发明内容
为了克服上述现有技术中的问题,本发明提出了一种能够通过温度修正将温度影响排除在外、对积尘的评估精确到组件级别的光伏电站积尘状态评估监测系统及其方法。
本发明的光伏电站积尘状态评估监测系统及其方法具体如下:
该光伏电站积尘状态评估监测系统,包括基准光伏组件、信号采集模块、辐照传感器、玻璃、传输模块和监控平台,其主要特点是,所述的基准光伏组件与所述的信号采集模块互相连接,所述的辐照传感器安装于所述的玻璃上,所述的传输模块分别通过信号采集模块与所述的基准光伏组件以及所述的辐照传感器相连接,所述的光伏电站包括组串,所述的监控平台监控该光伏电站,并获取所述的组串的信息。
较佳地,所述的基准光伏组件与一DC/DC变换器相连接,所述的信号采集模块和所述的传输模块之间还连接有一信号处理模块,所述的组串包括组件,所述的基准光伏组件的型号参数与所述的光伏电站中的组件相同,所述的辐照传感器包括第一辐照传感器和第二辐照传感器,且所述的第一辐照传感器和第二辐照传感器的型号与参数一致,所述的第一辐照传感器安装在所述的玻璃的上表面,所述的第二辐照传感器安装在所述的玻璃的下表面,所述的玻璃为一透明玻璃,且所述的透明玻璃的尺寸和透光率与所述的组件表面的透明玻璃相同,所述的传输模块为无线传输模块。
该基于以上所述的系统实现光伏电站积尘状态评估监测的方法,其主要特点是,所述的方法包括以下步骤:
(1)所述的信号采集模块以一定频率采集该基准光伏组件经过所述的DC/DC变换器输出的工作电压、工作电流和所述的辐照传感器检测到的辐照信号;
(2)所述的信号处理模块以一定频率接收所述的信号采集模块采集到的工作电压、工作电流和辐照信号,并处理其所接收到的工作电压、工作电流以及辐照信号获取相应的电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据,且该信号处理模块将所述的电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据发送给所述的传输模块;
(3)所述的传输模块将其接收到的所述的电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据发送给所述的监控平台;
(4)所述的监控平台处理并存储其所接收到的所述的电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据,并根据所得电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据以及该监控平台所获取的所述的组串的信息计算所述的组串的积尘损失率η,并根据所述的组串的积尘损失率判断是否需要报警,如果需要,则所述的监控平台发出警报信息;否则所述的监控平台继续监控。
较佳地,所述的步骤(2)中的信息处理模块对其接收到的工作电压、工作电流以及辐照信号的处理具体为:
所述的信息处理模块对其接收到的工作电压、工作电流和辐照信号进行滤波处理,且该信息处理模块对滤波处理后的工作电压、工作电流以及辐照信号每5分钟取一次平均值以获取所述的电压处理数据、电流处理数据及辐照处理数据。
较佳地,所述的辐照传感器包括第一辐照传感器和第二辐照传感器,且
所述的第一辐照传感器和第二辐照传感器的型号和参数一致,所述的第一辐照传感器检测到的辐照信号经所述的信号采集模块采集及所述的信号处理模块处理后得第一辐照处理数据,所述的第二辐照传感器检测到的辐照信号经所述的信号采集模块采集及所述的信号处理模块处理后得第二辐照处理数据,且
所述的步骤(4)中所述的监控平台对其接收到的电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据处理的具体步骤为:
(4.1)所述的监控平台将其接收到的所述的电压处理数据、电流处理数据存储到一第一数组L,该第一数组L中的元素L(i,v)中的i为所述的电流处理数据,v为所述的电压处理数据,且所述的监控平台存储所述的第一辐照处理数据和所述的第二辐照处理数据;
(4.2)所述的监控平台将所述的第一数组L中的元素L(i,v)中的电流处理数据和电压处理数据校正到所述的第一辐照处理数据的辐照和25℃的温度条件下,并将所得的校正后的电流处理数据和校正后的电压处理数据存储到一第二数组Ln,其中所述的第二数组中的元素Ln(i,v)中的i为校正后的电流处理数据,v为校正后的电压处理数据;
