CN105720915A - 光伏发电系统发电效率的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏发电系统发电效率的检测方法及装置，涉及光伏发电技术领域。所述方法包括：监测逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串的运行参数；确定光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率、并网逆变器转换效率；根据所述光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率确定所述光伏发电系统发电效率。解决了当前在光伏发电系统运行时，仅有对光伏发电系统的一些基本参数的监控测量，而对光伏发电系统的发电效率并没有实时的获取和计算方式，造成无法及时获知光伏发电系统中的发电设备的运行状态的问题。

Description

光伏发电系统发电效率的检测方法及装置

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发电效率的检测方法及装置。

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。当前，光伏发电系统的发电量直接影响光伏电站的经济效益，而光伏发电系统内部各个发电设备的健康运行状态是保证发电量和系统高效运行的关键，各发电设备的运行效率是直观表征发电设备运行状态的特征量。

当前，在光伏发电系统运行时，仅有对光伏发电系统的一些基本参数的监控测量，而对光伏发电系统的发电效率并没有实时的获取和计算方式，造成无法及时获知光伏发电系统中的发电设备的运行状态的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种光伏发电系统发电效率的检测方法及装置，以解决现有技术中对光伏发电系统的发电效率并没有实时的获取和计算方式，造成无法及时获知光伏发电系统中的发电设备的运行状态的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光伏发电系统发电效率的检测方法，应用于一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串；所述方法包括：

监测所述逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串的运行参数；

根据所述运行参数确定一段预设时间内各采样时间点的光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率；

根据各采样时间点的所述光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率，确定光伏组串发电效率；

根据所述运行参数确定所述预设时间内各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率；

根据各采样时间点的所述汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，确定汇流箱传输效率；

获取所述运行参数中的所述预设时间内各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率；

根据各采样时间点的所述配电柜输入功率和配电柜输出功率，确定配电柜传输效率；

获取所述运行参数中的所述预设时间内各采样时间点的逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率；

根据各采样时间点的所述逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率，确定并网逆变器转换效率；

根据所述光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率确定所述光伏发电系统发电效率。

具体的，所述根据所述光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率确定所述光伏发电系统发电效率，包括：

通过如下公式确定所述光伏发电系统发电效率η_pvs：

η_pvs＝η_ps×η_cb×η_pd×η_inv

其中，η_ps为所述光伏组串发电效率；η_cb为所述汇流箱传输效率；η_pd为所述配电柜传输效率；η_inv为并网逆变器转换效率。

另外，所述运行参数包括光伏组串输入电流、光伏组串输入电压、汇流箱直流输出电流、汇流箱直流母线电压；

所述根据所述运行参数确定所述预设时间内各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，包括：

根据所述光伏组串输入电流和光伏组串输入电压确定所述汇流箱输入功率；

根据所述汇流箱直流输出电流和汇流箱直流母线电压确定所述汇流箱输出功率；

所述根据各采样时间点的所述汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，确定汇流箱传输效率，包括：

通过如下公式确定所述汇流箱传输效率η_cb：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{cb}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{cbo},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{cbi},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_cbo,i为所述汇流箱输出功率；P_cbi,i为汇流箱输入功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

另外，所述运行参数包括各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率；

所述根据各采样时间点的所述配电柜输入功率和配电柜输出功率，确定配电柜传输效率，包括：

通过如下公式确定所述配电柜传输效率η_pd：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{pd}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{pdo},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{pdi},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_pdo,i为所述配电柜输出功率；P_pdi,i为所述配电柜输入功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

另外，所述运行参数包括逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率；

所述根据各采样时间点的所述逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率，确定并网逆变器转换效率，包括：

通过如下公式确定所述并网逆变器转换效率η_inv：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{inv}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{AC},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{DC}}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_AC,i为所述逆变器交流输出功率；P_DC,i为所述逆变器直流输入功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

另外，所述运行参数包括光伏组串的输出电压和光伏组串的输出电流；

所述根据所述运行参数确定一段预设时间内各采样时间点的光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率，包括：

根据所述光伏组串的输出电压和光伏组串的输出电流确定所述光伏组串实际输出功率；

所述根据各采样时间点的所述光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率，确定光伏组串发电效率，包括：

