CN106712714B - 一种串并联失配损失在线测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种串并联失配损失在线测试方法，建立用于串并联光伏组件失配测试的在线测试装置；采集光伏失配测试有效数据；对光伏失配测试有效数据进行审核，若审核通过，则计算光伏组件串并联失配损失率；若审核未通过，返回步骤2，重新采集光伏失配测试有效数据；获得光伏组件串并联失配损失率计算结果，待测试周期结束后，拆除在线测试装置，恢复光伏阵列接线正常发电。本发明提出的方法实现了被测光伏组件电性能参数和光伏气象数据完全同步，从而避免了传统的串并联失配损失离线测试时，需要将测得的数据统一转换到STC条件下计算串并联损失的转换误差；进而保证了光伏电站的高效且可靠的运行。

Description

一种串并联失配损失在线测试方法

技术领域

本发明涉及新能源及电力系统领域，具体涉及一种串并联失配损失在线测试方法。

背景技术

近年来我国光伏发电装机容量迅猛发展，光伏电站建设质量和发电效率越来越受到电站投资方、收购方和运行方的重视，其中组件串并联失配损失是导致光伏电站发电效率下降的因素之一。光伏组件串并联失配损失是由于电站建设过程中采购时抢组件、安装时抢工期，安装过程中未进行组件参数一致性筛选，一些参数差异大、甚至不同型号的组件安装在同一个光伏组串中，导致组件串并联失配严重超标。通过大量现场测试发现，一些建设质量较差的光伏电站，其组件串并联失配高达5％-8％，加之组件自身的功率衰减，整个光伏阵列的发电功率一般会比预期值少10％以上，这严重降低了光伏电站的整体发电能力和收益能力，必须予以足够的重视，做到及早避免、早测试早解决。

目前各检测机构在开展光伏组件串并联失配损失测试时，均采用离线测试法：将组件(组串)从光伏阵列中切出，分别测试每个光伏组件(组串)的I-V特性曲线和特性参数，然后依据相关公式转换到STC条件下的参数再进行失配计算。这种方法测试时需将汇流箱、组串和组件分别切出系统，不但影响电站正常发电，而且测试过程中接线拆线工作量大，测试效率较低，并且在后期数据计算时，需将测试数据转换到STC条件下，该过程存在或多或少不可避免的转换误差，使测试结果不确定性增大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种串并联失配损失在线测试方法，该方法实现了被测光伏组件性能参数、光伏气象数据完全同步，从而避免了传统串并联失配损失离线测试时，需将测得的数据统一转换到STC环境计算串并联损失的转换误差；不但易于实现、测试方便，而且测试精度较高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种串并联失配损失在线测试方法，所述方法包括，

步骤1.建立用于串并联光伏组件失配测试的在线测试装置；

步骤2.采集光伏失配测试有效数据，其包括被测光伏组件性能参数，以及光伏电站气象实测数据中的气象有效数据；

步骤3.对光伏失配测试有效数据进行审核，若审核通过，则计算光伏组件串并联失配损失率；若审核未通过，返回步骤2，重新采集光伏失配测试有效数据；

步骤4.获得光伏组件串并联失配损失率计算结果，待测试周期结束后，拆除在线测试装置，恢复光伏阵列接线正常发电。

优选的，所述在线测试装置包括：光伏汇流箱、数个第一I-V在线测试模块、数个第二I-V在线测试模块、气象监测设备和集中控制模块；通过以太网相连的气象监测设备和光伏汇流箱分别经上位机与集中控制模块相互通信；所述光伏汇流箱的输出端设有与各个并联的被测光伏组件串联连接的第一I-V在线测试模块，以及设有与各个串联被测光伏组件并联连接的第二I-V在线测试模块。

进一步地，所述集中控制模块，用于设置气象监测设备参数，根据预设的测试周期自动向I-V在线测试模块和气象监测设备下发同步测试指令，获得光伏失配测试有效数据，并对所述光伏失配测试有效数据进行审核；

