CN106249042A - 一种基于数据分析的光伏发电监测系统及方法 - Google Patents

一种基于数据分析的光伏发电监测系统及方法 Download PDF

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李庆文
田野
程法民
李文杰
毛海彪
石利民
刘建芳
孟德鹏
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Abstract

本发明公开了一种基于数据分析的光伏发电监测系统及方法，利用无线传输技术将气象地理环境相同的区域内光照强度、温度数据进行采样，并将采样数据传输至数据分析系统，数据分析系统根据采样数据和光伏电池板参数对每个光伏并网点的日发电量限值进行预测；将分析计算得到的日发电量限值与用电信息采集系统采样数据进行对比，当发电量出现异常时，主站计算机将发出预警，提醒营销稽查人员及时进行窃电事件监察，能够对同一个区域的光伏电站的发电量进行准确预测，发电量异常判定准确度高，同时对异常情况进行及时预警，便于营销人员识别窃电嫌疑用户，有利于提高日常工作效率。

Description

一种基于数据分析的光伏发电监测系统及方法
技术领域
本发明属于基于数据分析的光伏发电监测系统技术领域，具体涉及一种基于数据分析的光伏发电监测系统及方法。
背景技术
分布式光伏发电作为新能源的重要组成部分，具有发电方式灵活、环保性、经济型和与环境兼容的特点，对优化能源结构、推动节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义。2013年8月，国家发改委发布《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》，对分布式光伏发电实现按照全电量补贴的政策。这样必然会有缺乏诚信用户和单位采取不合法的方式获取更多的补贴，将本来不是光伏系统发出的电充当发电量，使电表计量虚高，造成国家和供电部门的经济损失。
传统防窃电技术的研究主体是计量电能表，如采用铅封和计量锁等手段防止对计量电能表进行人为破坏，以达到少计量用电量的目的，但其并不适用于光伏发电系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于数据分析的光伏发电监测系统，以解决上述背景技术中提出的传统防窃电技术适用于光伏发电系统等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数据分析的光伏发电监测系统，包括用电信息采集设备、光伏电池板和交流电能表，所述交流电能表的前表面靠近底部位置处设置有接线端，且交流电能表分别与接线端和并网逆变器电性连接，所述并网逆变器分别于负荷和直流汇流装置电性连接，所述光伏电池板分别与直流汇流装置和数据分析装置电性连接，所述数据分析装置安装在主站计算机的内部，所述数据分析装置分别与光照强度采集器、温度采集器和主站计算机电性连接，所述用电信息采集设备与主站计算机电性连接。
优选的，所述光照强度采集器分别由光敏电阻、AD转换模块和GPRS传输模块组成。
优选的，所述光敏电阻、AD转换模块和GPRS传输模块分别与光照强度采集器电性连接。
优选的，所述温度采集器分别由AD转换模块、GPRS传输模块和温度传感器组成。
优选的，所述AD转换模块、GPRS传输模块和温度传感器分别与温度采集器电性连接。
优选的，所述GPRS传输模块与数据分析装置通过GPRS通道连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构科学合理，使用安全方便，仅需在气象地理环境相同的区域内配置光照强度采集器和温度采集器，具有施工维护方便、造价低的优点，同时配置一个数据分析系统即可完成光伏电站的监测及预警工作，能够对同一个区域的光伏电站的发电量进行准确预测，发电量异常判定准确度高，向电网企业提供用户窃电的科学依据，同时对异常情况进行及时预警，便于营销人员识别窃电嫌疑用户，有利于提高日常工作效率。
附图说明
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明的光伏发电监测方法流程图；
图3为本发明数据分析装置的原理图；
图4为本发明的系统连接原理图
图中：1-接线端、2-负荷、3-光敏电阻、4-AD转换模块、5-GPRS传输模块、6-温度传感器、7-温度采集器、8-用电信息采集设备、9-主站计算机、10-数据分析装置、11-光照强度采集器、12-光伏电池板、13-直流汇流装置、14-并网逆变器、15-交流电能表。
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。