通过如下公式确定所述光伏组串发电效率η_ps：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{PS}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{ps},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{cal},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_cal,i为所述光伏组串理论功率；P_ps,i为所述光伏组串实际输出功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

进一步的，所述运行参数还包括光伏组串的实测最大功率跟踪点电压U′_m；

所述光伏发电系统发电效率的检测方法，还包括：

通过如下公式确定所述光伏组串理论功率P_cal,i：

$P_{\mathrm{cal},i}={U^{\′}}_m\×{I^{\′}}_{\mathrm{SC}}\×[1-\mathrm{\α}\×(e^{\mathrm{\β}\×{U^{\′}}_m}-1)]$

其中，I'_SC为实测短路电流；α和β为光伏组串电流电压曲线系数。

具体的，通过如下公式确定所述α和β：

$\mathrm{\α}={\left(\frac{{I_{\mathrm{SC}}}^{\′}-{I_m}^{\′}}{{I_{\mathrm{SC}}}^{\′}}\right)}^{\frac{{U_{\mathrm{OC}}}^{\′}}{({U_{\mathrm{oc}}}^{\′}-{U_m}^{\′})}}$

$\mathrm{\β}=\frac{1}{{U_{\mathrm{SC}}}^{\′}}\×\mathrm{In}\left(\frac{1+\mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}\right)$

其中，I'_m为实测最大功率跟踪点电流；U'_OC为实测开路电压；U'_SC为实测短路电压。

此外，通过如下公式确定所述实测最大功率跟踪点电流I'_m：

$I_m^{\′}=I_m\×\frac{S}{S_{\mathrm{REF}}}\×(1+a\×\mathrm{\ΔT})$

其中，I_m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；S_REF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；ΔT为当前环境与标准测试条件下光伏组件温度的差。

具体的，通过如下公式确定所述实测开路电压U'_OC：

U'_oc＝U_oc×ln(e+b×ΔS)×(1-cΔT)

其中，U_oc为标准测试条件下的开路电压；b为光伏组件峰值功率温度系数；c为光伏组件开路电压温度系数；ΔS为当前环境与标准测试条件下辐照度的差。

具体的，通过如下公式确定所述实测短路电流I'_SC：

I'_sc＝I_sc×S/S_REF×(1+a×ΔT)

其中，I_sc为标准测试条件下的短路电流。

另外，该光伏发电系统发电效率的检测方法，还包括：

获取所述当前环境与标准测试条件下辐照度的差ΔS：

$\mathrm{\ΔS}=\frac{|S-S_{\mathrm{REF}}|}{S_{\mathrm{REF}}}.$

此外，所述运行参数还包括光伏组件表面温度T；

所述光伏发电系统发电效率的检测方法，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-T_REF

其中，T_REF为标准测试条件下的温度。

此外，所述运行参数还包括水平面上太阳直接辐照度H_B，水平面上散射辐照度H_d；

所述光伏发电系统发电效率的检测方法，还包括：

获取所述倾斜面上太阳总辐照度S：

$S=H_B\×R_B+\frac{H_d}{2}\×(1+\cos {\mathrm{\β}}^{\′})+\frac{\mathrm{\ρ}}{2}H\×(1-\cos {\mathrm{\β}}^{\′})$

其中，R_B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；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。

另外，该光伏发电系统发电效率的检测方法，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R_B：

$R_B=\frac{\cos (\mathrm{\φ}-{\mathrm{\β}}^{\′})\×\cos \mathrm{\δ}\×\left({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ST}}\right)+\frac{\mathrm{\π}}{180}\×{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ST}}\×\sin (\mathrm{\φ}-{\mathrm{\β}}^{\′})\×\sin \mathrm{\δ}}{\cos \mathrm{\φ}\×\cos \mathrm{\δ}\×\sin {\mathrm{\ω}}_s+\frac{\mathrm{\π}}{180}\×{\mathrm{\ω}}_s\×\sin \mathrm{\φ}\×\sin \mathrm{\δ}}$

其中，φ为当地纬度；δ为太阳赤纬；ω_ST为倾斜面上日落时角；ω_s为水平面上日落时角。

该光伏发电系统发电效率的检测方法，还包括：

获取所述水平面上散射辐照度H_d：

H_d＝H-H_B。

另外，该光伏发电系统发电效率的检测方法，还包括：

获取所述水平面上太阳直接辐照度H_B：

H_B＝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。另外，该光伏发电系统发电效率的检测方法，还包括：

