二阈值；将光伏发电系统中的光伏发电设备实际可利用率与一预先设置的可利用率阈值数据进行比较，确定光伏发电设备实际可利用率是否小于一预先设置的第三阈值；若光伏发电系统的发电性能指标小于第一阈值，光伏发电系统的发电效率值小于第二阈值，或者光伏发电设备实际可利用率小于第三阈值，确定光伏发电系统的工作状态为满足检修维护条件状态。
例如，根据上表2、表3、表4所记载，当发电性能或发电效率为差，或者光伏发电系统为不健康状态时，可以确定光伏发电系统的工作状态较差，则确定工作状态为满足检修维护条件状态。
步骤209、若光伏发电系统的工作状态为满足检修维护条件状态，则确定光伏发电系统满足该检修维护条件。
为了保证上述评价结果的准确性和保证运行维护人员能够及时实现对实时监测和历史数据的调用，光伏发电系统应该满足如下要求：光伏发电系统可用，其双机系统年可用率大于等于99.98％；光伏发电系统的运行寿命大于等于10年；光伏发电系统站控层平均无故障间隔时间大于等于20000小时；光伏发电系统的间隔层装置平均无故障间隔时间大于等于30000小时；对光伏发电系统的控制操作正确率大于等于99.99％；测控装置模拟量测量误差、有功、无功的测量误差小于等于0.5％；光伏发电系统的电流、电压的测量误差小于等于0.2％；电网频率测量误差小于等于0.01Hz。另外，关于光伏发电系统的监控系统实时性需要满足：测控装置模拟量越死区传送时间(至站控层)小于等于2秒；测控装置状态量变位传送时间(至站控层)：小于等于1秒；测控装置模拟量信息响应时间(从I/O输入端至站控层)小于等于3秒；测控装置状态量信息响应时间(从I/O输入端至站控层)小于等于2秒；人工控制命令从生成到输出的时间小于等于1秒。另外，监控系统的画面整幅调用响应时间的实时画面小于等于1秒；画面实时数据刷新周期小于等于3秒。另外，光伏发电系统对应的气象监测数据采集器性能指标需要满足：连续无日照正常工作时间大于等于15天；数据畅通率大于等于95％；采集数据量存储时间大于等于3个月；数据刷新周期小于等于5分钟。
下面列举一个详细的数据实例，以说明本发明实施例的光伏发电系统工作状态的检测方法的效果。
某典型大规模地面光伏发电系统监控系统记录了某一年全年的各光伏发电子系统的日发电量和环境温度数据，通过计算可以得到的每天光伏发电系统的有效辐射量，光伏发电系统全年发电设备运行期间环境温度变化趋势和PR指标评估结果如图3和4所示。
可见，光伏发电系统全年各个子发电系统的PR指标分布符合统计规律，但是存在一部分的光伏发电子系统在实际过程中发电性能较低的情况，此处选取辐照强度和环境温度较为接近全年平均值的10月份运行监测数据，对光伏发电系统内编号为G001-G046光伏发电子系统的PR指标进行进一步分析，10月份该光伏发电系统的日辐射量如图5所示。
以10月份日运行监测数据作为光伏发电整体工作状态评估数据源，对照光伏发电子系统发电能力指标的标准阈值，得到G001-G046光伏发电子系统的工作状态评估结果，如表5所示：
本发明实施例提供的光伏发电系统工作状态的检测方法，能够确定光伏发电系统的发电性能指标、光伏发电系统的发电效率值和光伏发电设备实际可利用率，从而根据光伏发电系统的发电性能指标、光伏发电系统的发电效率值、以及光伏发电设备实际可利用率确定光伏发电系统的工作状态，并根据光伏发电系统的工作状态确定该光伏发电系统是否满足一检修维护条件。这样，本发明能够及时获取光伏发电系统的工作健康状态，无需耗费大量人力时间来进行发电设备的全部维护排查，进而能预先判断光伏发电系统是否将出现故障，从而能够提示用户对工作健康状态较差的光伏发电系统进行检查维护，避免了光伏发电系统中的发电设备的停机故障。
对应于上述图1和图2的方法实施例，如图6所示，本发明实施例提供一种光伏发电系统工作状态的检测装置，包括：
第一获取单元31，可以获取光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值。
发电性能指标确定单元32，可以根据光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值确定一光伏发电系统的发电性能指标。
第二获取单元33，可以获取光伏发电系统在一预设时间内的发电量、光伏发电系统光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及光伏发电系统光伏组件在预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量。
发电效率值确定单元34，可以根据预设时间内的发电量、光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及倾斜面平均有效辐射量，确定光伏发电系统的发电效率值。
第三获取单元35，可以获取光伏发电系统在预设时间内的非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间。
实际可利用率确定单元36，可以根据预设时间、非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间确定一光伏发电设备实际可利用率。
工作状态确定单元37，可以根据光伏发电设备实际可利用率、光伏发电系统的发电性能指标和光伏发电系统的发电效率值确定光伏发电系统的工作状态，并根据光伏发电系统的工作状态确定光伏发电系统是否满足一检修维护条件。
另外，如图7所示，该工作状态确定单元37，包括：
第一比较模块371，可以将光伏发电系统的发电性能指标与一预先设置的发电性能阈值数据进行比较，确定光伏发电系统的发电性能指标是否小于一预先设置的第一阈值。
第二比较模块372，可以将光伏发电系统的发电效率值与一预先设置的发电效率阈值数据进行比较，确定光伏发电系统的发电效率值是否小于一预先设置的第二阈值。
第三比较模块373，可以将光伏发电系统中的光伏发电设备实际可利用率与一预先设置的可利用率阈值数据进行比较，确定光伏发电设备实际可利用率是否小于一预先设置的第三阈值。
工作状态确定状态模块374，可以在光伏发电系统的发电性能指标小于第一阈值，光伏发电系统的发电效率值小于第二阈值，或者光伏发电设备实际可利用率小于第三阈值时，确定光伏发电系统的工作状态为满足检修维护条件状态。
值得说明的是，本发明实施例提供的光伏发电系统工作状态的检测装置的具体实现方式可以参见图1和图2的方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的光伏发电系统工作状态的检测装置，能够确定光伏发电系统的发电性能指标、光伏发电系统的发电效率值和光伏发电设备实际可利用率，从而根据光伏发电系统的发电性能指标、光伏发电系统的发电效率值、以及光伏发电设备实际可利用率确定光伏发电系统的工作状态，并根据光伏发电系统的工作状态确定该光伏发电系统是否满足一检修维护条件。这样，本发明能够及时获取光伏发电系统的工作健康状态，无需耗费大量人力时间来进行发电设备的全部维护排查，进而能预先判断光伏发电系统是否将出现故障，从而能够提示用户对工作健康状态较差的光伏发电系统进行检查维护，避免了光伏发电系统中的发电设备的停机故障。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (16)