(4.3)所述的监控平台将所述的组串的工作电压与该组串中包括的组件个数相除,以得到所述的组串中的组件的平均工作电压;
(4.4)所述的监控平台在所述的第一数组L中查找与所述的步骤(4.2)中所得的平均工作电压最相近的点L(i1,v1),并在所述的第二数组Ln中找到与该最相近的点L(i1,v1)对应的点Ln(i2,v2);
(4.5)所述的监控平台计算所述的光伏电站中的组串的实际功率p1,并通过点Ln(i2,v2)对应的校正后电流处理数据、对应的校正后电压处理数据和所述的组串中的组件个数三者相乘以获取所述的组串在排除温度干扰且无积尘情况下的应发功率p2;
(4.6)所述的监控平台计算所述的组串的积尘损失率η为:
较佳地,所述的步骤(4)中根据所述的组串的积尘损失率判断是否需要发出警报信息具体为:
判断所述的组串的积尘损失率是否大于一阈值,若大于该阈值,则所述的监控平台发送警报信息以提示维护人员对所述的组串进行清洗,且清洗完所述的待清洗的组串后清洗所述的基准光伏组件;否则所述的监控平台继续监控;所述的阈值预先设置为4%。
较佳地,所述的基准光伏组件连接所述的DC/DC变换器用以使该基准光伏组件的工作电压和工作电流变化,所述的信号采集模块采集该基准光伏组件变化的工作电流和工作电压。
较佳地,所述的信号采集模块的采样频率为100Hz,且所述的信号处理模块的接收频率为0.2Hz。
较佳地,所述的传输模块为无线传输模块,其可通过WiFi、2G、3G和4G传输协议进行无线传输。
采用该种结构的光伏电站积尘状态评估监测系统及其方法,由于其使用一DC/DC变换器使所述基准光伏组件输出不同的工作电压和工作电流,并由此在监控平台生成该基准光伏组件的第一数组L,该第一数组的元素L(i,v)中的i为电流处理数据,v为电压处理数据,且该监控平台根据玻璃上表面的辐照值测得的无积尘时的光强,对第一数组L进行校正,获取该基准光伏组件在无积尘、25℃时的第二数组Ln,其中第二数组的元素Ln(i,v)中的i为校正后的电流处理数据,v为校正后的电压处理数据,而后通过所述的监控平台获取该光伏电站的实际组串的工作电流、工作电压,并将该组串的工作电压除以该组串中包括的组件个数,获得每个组件的平均工作电压,并在所述的第一数组L中找到接近该平均工作电压的L(i1,v1),且在所述的第二数组Ln中找到与L(i1,v1)对应的Ln(i2,v2),用第二数组Ln中该点Ln(i2,v2)对应的校正后的电流处理数据和校正后的电压处理数据计算该组串中的组件在无积尘、排除温度干扰的情况下的应发功率,该应发功率与该组串中的组件个数相乘,即可得所述的组串的应发功率,结合该监控平台测得的实际功率可求取该光伏电站的组串的积尘损失率,并判断该积尘损失率是否超过系统允许的阈值,以判断是否发出警报。该系统能够评估积尘导致的功率损失,同时该评估方案通过温度修正将温度影响也排除在外,该方案对积尘的评估精确到组件级别,因此,本发明提出的积尘评估系统具有客观、精确、全面的特点。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容,特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示,该光伏电站积尘状态评估监测系统,包括基准光伏组件、信号采集模块、辐照传感器、玻璃、传输模块和监控平台,其主要特点是,所述的基准光伏组件与所述的信号采集模块互相连接,所述的辐照传感器安装于所述的玻璃上,所述的传输模块分别通过信号采集模块与所述的基准光伏组件以及所述的辐照传感器相连接,所述的光伏电站包括组串,所述的监控平台监控该光伏电站,并获取所述的组串的信息。
所述的基准光伏组件与一DC/DC变换器相连接,所述的信号采集模块和所述的传输模块之间还连接有一信号处理模块,所述的组串包括组件,所述的基准光伏组件的型号参数与所述的光伏电站中的组件相同,所述的辐照传感器包括第一辐照传感器和第二辐照传感器,且所述的第一辐照传感器和第二辐照传感器的型号与参数一致,所述的第一辐照传感器安装在所述的玻璃的上表面,所述的第二辐照传感器安装在所述的玻璃的下表面,所述的玻璃为一透明玻璃,且所述的透明玻璃的尺寸和透光率与所述的组件表面的透明玻璃相同,所述的传输模块为无线传输模块。
该基于上述的系统实现光伏电站积尘状态评估监测的方法,包括以下步骤:
(1)所述的信号采集模块以一定频率采集该基准光伏组件经过所述的DC/DC变换器输出的工作电压、工作电流和所述的辐照传感器检测到的辐照信号;