获取所述倾斜面上日落时角ω_ST：

ω_ST＝min{ω_s,cos^-1[tan(φ-β')×tanδ]}。

另外，该光伏发电系统发电效率的检测方法，还包括：

获取所述水平面上日落时角ω_s：

ω_s＝cos^-1(-tanφ×tanδ)。

另外，该光伏发电系统发电效率的检测方法，还包括：

获取所述太阳赤纬δ：

$\mathrm{\δ}=23.45\×\sin [\frac{360}{365}\×(284+n_1)]$

其中，n₁为一年中的日期序号。

一种光伏发电系统发电效率的检测装置，应用于一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串；所述装置包括：

运行参数监测单元，用于监测所述逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串的运行参数；

第一功率确定单元，用于根据所述运行参数确定一段预设时间内各采样时间点的光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率；

光伏组串发电效率确定单元，用于根据各采样时间点的所述光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率，确定光伏组串发电效率；

第二功率确定单元，用于根据所述运行参数确定所述预设时间内各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率；

汇流箱传输效率确定单元，用于根据各采样时间点的所述汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，确定汇流箱传输效率；

第一获取单元，用于获取所述运行参数中的所述预设时间内各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率；

配电柜传输效率确定单元，用于根据各采样时间点的所述配电柜输入功率和配电柜输出功率，确定配电柜传输效率；

第二获取单元，用于获取所述运行参数中的所述预设时间内各采样时间点的逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率；

并网逆变器转换效率确定单元，用于根据各采样时间点的所述逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率，确定并网逆变器转换效率；

光伏发电系统发电效率确定单元，用于根据所述光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率确定所述光伏发电系统发电效率。

另外，所述光伏发电系统发电效率确定单元，具体用于：

通过如下公式确定所述光伏发电系统发电效率η_pvs：

η_pvs＝η_ps×η_cb×η_pd×η_inv

其中，η_ps为所述光伏组串发电效率；η_cb为所述汇流箱传输效率；η_pd为所述配电柜传输效率；η_inv为并网逆变器转换效率。

本发明实施例提供的光伏发电系统发电效率的检测方法及装置，能够监测光伏发电系统中的逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串的运行参数，并能够确定光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率，从而确定光伏发电系统发电效率。这样，本发明能够及时获取光伏发电系统的发电效率，从而及时获知了光伏发电系统中的发电设备的运行状态，避免了在光伏发电系统运行时，仅有对光伏发电系统的一些基本参数的监控测量，而对光伏发电系统的发电效率并没有实时的获取和计算方式，无法及时获知光伏发电系统中的发电设备的运行状态的问题。

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发电效率的检测方法的流程图；

图2为本发明实施例中对光伏发电系统进行监控的示意图；

图3为本发明实施例中监测的光伏组串效率曲线示意图；

图4为本发明实施例中监测的一光伏发电设备的效率曲线示意图；

图5为本发明实施例提供的光伏发电系统发电效率的检测装置的结构示意图。

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发电效率的检测方法，应用于一种光伏发电系统，该光伏发电系统包括逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串，该方法包括：

步骤101、监测逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串的运行参数。

步骤102、根据运行参数确定一段预设时间内各采样时间点的光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率。

步骤103、根据各采样时间点的光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率，确定光伏组串发电效率。

步骤104、根据运行参数确定预设时间内各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率。

步骤105、根据各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，确定汇流箱传输效率。

步骤106、获取运行参数中的预设时间内各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率。

步骤107、根据各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率，确定配电柜传输效率。

步骤108、获取运行参数中的预设时间内各采样时间点的逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率。

步骤109、根据各采样时间点的逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率，确定并网逆变器转换效率。

步骤110、根据光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率确定光伏发电系统发电效率。

当该光伏发电系统的发电效率小于一预先设置的效率阈值时，确定该发电效率较差，光伏发电系统处于需检修维护状态。

本发明实施例提供的光伏发电系统发电效率的检测方法，能够监测光伏发电系统中的逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串的运行参数，并能够确定光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率，从而确定光伏发电系统发电效率。这样，本发明能够及时获取光伏发电系统的发电效率，从而及时获知了光伏发电系统中的发电设备的运行状态，避免了在光伏发电系统运行时，仅有对光伏发电系统的一些基本参数的监控测量，而对光伏发电系统的发电效率并没有实时的获取和计算方式，无法及时获知光伏发电系统中的发电设备的运行状态的问题。