1.一种光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，包括：
获取光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值；
根据光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值所述确定一光伏发电系统的发电性能指标；
获取光伏发电系统在一预设时间内的发电量、光伏发电系统光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及光伏发电系统光伏组件在所述预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量；
根据所述预设时间内的发电量、光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及倾斜面平均有效辐射量，确定光伏发电系统的发电效率值；
获取光伏发电系统在所述预设时间内的非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间；
根据所述预设时间、非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间确定一光伏发电设备实际可利用率；
根据所述光伏发电设备实际可利用率、光伏发电系统的发电性能指标和所述光伏发电系统的发电效率值确定光伏发电系统的工作状态；
根据所述光伏发电系统的工作状态确定所述光伏发电系统是否满足一检修维护条件；
所述根据所述光伏发电设备实际可利用率、光伏发电系统的发电性能指标和所述光伏发电系统的发电效率值确定光伏发电系统的工作状态，包括：
将所述光伏发电系统的发电性能指标与一预先设置的发电性能阈值数据进行比较，确定所述光伏发电系统的发电性能指标是否小于一预先设置的第一阈值；
将所述光伏发电系统的发电效率值与一预先设置的发电效率阈值数据进行比较，确定所述光伏发电系统的发电效率值是否小于一预先设置的第二阈值；
将光伏发电系统中的所述光伏发电设备实际可利用率与一预先设置的可利用率阈值数据进行比较，确定所述光伏发电设备实际可利用率是否小于一预先设置的第三阈值；
若所述光伏发电系统的发电性能指标小于所述第一阈值，所述光伏发电系统的发电效率值小于所述第二阈值，或者所述光伏发电设备实际可利用率小于所述第三阈值，确定所述光伏发电系统的工作状态为满足检修维护条件状态；
所述根据所述预设时间、非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间确定一光伏发电设备实际可利用率，包括：
通过如下公式确定所述光伏发电设备实际可利用率：
<mrow>
<msub>
<mi>PV</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
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<mi>L</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>N</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
<mi>%</mi>
</mrow>
其中，PVa为所述光伏发电设备实际可利用率；T为所述预设时间；TL为所述光伏发电设备故障停机时间；TN为所述非光伏发电设备故障停机时间；Trepair,i为所述光伏发电设备故障修复时间。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，所述根据光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值所述确定一光伏发电系统的发电性能指标，包括：
通过如下公式确定所述光伏发电系统的发电性能指标：
<mrow>
<msub>
<mi>G</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
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<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
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<mi>G</mi>
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<mn>1</mn>
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<mi>N</mi>
</munderover>
<msub>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>G</mi>
<mi>p</mi>
<mo>,</mo>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
<mi>%</mi>
</mrow>
其中，Gg为所述光伏发电系统的发电性能指标；PGa,i为所述光伏发电系统实际输出的有功功率值；PGp,i为所述光伏发电系统理论功率值；N为有效数据点个数。
3.根据权利要求2所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，所述获取光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值，包括：
获取所述光伏发电系统理论功率值PGP：
PGP＝U'm×I'm×K
其中，U'm为实测最大功率点跟踪电压；I'm为实测最大功率点跟踪电流，K为光伏发电系统内的光伏组件的数量。
4.根据权利要求3所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述实测最大功率点跟踪电压U'm：
U'm＝Um×(1-c×ΔT)×ln(e+b×ΔS)
其中，Um为标准测试条件下的最大功率点跟踪电压；c为光伏组件开路电压温度系数；ΔT为当前环境与标准测试条件下光伏组件温度的差；e为自然对数；b为光伏组件峰值功率温度系数；ΔS当前环境为与标准测试条件下辐照度的差。
5.根据权利要求4所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述实测最大功率点跟踪电流I'm：
<mrow>
<msubsup>
<mi>I</mi>
<mi>m</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo>&times;</mo>