(2)所述的信号处理模块以一定频率接收所述的信号采集模块采集到的工作电压、工作电流和辐照信号,并处理其所接收到的工作电压、工作电流以及辐照信号获取相应的电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据,且该信号处理模块将所述的电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据发送给所述的传输模块,且所述的信号处理模块对所得的工作电压、工作电流和辐照信号的处理具体为:
所述的信息处理模块对其接收到的工作电压、工作电流和辐照信号进行滤波处理,且该信息处理模块对滤波处理后的工作电压、工作电流以及辐照信号每5分钟取一次平均值以获取所述的电压处理数据、电流处理数据及辐照处理数据。
(3)所述的传输模块将其接收到的所述的电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据发送给所述的监控平台;
(4)所述的监控平台处理并存储其所接收到的所述的电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据,并根据所得电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据以及该监控平台所获取的所述的组串的信息计算所述的组串的积尘损失率η,并根据所述的组串的积尘损失率判断是否需要报警,如果需要,则所述的监控平台发出警报信息;否则所述的监控平台继续监控;
其中,所述的第一辐照传感器和第二辐照传感器的型号和参数一致,所述的第一辐照传感器检测到的辐照信号经所述的信号采集模块采集及所述的信号处理模块处理后得第一辐照处理数据,所述的第二辐照传感器检测到的辐照信号经所述的信号采集模块采集及所述的信号处理模块处理后得第二辐照处理数据,
且所述的监控平台对其接收到的电压处理数据、电流处理数据和辐照处理数据处理的具体步骤为:
(4.1)所述的监控平台将其接收到的所述的电压处理数据、电流处理数据存储到一第一数组L,该第一数组L中的元素L(i,v)中的i为所述的电流处理数据,v为所述的电压处理数据,且所述的监控平台存储所述的第一辐照处理数据和所述的第二辐照处理数据;
(4.2)所述的监控平台将所述的第一数组L中的元素L(i,v)中的电流处理数据和电压处理数据校正到所述的第一辐照处理数据的辐照和25℃的温度条件下,并将所得的校正后的电流处理数据和校正后的电压处理数据存储到一第二数组Ln,其中所述的第二数组中的元素Ln(i,v)中的i为校正后的电流处理数据,v为校正后的电压处理数据;
(4.3)所述的监控平台将所述的组串的工作电压与该组串中包括的组件个数相除,以得到所述的组串中的组件的平均工作电压;
(4.4)所述的监控平台在所述的第一数组L中查找与所述的步骤(4.2)中所得的平均工作电压最相近的点L(i1,v1),并在所述的第二数组Ln中找到与该最相近的点L(i1,v1)对应的点Ln(i2,v2);
(4.5)所述的监控平台计算所述的组串的实际功率p1,并通过点Ln(i2,v2)对应的校正后电流处理数据、对应的校正后电压处理数据和所述的组串中的组件个数三者相乘以获取所述的组串在排除温度干扰且无积尘情况下的应发功率p2;
(4.6)所述的监控平台按以下公式计算所述的光伏电站中的组串的积尘损失率η:
其中所述的p1为所述的组串的实际功率,所述的p2为所述的组串在排除温度干扰且无积尘情况下的应发功率,所述的η为该组串的积尘损失率;
所述的步骤(4)中根据积尘损失率判断是否需要发出警报信息具体为:
判断所述的组串的积尘损失率是否大于一阈值,若大于该阈值,则所述的监控平台发送警报信息以提示维护人员对所述的组串进行清洗,且清洗完所述的待清洗的组串后清洗所述的基准光伏组件;否则所述的监控平台继续监控;所述的阈值预先设置为4%。
所述的基准光伏组件连接所述的DC/DC变换器用以使该基准光伏组件的工作电压和工作电流变化,所述的信号采集模块采集该基准光伏组件变化的工作电流和工作电压。
在一种较佳的实施例中,所述的信号采集模块的采样频率为100Hz,且所述的信号处理模块的接收频率为0.2Hz,且所述的传输模块为无线传输模块,其可通过WiFi、2G、3G和4G传输协议进行无线传输。