其中，所述气象监测设备参数，包括测试模式、测试起止时间、测试时间间隔和测试量期望值。

进一步地，各个所述第一I-V在线测试模块之间设有开关，所述第一I-V在线测试模块通过通讯接口与上位机连接，用于将串联被测光伏组件产生的电流、电压输入至集中控制模块；

各个所述第二I-V在线测试模块之间设有开关，所述第二I-V在线测试模块通过通讯接口与上位机连接，用于将并联被测光伏组件产生的电流、电压输入至集中控制模块。

优选的，所述采集被测光伏组件性能参数包括：断开被测光伏组件所在光伏汇流箱，将多通道下的串并联第一I-V在线测试模块和第二I-V在线测试模块构成光伏阵列，通过内部开关将被测光伏组件切出光伏汇流箱，与之形成测试回路；

光伏组件的串并联失配测试分时进行，集中控制模块在不同时刻自动触发二者的测试命令，通过上位机下发至光伏汇流箱；测试光伏组件串联失配时，各并联被测光伏组件的第一I-V在线测试模块串联连接，通过内部开关将被测光伏组件从光伏汇流箱中切出，与之形成测试回路；测试光伏组件并联失配时，各串联被测光伏组件的第二I-V在线测试模块并联连接，光伏组件测试完成后通过光伏组件I-V在线测试模块内部开关器件自动完成光伏组件切入光伏汇流箱，测试光伏汇流箱电压量和电流量。

优选的，所述光伏电站气象实测数据中的气象有效数据的采集方法包括：定义气象数据采集点，根据所述气象数据采集点将光伏电站平均分为若干个区域，在各区域的物理中心设置气象监测设备，获取光伏电站气象实测数据中的气象有效数据；其中，

所述气象监测设备包括，辐照度表、倾角可调整的辐照度测量支架、移动式底盘和环境温度传感器，以及带有数据无线通讯功能的数据采集单元；

所述辐照度表及环境温度传感器之间通过有线通讯连接；所述辐照度表与被测光伏组件的安装倾角保持一致。

优选的，所述获取光伏电站的实测气象数据中的气象有效数据包括：

采用气象监测设备获得实测气象数据，包括实测水平辐照强度和环境温度；

将所述实测水平辐照强度转化为所述光伏组件斜面的有效辐照强度；

将所述环境温度转化为所述光伏组件的有效板面温度。

进一步地，将所述实测水平辐照强度转化为所述光伏组件斜面的有效辐照强度G_e：

式中：G_e为光伏组件斜面的有效辐照强度；G_dn为气象监测设备测量的直射辐照强度；G_dif为气象监测设备测量的散射辐照强度；G_t为气象监测设备测量的总辐照强度；Z'为光伏组件倾角；θ_i为太阳入射角；ρ为地面反射系数。

进一步地，将所述环境温度转化为所述光伏组件的有效板面温度T_m：

T_m＝T_a+K·G_e                 (2)

式中：T_m光伏组件的板面温度；T_a为环境温度；G_e为光伏组件斜面的有效辐照强度；K为温度修正系数；其中，K的修正方法为每年均通过采集实际运行数据，利用自回归的方法对K值进行修正。

优选的，所述对光伏失配测试有效数据进行审核的方法包括：若被测光伏组件性能参数未超出电流限流值I_limit、限压值V_limit且被测光伏组件最大功率点在预设阈值范围内，则表示测试数据有效；否则，检测被测光伏测试设备故障和上位机集中控制模块设置情况，对错误节点进行修正，并返回步骤2重新获得光伏失配测试有效数据。

优选的，所述通过下式确定光伏组件串联失配率Q:

和，

光伏组件并联失配率W:

其中，m为第一I-V在线测试模块个数，n为第二I-V在线测试模块个数,

为当前辐照强度下的输出的功率值，P_{mpp_array}为光伏组件串联功率损失，P_{mpp_box}为光伏组件串联功率损失。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、建立用于串并联光伏组件失配测试的在线测试装置不但对光伏组件I-V特性进行在线同步测量，与此同时采用集中控制系统同步采集光伏气象数据，从而实现被测光伏组件性能参数、光伏气象数据完全同步，避免了传统离线测试方法的STC转换误差。

在采集光伏气象数据时通过采用物理方法将实测水平面辐照强度转换为光伏组件斜面辐照强度，将环境温度转换为板面温度，综合考虑光伏电站的位置、不同光伏组件的特性及安装方式等因素。

2、测试过程简便，测试前将仪器与被测光伏组件连接，整个测试过程由集中控制系统自动控制完成，极大节省了测试周期和测试人工成本。

3、测试精度提高，本方法通过大量的测试数据减少测试误差，从而提高光伏组件串并联失配损失瞬时测试精度高于3％，长时测试精度高于1％。使得光伏电站的实际运行有了准确且可靠的数据依据；进而保证了光伏电站的高效且可靠的运行。

附图说明

图1是本发明的串并联失配损失在线测试方法流程图；

图2是本发明的在线测试装置的结构示意图。

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，本发明提供一种串并联失配损失在线测试方法，所述方法包括，

步骤1.建立用于串并联光伏组件失配测试的在线测试装置；如图2所示包括：光伏汇流箱、第一I-V在线测试模块、第二I-V在线测试模块、气象监测设备和集中控制模块；通过以太网相连的气象监测设备和光伏汇流箱分别经上位机与集中控制模块相互通信；所述光伏汇流箱的输出端设有与各个并联的被测光伏组件串联连接的第一I-V在线测试模块，以及设有与各个串联被测光伏组件并联连接的第二I-V在线测试模块。

集中控制模块，用于设置气象监测设备参数，根据预设的测试周期自动向I-V在线测试模块和气象监测设备下发同步测试指令，获得光伏失配测试有效数据，并对所述光伏失配测试有效数据进行审核；

其中，所述气象监测设备参数，包括测试模式、测试起止时间、测试时间间隔和测试量期望值。

各个所述第一I-V在线测试模块之间设有开关，所述第一I-V在线测试模块通过通讯接口与上位机连接，用于将串联被测光伏组件产生的电流、电压输入至集中控制模块；

各个所述第二I-V在线测试模块之间设有开关，所述第二I-V在线测试模块通过通讯接口与上位机连接，用于将并联被测光伏组件产生的电流、电压输入至集中控制模块。

步骤2.采集光伏失配测试有效数据，其包括被测光伏组件性能参数，以及光伏电站气象实测数据中的气象有效数据；

采集被测光伏组件性能参数包括：断开被测光伏组件所在光伏汇流箱，将多通道下的串并联第一I-V在线测试模块和第二I-V在线测试模块构成光伏阵列，通过内部开关将被测光伏组件切出光伏汇流箱，与之形成测试回路；

光伏组件的串并联失配测试分时进行，集中控制模块在不同时刻自动触发二者的测试命令，通过上位机下发至光伏汇流箱；测试光伏组件串联失配时，各并联被测光伏组件的第一I-V在线测试模块串联连接，通过内部开关将被测光伏组件从光伏汇流箱中切出，与之形成测试回路；测试光伏组件并联失配时，各串联被测光伏组件的第二I-V在线测试模块并联连接，光伏组件测试完成后通过光伏组件I-V在线测试模块内部开关器件自动完成光伏组件切入光伏汇流箱，测试光伏汇流箱电压量和电流量。

光伏电站气象实测数据中的气象有效数据的采集方法包括：定义气象数据采集点，根据所述气象数据采集点将光伏电站平均分为若干个区域，在各区域的物理中心设置气象监测设备，获取光伏电站气象实测数据中的气象有效数据；其中，