<mfrac>
<mi>S</mi>
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<mi>S</mi>
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<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<mi>a</mi>
<mo>&times;</mo>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>T</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，Im为标准测试条件下的最大功率点跟踪电流；S为倾斜面上太阳总辐照度；SREF为标准测试条件下的辐照度；a为光伏组件短路电流温度系数。
6.根据权利要求5所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述当前环境为与标准测试条件下辐照度的差ΔS：
<mrow>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>S</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>|</mo>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mo>-</mo>
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<mi>S</mi>
<mrow>
<mi>R</mi>
<mi>E</mi>
<mi>F</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mo>.</mo>
</mrow>
7.根据权利要求6所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述当前环境与标准测试条件下光伏组件温度的差ΔT：
ΔT＝T-TREF
其中，T为光伏组件表面温度；TREF为标准测试条件下的温度。
8.根据权利要求7所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述倾斜面上太阳总辐照度S：
<mrow>
<mi>S</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>H</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
<mo>&times;</mo>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
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<mi>d</mi>
</msub>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mrow>
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<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
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<mi>&beta;</mi>
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<mo>+</mo>
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<mn>2</mn>
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<mi>H</mi>
<mo>&times;</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>&beta;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，HB为水平面上太阳直接辐照度；RB为倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射分量的比值；Hd为水平面上散射辐照度；β为光伏阵列倾角；ρ为地面反射率；H为水平面上总辐照度。
9.根据权利要求8所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射分量的比值RB：
<mrow>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>cos</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mo>-</mo>
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<mi>cos</mi>
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<mo>&times;</mo>
<mi>cos</mi>
<mi>&delta;</mi>
<mo>&times;</mo>
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<mi>sin&omega;</mi>
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</msub>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>180</mn>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
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<mi>&omega;</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mo>&times;</mo>
<mi>sin</mi>
<mi>&phi;</mi>
<mo>&times;</mo>
<mi>sin</mi>
<mi>&delta;</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，φ为当地纬度；δ为太阳赤纬；ωST为倾斜面上日落时角；ωs为水平面上日落时角。
10.根据权利要求9所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取水平面上散射辐照度Hd：
Hd＝H-HB。