上述步骤110，可以通过如下公式确定光伏发电系统发电效率η_pvs：

η_pvs＝η_ps×η_cb×η_pd×η_inv

其中，η_ps为光伏组串发电效率；η_cb为汇流箱传输效率；η_pd为配电柜传输效率；η_inv为并网逆变器转换效率。

为了满足辐照强度大于逆变器启动条件，需要采用多时间尺度，在多时间尺度内，被分析的各个关键设备的效率以及光伏发电系统对应的辐照强度和组串温度的有效数据点可从光伏发电系统的设备在线监控系统中的15分钟数据报表中获取(15分钟应作为在线监控系统采样时间间隔的最大宽度)，之后的数字运算均可以采用基于采样时间T_i的离散时间点的计算。

另外，上述步骤101中监测的运行参数具体可以包括光伏组串输入电流、光伏组串输入电压、汇流箱直流输出电流、汇流箱直流母线电压。

上述各运行参数能够通过现场数据采集装置进行采集，例如电流表、电压表。这样现场数据采集装置能够精确测量光伏组件、汇流箱、直流配电柜和逆变器等关键设备的运行参数，保证后期光伏发电系统的发电效率评估和运行状态分析的数据源的准确性、稳定性和可靠性。

其中，汇流箱是将该光伏发电系统各组串通过直流电缆汇集到汇流箱后传输到直流配电柜的设备，汇流箱传输效率是评估光伏发电系统发电量的关键指标。

上述步骤104中的根据运行参数确定预设时间内各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，可以是根据光伏组串输入电流和光伏组串输入电压确定汇流箱输入功率，并根据汇流箱直流输出电流和汇流箱直流母线电压确定汇流箱输出功率。

上述步骤105可以通过如下公式确定汇流箱传输效率η_cb：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{cb}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{cbo},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{cbi},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_cbo,i为汇流箱输出功率；P_cbi,i为汇流箱输入功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

另外，上述步骤101中监测的运行参数还可以包括各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率。

上述步骤107可以通过如下公式确定配电柜传输效率η_pd：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{pd}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{pdo},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{pdi},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_pdo,i为配电柜输出功率；P_pdi,i为配电柜输入功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

另外，上述步骤101监测的运行参数还可以包括逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率。

该步骤109可以通过如下公式确定并网逆变器转换效率η_inv：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{inv}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{AC},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{DC}}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_AC,i为逆变器交流输出功率；P_DC,i为逆变器直流输入功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

另外，上述步骤101中监测的运行参数还可以包括光伏组串的输出电压和光伏组串的输出电流。

该步骤102可以通过如下方式实现：根据光伏组串的输出电压和光伏组串的输出电流确定光伏组串实际输出功率。

该步骤104可以通过如下公式确定光伏组串发电效率η_ps：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{PS}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{ps},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{cal},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_cal,i为光伏组串理论功率；P_ps,i为光伏组串实际输出功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

进一步的，上述步骤101所监测的运行参数还包括光伏组串的实测最大功率跟踪点电压U′_m；

此外，可以通过如下公式确定光伏组串理论功率P_cal,i：

$P_{\mathrm{cal},i}={U^{\′}}_m\×{I^{\′}}_{\mathrm{SC}}\×[1-\mathrm{\α}\×(e^{\mathrm{\β}\×{U^{\′}}_m}-1)]$

其中，I'_SC为实测短路电流；α和β为光伏组串电流电压曲线系数。

进一步的，可以通过如下公式确定α和β：

$\mathrm{\α}={\left(\frac{{I_{\mathrm{SC}}}^{\′}-{I_m}^{\′}}{{I_{\mathrm{SC}}}^{\′}}\right)}^{\frac{{U_{\mathrm{OC}}}^{\′}}{({U_{\mathrm{oc}}}^{\′}-{U_m}^{\′})}}$

$\mathrm{\β}=\frac{1}{{U_{\mathrm{SC}}}^{\′}}\×\mathrm{In}\left(\frac{1+\mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}\right)$