在一种具体的实施例中,请参阅图1,本发明包括:基准光伏组件、电压、电流传感器、DC/DC变换器、信号采集模块、信号处理模块、无线传输模块、辐照度传感器、透明玻璃、远程监控平台以及相应的支撑设备如支架、网线等。其中,基准光伏组件与该光伏电站中的组件的型号、厂家均一致,透明玻璃的上下表面辐照传感器型号、参数也相同,透明玻璃尺寸应与光伏组件相同,且透明玻璃的透光率等参数须与光伏电站的组件表面透明玻璃一致,远程监控平台负责监控电站实时运行情况,各组件电流、环境温度、逆变器发电功率均为已知参数。
若电站中采用多种型号的组件,则应为每一种型号的组件设置一块基准光伏组件以及配套使用的电压、电流传感器、DC/DC变换器、信号采集模块、信号处理模块和无线传输模块。
请参阅图3,在一种具体的实施例中,所述的DC/DC变换器的调制信号为上下削平的三角波,频率为0.1Hz,载波为三角波,频率为1000Hz;每半个调制周期,该DC/DC变换器电流可从零到基准光伏组件短路电流之间变化,即完成一次基准光伏组件I-V曲线扫描,该I-V曲线经信号采样模块、信号处理模块传给所述的监控平台后,由所述的监控平台存储于第一数组L。
信号采集模块负责对基准光伏组件工作电流、工作电压进行采样,采样频率为100Hz,由于DC/DC变换器每5秒内完成一次基准光伏组件I-V曲线的扫描,所以该信号采集模块也在5秒内完成一次I-V曲线的采样,并分别将工作电压、工作电流保存于v和i中;取5分钟内平均值得vave和iave,并传给无线传输模块。
无线传输模块接收信号处理模块传递的5分钟内平均值得vave和iave,并将其传送到监控平台。
请参阅图2,两个辐照传感器分别安装在透明玻璃的上表面和下表面,且该透明玻璃上表面辐照传感器测得辐照值记为su,透明玻璃的下表面传感器测得辐照值记为sd,取5分钟平均值分别记为suave和sdave传送到监控平台。
监控平台将基准光伏组件的I-V曲线存储到第一数组L,并校正到透明玻璃上表面安装的辐照传感器采集的辐照信号由信号采集模块采集和信号处理模块处理后的光照suaveW/m2和25℃温度下,得到第二数组Ln。
监控平台查找所述的组串工作电流和工作电压,以工作电压除以该组串中组件的个数,得到组串中每个组件的平均工作电压,再据此在第一数组L中寻找最近点,记为L(i1,v1);在第二数组Ln中找到L(i1,v1)修正后的点,记为Ln(i2,v2)。
监控平台计算组件实际功率p1,并用Ln(i2,v2)点的校正后电流处理数据与校正后电压处理数据相乘,再乘以组件个数即得到排除温度干扰,无积尘情况下的应发功率p2。
监控平台计算所述的组串的积尘损失率当损耗率超过4%时该监控平台发出警报提示维护人员进行清洗。
维护人员在清洗完所有待清洗组串后,再清洗基准光伏组件。
采用该种结构的光伏电站积尘状态评估监测系统及其方法,由于其使用一DC/DC变换器使所述基准光伏组件输出不同的工作电压和工作电流,并由此在监控平台生成该基准光伏组件的第一数组L,该第一数组的元素L(i,v)中的i为电流处理数据,v为电压处理数据,且该监控平台根据透明玻璃上表面的辐照值测得的无积尘时的光强,对第一数组L进行校正,获取该基准光伏组件在无积尘、25℃时的第二数组Ln,其中第二数组的元素Ln(i,v)中的i为校正后的电流处理数据,v为校正后的电压处理数据,而后通过所述的监控平台获取该光伏电站的实际组串的工作电流、工作电压,并将该组串的工作电压除以该组串中包括的组件个数,获得每个组件的平均工作电压,并在所述的第一数组L中找到接近该平均工作电压的L(i1,v1),且在所述的第二数组Ln中找到与L(i1,v1)对应的Ln(i2,v2),用第二数组Ln中该点Ln(i2,v2)对应的校正后的电流处理数据和校正后的电压处理数据计算该组串中的组件在无积尘、排除温度干扰的情况下的应发功率,该应发功率与该组串中的组件个数相乘,即可得所述的组串的应发功率,结合该监控平台测得的实际功率可求取该光伏电站的组串的积尘损失率,并判断该积尘损失率是否超过系统允许的阈值,以判断是否发出警报。该系统能够评估积尘导致的功率损失,同时该评估方案通过温度修正将温度影响也排除在外,该方案对积尘的评估精确到组件级别,因此,本发明提出的积尘评估系统具有客观、精确、全面的特点。
在此说明书中,本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是,很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此,说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。