请参阅图1，一种基于数据分析的光伏发电监测系统，包括用电信息采集设备8、光伏电池板12和交流电能表15，交流电能表15的前表面靠近底部位置处设置有接线端1，且交流电能表15分别与接线端1和并网逆变器14电性连接，并网逆变器14分别于负荷2和直流汇流装置13电性连接，光伏电池板12分别与直流汇流装置13和数据分析装置10电性连接，数据分析装置10安装在主站计算机9的内部，数据分析装置10分别与光照强度采集器11、温度采集器7和主站计算机9电性连接，用电信息采集设备8与主站计算机9电性连接。
光照强度采集器11包括光敏电阻3、AD转换模块4和GPRS传输模块5。光敏电阻3、AD转换模块4和GPRS传输模块5分别与光照强度采集器11电性连接。温度采集器7包括AD转换模块4、GPRS传输模块5和温度传感器6。AD转换模块4、GPRS传输模块5和温度传感器6分别与温度采集器7电性连接。GPRS传输模块5与数据分析装置10通过GPRS通道连接。
本发明中的光伏电池板12是利用半导体的光生伏特效应而将光能直接转变成电能的一种技术。
本发明的工作原理及使用流程：本发明安装好过后，光敏电阻3的采样数值通过GPRS通道传输至数据分析装置10；温度采集器7的采样数值通过GPRS通道传输至数据分析装置10；用电信息采集设备8能够将光伏发电系统双向计量电量传输至主站计算机9，可以采用已建成的用电信息采集系统作为数据采集和传输通道。
参见图2至图4，本实施例提供了一种基于数据分析的光伏发电监测方法。在同一时钟下，其利用GPRS传输技术将气象地理环境相同的区域内光照强度、温度数据进行采样，并将采样数据传输至数据分析装置，数据分析装置根据采样数据和光伏电池板参数对每个光伏并网点的日发电量限值进行预测。将分析计算得到的日发电量限值与用电信息采集系统采样数据进行对比，当发电量出现异常时，主站计算机将发出预警，提醒营销稽查人员及时进行窃电事件监察。
基于数据分析的光伏发电监测方法，具体的技术方案为：
步骤1：建立标准状态下分布式光伏发电系统的发电量输出计算公式；
步骤2：光照强度采集器和温度采集器以GPRS提供的时间为基准，在同一的时钟下进行采样；
步骤3：根据光照强度采集器和温度采集器的采样值，建立修正后发电量的输出计算公式；
步骤4：将光伏发电系统理论发电量传输至主站计算机。理论预测发电量与用电信息采集设备传输的功率比较，判断功率是否异常；当发电量出现异常时，主站计算机将发出预警，提醒营销稽查人员及时进行窃电事件监察；
具体的，在步骤1中，在标准状态下，即光照强度Sref＝1000W/m2，电池温度T＝25℃。其中C1、C2为待定常数，光伏发电量的输出计算公式为：
I = I s c - C 1 { exp [ U C 2 U o c ] - 1 } - - - ( 1 )
C 2 = ( U m U o c - 1 ) [ l n ( 1 - I m I s c ) ] - 1 - - - ( 2 )
C 1 = ( 1 - I m I s c ) exp ( - U m C 2 U o c ) - - - ( 3 )
式中各参数分别代表的物理意义如下：
ISC—标准条件下的短路电流,A；
UOC—标准条件下的开路电压，V；
Im—标准条件下光伏电池班最大功率点电流，A；
Um—标准条件下光伏电池板最大功率点电压，V；
I—光伏电池输出电流，A；
U—光伏阵列电压，V；
已知电池参数Im、Um、Isc、Uoc，则C1、C2为常数。
具体的，步骤3中，当天气情况发生变化时，需要考虑外界环境变化对光伏电池板的影响，因此，本发明采用基于实际修正光伏出力计算模型。根据光照强度采集器和温度采集器传输的数据，以及标准状态下的光伏参数推算出实际光照强度和温度强度下的ISC1、UOC1、Im1、Um1。
I s c 1 = I s c ( 1 + α Δ T ) S S r e f - - - ( 4 )
Uoc1＝Uoc(1-γΔT)ln(e+βΔS) (5)
I m 1 = I m ( 1 + α Δ T ) S S r e f - - - ( 6 )
Um1＝Um(1-γΔT)ln(e+βΔS) (7)
根据光照采集器和温度采集器的采样值，计算光照强度差值ΔS和温度差值ΔT。
ΔT＝T-Tref (8
Δ S = S S r e f - S - - - ( 9 )
式中，T—温度采集器实际传输的温度值，℃；
Tref—温度采集器标准温度值，25℃；
S—光照强度采集器实际传输的光照强度值，W/m2；
Sref—光照强度采集器标准光照强度值，1000W/m2；
式中常数α、β、γ分别为：α＝0.0025/℃，β＝0.5，γ＝0.00288/℃。