所述气象监测设备包括，辐照度表、倾角可调整的辐照度测量支架、移动式底盘和环境温度传感器，以及带有数据无线通讯功能的数据采集单元；

所述辐照度表及环境温度传感器之间通过有线通讯连接；所述辐照度表与被测光伏组件的安装倾角保持一致。

获取光伏电站的实测气象数据中的气象有效数据包括：

采用气象监测设备获得实测气象数据，包括实测水平辐照强度和环境温度；

将所述实测水平辐照强度转化为所述光伏组件斜面的有效辐照强度；

将所述环境温度转化为所述光伏组件的有效板面温度。

将所述实测水平辐照强度转化为所述光伏组件斜面的有效辐照强度G_e：

式中：G_e为光伏组件斜面的有效辐照强度；G_dn为气象监测设备测量的直射辐照强度；G_dif为气象监测设备测量的散射辐照强度；G_t为气象监测设备测量的总辐照强度；Z'为光伏组件倾角；θ_i为太阳入射角；ρ为地面反射系数。

将所述环境温度转化为所述光伏组件的有效板面温度T_m：

T_m＝T_a+K·G_e                 (2)

式中：T_m光伏组件的板面温度；T_a为环境温度；G_e为光伏组件斜面的有效辐照强度；K为温度修正系数；其中，K的修正方法为每年均通过采集实际运行数据，利用自回归的方法对K值进行修正。

步骤3.对光伏失配测试有效数据进行审核，若审核通过，则计算光伏组件串并联失配损失率；若审核未通过，返回步骤2，重新采集光伏失配测试有效数据；

对测试数据进行审核的方法包括：若被测光伏组件性能参数未超出电流限流值I_limit、限压值V_limit且被测光伏组件最大功率点在预设阈值范围内，则表示测试数据有效；否则，检测被测光伏测试设备故障和上位机集中控制模块设置情况，对错误节点进行修正，并返回步骤2重新获得光伏失配测试有效数据。

步骤4.获得光伏组件串并联失配损失率计算结果，待测试周期结束后，拆除在线测试装置，恢复光伏阵列接线正常发电。通过下式确定光伏组件串联失配率Q:

和，

光伏组件并联失配率W:

其中，m为第一I-V在线测试模块个数，n为第二I-V在线测试模块个数,

为当前辐照强度下的输出的功率值，P_{mpp_array}为光伏组件串联功率损失，P_{mpp_box}为光伏组件串联功率损失。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种串并联失配损失在线测试方法，其特征在于，所述方法包括，

步骤1.建立用于串并联光伏组件失配测试的在线测试装置；

步骤2.采集光伏失配测试有效数据，其包括被测光伏组件性能参数，以及光伏电站气象实测数据中的气象有效数据；

步骤3.对光伏失配测试有效数据进行审核，若审核通过，则计算光伏组件串并联失配损失率；若审核未通过，返回步骤2，重新采集光伏失配测试有效数据；

步骤4.获得光伏组件串并联失配损失率计算结果，待测试周期结束后，拆除在线测试装置，恢复光伏阵列接线正常发电；

步骤2中，所述采集被测光伏组件性能参数包括：断开被测光伏组件所在光伏汇流箱，将多通道下的串并联第一I-V在线测试模块和第二I-V在线测试模块构成光伏阵列，通过内部开关将被测光伏组件切出光伏汇流箱，与之形成测试回路；

光伏组件的串并联失配测试分时进行，集中控制模块在不同时刻自动触发二者的测试命令，通过上位机下发至光伏汇流箱；测试光伏组件串联失配时，各并联被测光伏组件的第一I-V在线测试模块串联连接，通过内部开关将被测光伏组件从光伏汇流箱中切出，与之形成测试回路；测试光伏组件并联失配时，各串联被测光伏组件的第二I-V在线测试模块并联连接，光伏组件测试完成后通过光伏组件I-V在线测试模块内部开关器件自动完成光伏组件切入光伏汇流箱，测试光伏汇流箱电压量和电流量；

步骤2中，所述光伏电站气象实测数据中的气象有效数据的采集方法包括：定义气象数据采集点，根据所述气象数据采集点将光伏电站平均分为若干个区域，在各区域的物理中心设置气象监测设备，获取光伏电站气象实测数据中的气象有效数据；其中，