11.根据权利要求10所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述水平面上太阳直接辐照度HB：
HB＝E×sinα＝E×cos z
其中，E为法向太阳直接辐照度；α为太阳高度角；z为天顶距，z＝90-α。
12.根据权利要求11所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述倾斜面上日落时角ωST：
ωST＝min{ωs,cos-1[tan(φ-β)×tanδ]}。
13.根据权利要求12所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述水平面上日落时角ωs：
ωs＝cos-1(-tanφ×tanδ)。
14.根据权利要求13所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，还包括：
获取所述太阳赤纬δ：
<mrow>
<mi>&delta;</mi>
<mo>=</mo>
<mn>23.45</mn>
<mo>&times;</mo>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<mfrac>
<mn>360</mn>
<mn>365</mn>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>284</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>n</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
其中，n1为一年中的日期序号。
15.根据权利要求1所述的光伏发电系统工作状态的检测方法，其特征在于，所述根据所述预设时间内的发电量、光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及倾斜面平均有效辐射量，确定光伏发电系统的发电效率值，包括：
通过如下公式确定所述光伏发电系统的发电效率值PR：
<mrow>
<mi>P</mi>
<mi>R</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>E</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mfrac>
<mi>G</mi>
<msub>
<mi>H</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
其中，E1为所述光伏发电系统在一预设时间内的发电量；Pa为所述光伏发电系统光伏组件标称功率和；G为所述标准测试条件的辐照强度；H1为所述光伏发电系统光伏组件在所述预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量。
16.一种光伏发电系统工作状态的检测装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值；
发电性能指标确定单元，用于根据光伏发电系统实际输出的有功功率值和光伏发电系统理论功率值所述确定一光伏发电系统的发电性能指标；
第二获取单元，用于获取光伏发电系统在一预设时间内的发电量、光伏发电系统光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及光伏发电系统光伏组件在所述预设时间内接收的倾斜面平均有效辐射量；
发电效率值确定单元，用于根据所述预设时间内的发电量、光伏组件标称功率和、标准测试条件的辐照强度以及倾斜面平均有效辐射量，确定光伏发电系统的发电效率值；
第三获取单元，用于获取光伏发电系统在所述预设时间内的非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间；
实际可利用率确定单元，用于根据所述预设时间、非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间确定一光伏发电设备实际可利用率；
工作状态确定单元，用于根据所述光伏发电设备实际可利用率、光伏发电系统的发电性能指标和所述光伏发电系统的发电效率值确定光伏发电系统的工作状态，并根据所述光伏发电系统的工作状态确定所述光伏发电系统是否满足一检修维护条件；
所述工作状态确定单元，包括：
第一比较模块，用于将所述光伏发电系统的发电性能指标与一预先设置的发电性能阈值数据进行比较，确定所述光伏发电系统的发电性能指标是否小于一预先设置的第一阈值；
第二比较模块，用于将所述光伏发电系统的发电效率值与一预先设置的发电效率阈值数据进行比较，确定所述光伏发电系统的发电效率值是否小于一预先设置的第二阈值；
第三比较模块，用于将光伏发电系统中的所述光伏发电设备实际可利用率与一预先设置的可利用率阈值数据进行比较，确定所述光伏发电设备实际可利用率是否小于一预先设置的第三阈值；
工作状态确定状态模块，用于在所述光伏发电系统的发电性能指标小于所述第一阈值，所述光伏发电系统的发电效率值小于所述第二阈值，或者所述光伏发电设备实际可利用率小于所述第三阈值时，确定所述光伏发电系统的工作状态为满足检修维护条件状态；
所述实际可利用率确定单元中，根据所述预设时间、非光伏发电设备故障停机时间、光伏发电设备故障停机时间以及光伏发电设备故障修复时间确定一光伏发电设备实际可利用率，包括：
通过如下公式确定所述光伏发电设备实际可利用率：
<mrow>
<msub>
<mi>PV</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>T</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>N</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<munder>
<mi>&Sigma;</mi>
<mi>i</mi>
</munder>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>p</mi>
<mi>a</mi>
<mi>i</mi>
<mi>r</mi>
<mo>,</mo>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>T</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>N</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
<mi>%</mi>
</mrow>
其中，PVa为所述光伏发电设备实际可利用率；T为所述预设时间；TL为所述光伏发电设备故障停机时间；TN为所述非光伏发电设备故障停机时间；Trepair,i为所述光伏发电设备故障修复时间。
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