其中，I'_m为实测最大功率跟踪点电流；U'_OC为实测开路电压；U'_SC为实测短路电压。

此外，可以通过如下公式确定实测最大功率跟踪点电流I'_m：

$I_m^{\′}=I_m\×\frac{S}{S_{\mathrm{REF}}}\×(1+a\×\mathrm{\ΔT})$

其中，I_m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；S_REF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；ΔT为当前环境与标准测试条件下光伏组件温度的差。

另外，在一实施例中，可以通过如下公式确定实测开路电压U'_OC：

U'_oc＝U_oc×ln(e+b×ΔS)×(1-cΔT)

其中，U_oc为标准测试条件下的开路电压；b为光伏组件峰值功率温度系数；c为光伏组件开路电压温度系数；ΔS为当前环境与标准测试条件下辐照度的差。

具体的，通过如下公式确定实测短路电流I'_SC：

I'_sc＝I_sc×S/S_REF×(1+a×ΔT)

其中，I_sc为标准测试条件下的短路电流。

另外，在一实施例中，还可以获取当前环境与标准测试条件下辐照度的差ΔS：

$\mathrm{\ΔS}=\frac{|S-S_{\mathrm{REF}}|}{S_{\mathrm{REF}}}.$

此外，上述步骤101所监测的运行参数还包括光伏组件表面温度T。

在一实施例中可以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-T_REF

其中，T_REF为标准测试条件下的温度，一般为25摄氏度。

此外，上述步骤101中监测的运行参数还可以包括水平面上太阳直接辐照度H_B，水平面上散射辐照度H_d。

在一实施例中，可以获取倾斜面上太阳总辐照度S：

$S=H_B\×R_B+\frac{H_d}{2}\×(1+\cos {\mathrm{\β}}^{\′})+\frac{\mathrm{\ρ}}{2}H\×(1-\cos {\mathrm{\β}}^{\′})$

其中，R_B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；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：

另外，在一实施例中，还可以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R_B：

$R_B=\frac{\cos (\mathrm{\φ}-{\mathrm{\β}}^{\′})\×\cos \mathrm{\δ}\×\left({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ST}}\right)+\frac{\mathrm{\π}}{180}\×{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ST}}\×\sin (\mathrm{\φ}-{\mathrm{\β}}^{\′})\×\sin \mathrm{\δ}}{\cos \mathrm{\φ}\×\cos \mathrm{\δ}\×\sin {\mathrm{\ω}}_s+\frac{\mathrm{\π}}{180}\×{\mathrm{\ω}}_s\×\sin \mathrm{\φ}\×\sin \mathrm{\δ}}$

其中，φ为当地纬度；δ为太阳赤纬；ω_ST为倾斜面上日落时角；ω_s为水平面上日落时角。

在一实施例中，还可以获取水平面上散射辐照度H_d：

H_d＝H-H_B。

另外，还可以获取水平面上太阳直接辐照度H_B：

H_B＝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。

另外，在一实施例中，可以获取倾斜面上日落时角ω_ST：

ω_ST＝min{ω_s,cos^-1[tan(φ-β')×tanδ]}。

获取水平面上日落时角ω_s：

ω_s＝cos^-1(-tanφ×tanδ)。

获取太阳赤纬δ：

$\mathrm{\δ}=23.45\×\sin [\frac{360}{365}\×(284+n_1)]$

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。

为了便于本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举图1中所示的步骤101-步骤110所实现的具体实例：

在步骤101中的监测，可以是将光伏发电在线监测与效率评估系统部署在某大型地面光伏电站内，例如G026光伏发电单元，能够实时监测分布在5个光伏组串，共计80块光伏组件，以及HL030701-HL030716共计16个光伏组串的运行数据。同时，能够监测G026-N01逆变器、直流配电柜和与之相连的7个汇流箱的运行数据情况，具体的监测情况可以如图2所示。

图3是某一时间对该光伏电站实时监测的5个光伏组串的效率评估结果，通过图3可以得到组串HL370708的发电效率在时间11:30时前由90％左右突变为0％。同时，该组串接入的汇流箱因为组串的效率改变，其自身运行效率也由99％下降至80％，如图4所示，其中CombinerBox曲线为汇流箱的运行效率曲线；DCPowerDistributionCabinet曲线为直流配电柜的运行效率曲线；Inverter曲线为逆变器的运行效率曲线。这样，通过本发明能够及时发现该光伏组串以及接入汇流箱的运行效率的异常，之后在对出现缺陷的汇流箱和光伏组串的检修后发现，引起光伏组串和汇流箱运行效率降低的原因是该组串接入汇流箱的熔断器因为气温变化和电流发热而出现松动，产生火花逐渐拉弧熔断。可见，通过运行效率的变化，能够及时发现光伏发电系统的问题。