所述气象监测设备包括，辐照度表、倾角可调整的辐照度测量支架、移动式底盘和环境温度传感器，以及带有数据无线通讯功能的数据采集单元；

所述辐照度表及环境温度传感器之间通过有线通讯连接；所述辐照度表与被测光伏组件的安装倾角保持一致；

步骤2中，所述获取光伏电站的实测气象数据中的气象有效数据包括：

采用气象监测设备获得实测气象数据，包括实测水平辐照强度和环境温度；

将所述实测水平辐照强度转化为所述光伏组件斜面的有效辐照强度；

将所述环境温度转化为所述光伏组件的有效板面温度。

2.如权利要求1所述的在线测试方法，其特征在于，步骤1中，所述在线测试装置包括：光伏汇流箱、数个第一I-V在线测试模块、数个第二I-V在线测试模块、气象监测设备和集中控制模块；通过以太网相连的气象监测设备和光伏汇流箱分别经上位机与集中控制模块相互通信；所述光伏汇流箱的输出端设有与各个并联的被测光伏组件串联连接的第一I-V在线测试模块，以及设有与各个串联被测光伏组件并联连接的第二I-V在线测试模块。

3.如权利要求2所述的在线测试方法，其特征在于，所述集中控制模块，用于设置气象监测设备参数，根据预设的测试周期自动向I-V在线测试模块和气象监测设备下发同步测试指令，获得光伏失配测试有效数据，并对所述光伏失配测试有效数据进行审核；

其中，所述气象监测设备参数，包括测试模式、测试起止时间、测试时间间隔和测试量期望值。

4.如权利要求3所述的在线测试方法，其特征在于，各个所述第一I-V在线测试模块之间设有开关，所述第一I-V在线测试模块通过通讯接口与上位机连接，用于将串联被测光伏组件产生的电流、电压输入至集中控制模块；

各个所述第二I-V在线测试模块之间设有开关，所述第二I-V在线测试模块通过通讯接口与上位机连接，用于将并联被测光伏组件产生的电流、电压输入至集中控制模块。

5.如权利要求1所述的在线测试方法，其特征在于，将所述实测水平辐照强度转化为所述光伏组件斜面的有效辐照强度G_e：

式中：G_e为光伏组件斜面的有效辐照强度；G_dn为气象监测设备测量的直射辐照强度；G_dif为气象监测设备测量的散射辐照强度；G_t为气象监测设备测量的总辐照强度；Z'为光伏组件倾角；θ_i为太阳入射角；ρ为地面反射系数。

6.如权利要求1所述的在线测试方法，其特征在于，将所述环境温度转化为所述光伏组件的有效板面温度T_m：

T_m＝T_a+K·G_e                       (2)

式中：T_m光伏组件的板面温度；T_a为环境温度；G_e为光伏组件斜面的有效辐照强度；K为温度修正系数；其中，K的修正方法为每年均通过采集实际运行数据，利用自回归的方法对K值进行修正。

7.如权利要求1所述的在线测试方法，其特征在于，步骤3中，所述对光伏失配测试有效数据进行审核的方法包括：若被测光伏组件性能参数未超出电流限流值I_limit、限压值V_limit且被测光伏组件最大功率点在预设阈值范围内，则表示测试数据有效；否则，检测被测光伏测试设备故障和上位机集中控制模块设置情况，对错误节点进行修正，并返回步骤2重新获得光伏失配测试有效数据。

8.如权利要求1所述的在线测试方法，其特征在于，步骤3中，通过下式确定光伏组件串联失配率Q:

和光伏组件并联失配率W:

其中，m为第一I-V在线测试模块个数，n为第二I-V在线测试模块个数,

为当前辐照强度下的输出的功率值，P_{mpp_array}为光伏组件串联功率损失，P_{mpp_box}为光伏组件串联功率损失。

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