具体的，步骤4中，比较光伏系统实际发电量与理论预测发电量90％置信区间的上下限关系，当光伏系统实际发电量大于置信区间上限时判定光伏发电功率偏大，当小于置信区间下限时判定光伏发电功率偏小，光伏系统实际发电量偏大和偏小均属于发电量异常。当发电量出现异常时，主站计算机将发出预警，提醒营销稽查人员及时进行窃电事件监察。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于数据分析的光伏发电监测方法，其特征在于：利用无线传输技术将气象地理环境相同的区域内光照强度、温度数据进行采样，并将采样数据传输至数据分析系统，数据分析系统根据采样数据和光伏电池板参数对每个光伏并网点的日发电量限值进行预测；将分析计算得到的日发电量限值与用电信息采集系统采样数据进行对比，当发电量出现异常时，主站计算机将发出预警，提醒营销稽查人员及时进行窃电事件监察。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体的步骤为：
步骤1：建立标准状态下分布式光伏发电系统的发电量输出计算公式；
步骤2：光照强度采集器和温度采集器以无线传输设备提供的时间为基准，在同一的时钟下进行采样；
步骤3：根据光照强度采集器和温度采集器的采样值，建立修正后发电量的输出计算公式；
步骤4：将光伏发电系统理论发电量传输至主站计算机；理论预测发电量与用电信息采集设备传输的功率比较，判断功率是否异常；当发电量出现异常时，主站计算机将发出预警，提醒营销稽查人员及时进行窃电事件监察。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤1中，在标准状态下，即光照强度Sref＝1000W/m2，电池温度T＝25℃；其中C1、C2为待定常数，光伏发电量的输出计算公式为：
I = I s c - C 1 { exp [ U C 2 U o c ] - 1 } - - - ( 1 )
C 2 = ( U m U o c - 1 ) [ l n ( 1 - I m I s c ) ] - 1 - - - ( 2 )
C 1 = ( 1 - I m I s c ) exp ( - U m C 2 U o c ) - - - ( 3 )
式中各参数分别代表的物理意义如下：
ISC—标准条件下的短路电流,A；
UOC—标准条件下的开路电压，V；
Im—标准条件下光伏电池班最大功率点电流，A；
Um—标准条件下光伏电池板最大功率点电压，V；
I—光伏电池输出电流，A；
U—光伏阵列电压，V；
已知电池参数Im、Um、Isc、Uoc，则C1、C2为常数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3中，根据光照强度采集器和温度采集器传输的数据，以及标准状态下的光伏参数推算出实际光照强度和温度强度下的ISC1、UOC1、Im1、Um1；
I s c 1 = I s c ( 1 + α Δ T ) S S r e f - - - ( 4 )
Uoc1＝Uoc(1-γΔT)ln(e+βΔS) (5)
I m 1 = I m ( 1 + α Δ T ) S S r e f - - - ( 6 )
Um1＝Um(1-γΔT)ln(e+βΔS) (7)
根据光照采集器和温度采集器的采样值，计算光照强度差值ΔS和温度差值ΔT；
ΔT＝T-Tref (8
Δ S = S S r e f - S - - - ( 9 )
式中，T—温度采集器实际传输的温度值，℃；
Tref—温度采集器标准温度值，25℃；
S—光照强度采集器实际传输的光照强度值，W/m2；
Sref—光照强度采集器标准光照强度值，1000W/m2；
式中常数α、β、γ分别为：α＝0.0025/℃，β＝0.5，γ＝0.00288/℃。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤4中，比较光伏系统实际发电量与理论预测发电量90％置信区间的上下限关系，当光伏系统实际发电量大于置信区间上限时判定光伏发电功率偏大，当小于置信区间下限时判定光伏发电功率偏小，光伏系统实际发电量偏大和偏小均属于发电量异常；当发电量出现异常时，主站计算机将发出预警，提醒营销稽查人员及时进行窃电事件监察。
6.根据权利要求1-6任一所述方法的光伏发电监测系统，其特征在于：所述光照强度采集器(11)包括光敏电阻(3)、AD转换模块(4)和GPRS传输模块(5)，所述温度采集器(7)包括AD转换模块(4)、GPRS传输模块(5)和温度传感器(6)。
7.根据权利要求6所述的光伏发电监测系统，其特征在于：所述光敏电阻(3)、AD转换模块(4)和GPRS传输模块(5)分别与光照强度采集器(11)电性连接。
8.根据权利要求6所述的光伏发电监测系统，其特征在于：所述AD转换模块(4)、GPRS传输模块(5)和温度传感器(6)分别与温度采集器(7)电性连接。
9.根据权利要求6所述的光伏发电监测系统，其特征在于：所述GPRS传输模块(5)与数据分析装置(10)通过GPRS通道连接。
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