对应于上述图1的方法实施例，如图5所示，本发明实施例提供一种光伏发电系统发电效率的检测装置，应用于一种光伏发电系统，该光伏发电系统包括逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串，该光伏发电系统发电效率的检测装置包括：

运行参数监测单元21，可以监测逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串的运行参数。

第一功率确定单元22，可以根据运行参数确定一段预设时间内各采样时间点的光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率。

光伏组串发电效率确定单元23，可以根据各采样时间点的光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率，确定光伏组串发电效率。

第二功率确定单元24，可以根据运行参数确定预设时间内各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率。

汇流箱传输效率确定单元25，可以根据各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，确定汇流箱传输效率。

第一获取单元26，可以获取运行参数中的预设时间内各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率。

配电柜传输效率确定单元27，可以根据各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率，确定配电柜传输效率。

第二获取单元28，可以获取运行参数中的预设时间内各采样时间点的逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率。

并网逆变器转换效率确定单元29，可以根据各采样时间点的逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率，确定并网逆变器转换效率。

光伏发电系统发电效率确定单元30，可以根据光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率确定光伏发电系统发电效率。

另外，该光伏发电系统发电效率确定单元30，具体可以通过如下公式确定光伏发电系统发电效率η_pvs：

η_pvs＝η_ps×η_cb×η_pd×η_inv

其中，η_ps为光伏组串发电效率；η_cb为汇流箱传输效率；η_pd为配电柜传输效率；η_inv为并网逆变器转换效率。

值得说明的是，本发明实施例提供的光伏发电系统发电效率的检测装置的具体实现方式可以参见图1所示的方法的实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的光伏发电系统发电效率的检测装置，能够监测光伏发电系统中的逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串的运行参数，并能够确定光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率，从而确定光伏发电系统发电效率。这样，本发明能够及时获取光伏发电系统的发电效率，从而及时获知了光伏发电系统中的发电设备的运行状态，避免了在光伏发电系统运行时，仅有对光伏发电系统的一些基本参数的监控测量，而对光伏发电系统的发电效率并没有实时的获取和计算方式，无法及时获知光伏发电系统中的发电设备的运行状态的问题。

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 (22)

1.一种光伏发电系统发电效率的检测方法，应用于一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串；其特征在于，所述方法包括：

监测所述逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串的运行参数；

根据所述运行参数确定一段预设时间内各采样时间点的光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率；

根据各采样时间点的所述光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率，确定光伏组串发电效率；

根据所述运行参数确定所述预设时间内各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率；

根据各采样时间点的所述汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，确定汇流箱传输效率；

获取所述运行参数中的所述预设时间内各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率；

根据各采样时间点的所述配电柜输入功率和配电柜输出功率，确定配电柜传输效率；

获取所述运行参数中的所述预设时间内各采样时间点的逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率；

根据各采样时间点的所述逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率，确定并网逆变器转换效率；

根据所述光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率确定所述光伏发电系统发电效率。

2.根据权利要求1所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，所述根据所述光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率确定所述光伏发电系统发电效率，包括：

通过如下公式确定所述光伏发电系统发电效率η_pvs：

η_pvs＝η_ps×η_cb×η_pd×η_inv

其中，η_ps为所述光伏组串发电效率；η_cb为所述汇流箱传输效率；η_pd为所述配电柜传输效率；η_inv为并网逆变器转换效率。

3.根据权利要求2所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，所述运行参数包括光伏组串输入电流、光伏组串输入电压、汇流箱直流输出电流、汇流箱直流母线电压；

所述根据所述运行参数确定所述预设时间内各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，包括：

根据所述光伏组串输入电流和光伏组串输入电压确定所述汇流箱输入功率；

根据所述汇流箱直流输出电流和汇流箱直流母线电压确定所述汇流箱输出功率；

所述根据各采样时间点的所述汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，确定汇流箱传输效率，包括：

通过如下公式确定所述汇流箱传输效率η_cb：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{cb}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{cbo},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{cbi},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_cbo,i为所述汇流箱输出功率；P_cbi,i为汇流箱输入功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

4.根据权利要求2所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，所述运行参数包括各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率；

所述根据各采样时间点的所述配电柜输入功率和配电柜输出功率，确定配电柜传输效率，包括：

通过如下公式确定所述配电柜传输效率η_pd：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{pd}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{pdo},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{pdi},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_pdo,i为所述配电柜输出功率；P_pdi,i为所述配电柜输入功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

5.根据权利要求2所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，所述运行参数包括逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率；

所述根据各采样时间点的所述逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率，确定并网逆变器转换效率，包括：

通过如下公式确定所述并网逆变器转换效率η_inv：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{inv}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{AC},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{DC},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_AC,i为所述逆变器交流输出功率；P_DC,i为所述逆变器直流输入功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

6.根据权利要求2所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，所述运行参数包括光伏组串的输出电压和光伏组串的输出电流；

所述根据所述运行参数确定一段预设时间内各采样时间点的光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率，包括：

根据所述光伏组串的输出电压和光伏组串的输出电流确定所述光伏组串实际输出功率；

所述根据各采样时间点的所述光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率，确定光伏组串发电效率，包括：

通过如下公式确定所述光伏组串发电效率η_ps：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{PS}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{ps},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{cal},i}\mathrm{\Δ}{T}_i}\×100\%$

其中，P_cal,i为所述光伏组串理论功率；P_ps,i为所述光伏组串实际输出功率；ΔT_i为采样时间点的时间间隔。

7.根据权利要求6所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，所述运行参数还包括光伏组串的实测最大功率跟踪点电压U′_m；

所述光伏发电系统发电效率的检测方法，还包括：

通过如下公式确定所述光伏组串理论功率P_cal,i：

$P_{\mathrm{cal},i}=U_m^{\′}\×I_{\mathrm{SC}}^{\′}\×[1-\mathrm{\α}\×(e^{\mathrm{\β}\×U_m^{\′}}-1)]$

其中，I'_SC为实测短路电流；α和β为光伏组串电流电压曲线系数。

8.根据权利要求7所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，还包括：

通过如下公式确定所述α和β：

$\mathrm{\α}={\left(\frac{{I_{\mathrm{sc}}}^{\′}-{I_m}^{\′}}{{I_{\mathrm{sc}}}^{\′}}\right)}^{\frac{{U_{\mathrm{oc}}}^{\′}}{({U_{\mathrm{oc}}}^{\′}-{U_m}^{\′})}}$

$\mathrm{\β}=\frac{1}{{U_{\mathrm{sc}}}^{\′}}\×\mathrm{In}\left(\frac{1+\mathrm{\α}}{\mathrm{\α}}\right)$

其中，I'_m为实测最大功率跟踪点电流；U'_OC为实测开路电压；U'_SC为实测短路电压。

9.根据权利要求8所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，还包括：

通过如下公式确定所述实测最大功率跟踪点电流I'_m：

$I_m^{\′}=I_m\×\frac{S}{S_{\mathrm{REF}}}\×(1+a\×\mathrm{\ΔT})$

其中，I_m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；S_REF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；ΔT为当前环境与标准测试条件下光伏组件温度的差。

10.根据权利要求9所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，还包括：

通过如下公式确定所述实测开路电压U'_OC：

U'_oc＝U_oc×ln(e+b×ΔS)×(1-cΔT)

其中，U_oc为标准测试条件下的开路电压；b为光伏组件峰值功率温度系数；c为光伏组件开路电压温度系数；ΔS为当前环境与标准测试条件下辐照度的差。

11.根据权利要求10所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，还包括：

通过如下公式确定所述实测短路电流I'_SC：

I_s'_c＝I_sc×S/S_REF×(1+a×ΔT)

其中，I_sc为标准测试条件下的短路电流。

12.根据权利要求11所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，还包括：

获取所述当前环境与标准测试条件下辐照度的差ΔS：

$\mathrm{\ΔS}=\frac{|S-S_{\mathrm{REF}}|}{S_{\mathrm{REF}}}.$

13.根据权利要求12所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，所述运行参数还包括光伏组件表面温度T；

所述光伏发电系统发电效率的检测方法，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-T_REF

其中，T_REF为标准测试条件下的温度。

14.根据权利要求13所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，所述运行参数还包括水平面上太阳直接辐照度H_B，水平面上散射辐照度H_d；

所述光伏发电系统发电效率的检测方法，还包括：

获取所述倾斜面上太阳总辐照度S：

$S=H_B\×R_B+\frac{H_d}{2}\×(1+\cos {\mathrm{\β}}^{\′})+\frac{\mathrm{\ρ}}{2}H\×(1-\cos {\mathrm{\β}}^{\′})$

其中，R_B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；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。

15.根据权利要求14所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，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R_B：

$R_B=\frac{\cos (\mathrm{\φ}-{\mathrm{\β}}^{\′})\×\cos \mathrm{\δ}\×\sin \left({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ST}}\right)+\frac{\mathrm{\π}}{180}\×{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ST}}\×\sin (\mathrm{\φ}-{\mathrm{\β}}^{\′})\×\sin \mathrm{\δ}}{\cos \mathrm{\φ}\×\cos \mathrm{\δ}\×\sin {\mathrm{\ω}}_s+\frac{\mathrm{\π}}{180}\×{\mathrm{\ω}}_s\×\sin \mathrm{\φ}\×\sin \mathrm{\δ}}$

其中，φ为当地纬度；δ为太阳赤纬；ω_ST为倾斜面上日落时角；ω_s为水平面上日落时角。

16.根据权利要求15所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，还包括：

获取所述水平面上散射辐照度H_d：

H_d＝H-H_B。

17.根据权利要求16所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，还包括：

获取所述水平面上太阳直接辐照度H_B：

H_B＝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。

18.根据权利要求17所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，还包括：

获取所述倾斜面上日落时角ω_ST：

ω_ST＝min{ω_s,cos^-1[tan(φ-β')×tanδ]}。

19.根据权利要求18所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，还包括：

获取所述水平面上日落时角ω_s：

ω_s＝cos^-1(-tanφ×tanδ)。

20.根据权利要求19所述的光伏发电系统发电效率的检测方法，其特征在于，还包括：

获取所述太阳赤纬δ：

$\mathrm{\δ}=23.45\×\sin [\frac{360}{365}\×(284+n_1)]$

其中，n₁为一年中的日期序号。

21.一种光伏发电系统发电效率的检测装置，应用于一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串；其特征在于，所述装置包括：

运行参数监测单元，用于监测所述逆变器、直流配电柜、汇流箱和光伏组串的运行参数；

第一功率确定单元，用于根据所述运行参数确定一段预设时间内各采样时间点的光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率；

光伏组串发电效率确定单元，用于根据各采样时间点的所述光伏组串实际输出功率和光伏组串理论功率，确定光伏组串发电效率；

第二功率确定单元，用于根据所述运行参数确定所述预设时间内各采样时间点的汇流箱输入功率和汇流箱输出功率；

汇流箱传输效率确定单元，用于根据各采样时间点的所述汇流箱输入功率和汇流箱输出功率，确定汇流箱传输效率；

第一获取单元，用于获取所述运行参数中的所述预设时间内各采样时间点的配电柜输入功率和配电柜输出功率；

配电柜传输效率确定单元，用于根据各采样时间点的所述配电柜输入功率和配电柜输出功率，确定配电柜传输效率；

第二获取单元，用于获取所述运行参数中的所述预设时间内各采样时间点的逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率；

并网逆变器转换效率确定单元，用于根据各采样时间点的所述逆变器直流输入功率和逆变器交流输出功率，确定并网逆变器转换效率；

光伏发电系统发电效率确定单元，用于根据所述光伏组串发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率以及并网逆变器转换效率确定所述光伏发电系统发电效率。

22.根据权利要求21所述的光伏发电系统发电效率的检测装置，其特征在于，所述光伏发电系统发电效率确定单元，具体用于：

通过如下公式确定所述光伏发电系统发电效率η_pvs：

η_pvs＝η_ps×η_cb×η_pd×η_inv

其中，η_ps为所述光伏组串发电效率；η_cb为所述汇流箱传输效率；η_pd为所述配电柜传输效率；η_inv为并网逆变器转换效率。