CN106788239B - 基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，基于光伏电站、电站监控中心和数据采集和通信装置，通过对各种情况下的功率损失进行估计并利用图形展示出来，以实现对该光伏电站的性能评估，并在性能评估的基础上对其进行管理。其中，功率损失的情况包括以下几种：组件老化、辐照度低于标准条件、温度高于标准条件、积灰、MPPT偏离、限电、阴影和电气故障，以上情况均会造成光伏电站的功率损失，通过对以上情况的功率损失的估计和评判，对各种情况的功率损失进行客观评价，实现对光伏电站性能的评估和管理。且光伏电站使用各种图形来展示所得的估计数据，包括直方图、比例图和详细列表等，清晰直观的展示出光伏电站的性能，便于管理。

Description

基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及光伏系统智能运维技术领域，具体是指一种基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法。
背景技术
光伏发电是一种应用广泛且仍在高速发展的清洁发电方式。它利用光生伏打效应将光能直接转换成电能并输出，因此辐照强度的大小决定了光伏电池的最大输出电流大小；同时光伏发电的最小组成单元是光伏电池，其本质为一半导体器件，对温度较为敏感，环境温度的高低决定了最大输出电压的大小。因此辐照和温度的变化将影响光伏发电站的输出功率。事实上，实际应用中，外部条件很难达到标准条件(光照幅度1000W/m2，温度25℃)的要求，尤其考虑到积灰等环境问题，光伏电站实际输出功率常常与额定功率相差较远。
集中式逆变器不能对每串组件单独进行最大功率点跟踪(Maximum Power PointTracking，MPPT)，因此部分组串可能没有工作在最大功率点，进而导致功率损失；组件性能衰减、组件电气故障等因素也会造成一定的功率下降；如果逆变器没有工作在额定条件下，逆变器效率也会降低，进而导致功率损失；由于各原因导致的西北部地区限电问题更加剧了电站的功率损失。综上，导致电站功率降低的原因多种多样，尤其是各种因素之间还有相互交叉，使得对单一因素造成的功率损失难以客观评价。而目前大多采用主观估计的方法，误差较大，因此急需一种客观的计算方法理清各类原因导致的功率损失。
最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)是一种太阳能发电优化算法，取代了传统的固定电压发电技术，主要通过实时跟踪控制光伏电池的输出电压(或电流)，进而达到使功率输出最大的目的。其主要原理是不断调整光伏电池输出电压(或电流)，计算发电功率并与前一时刻进行对比，进而决定电压调整的方向，该技术可独立运行，也可以集成于逆变器中，是现代光伏发电系统不可或缺的基础技术之一。
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对光伏电站作出客观的性能评估、并且为光伏电站的科学管理提供了数据支撑的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法。
本发明的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法具体如下：
该基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，基于电站监控中心，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)电站监控中心将所有变量初始化为零，且该电站监控中心分别读取正常组串、限电组串、受阴影遮挡的组串以及电气故障组串的个数，并分别记为Ns1，Ns2，Ns3和Ns4；
(2)所述的电站监控中心获取该光伏电站基准组件的参数，并根据该基准组件的参数，对该光伏电站的功率损失进行估计；
(3)所述的电站监控中心根据获取的功率损失数据对所述的光伏电站作出性能评估和管理，并根据所得功率损失的数据将图形绘制出来。
较佳地，所述的步骤(2)中对该光伏电站的功率损失按如下顺序进行估算：组件老化导致的功率损失、辐照度低于标准条件造成的功率损失、温度高于标准条件造成的功率损失、积灰导致的功率损失、MPPT偏离造成的功率损失、限电导致的功率损失、阴影导致的功率损失和电气故障导致的功率损失。
更佳地，所述的组件老化导致的功率损失的计算步骤为：
根据基准组件上传的数据，计算基准组件实测最大功率点pmax，并校正到标准条件下的pstc，校正公式为：
其中δ和s分别为功率温度系数和实测有积灰时的辐照强度，老化导致的功率损失为：
Δpdecay＝(pe-pstc)×N；
其中pe是组件出厂时额定最大功率，N为电站组件个数。
更佳地，所述的辐照度低于标准条件造成的功率损失的计算步骤为：
将pmax校正到没有积灰的辐照度和25℃的条件下，
其中，sclean为实测没有积灰时的辐照强度，因此辐照度低于标准辐照度造成的功率损失为：
更佳地，所述的温度高于标准条件造成的功率损失的计算步骤为：
将pmax校正到标准光照下得：
则温度高于标准条件导致的功率损失为：
Δptemperature＝(pe-p1000t-pdecay)×N。
更佳地，所述的积灰导致的功率损失的计算步骤为：
Δpdust＝(pclean25-pmax-pdecay)×N。
更佳地，所述的MPPT偏离造成的功率损失的计算步骤为：
将组串实际工作功率pworking校正到标准条件下，得：
则MPPT偏离损失为：
其中Ns1为正常组串的个数。
更佳地，所述的限电导致的功率损失的计算步骤为：
计算正常组串平均功率为：
再计算限电导致的功率损失为：
其中plimit(k)为第k个限电组串实际功率，Ns2为限电组串的个数。
更佳地，所述的阴影导致的功率损失的计算步骤为：
其中pshadow(k)为第k个被阴影遮盖的组串实际功率，Ns3为受阴影遮挡的组串的个数。更佳地，所述的电气故障导致的功率损失的计算步骤为：
其中pfault(k)为第k个故障组串实际功率，Ns4为故障组串的个数。
较佳地，所述的方法还基于所述的光伏电站现场的数据采集和通信装置，该数据采集和通信装置包括智能汇流箱，用于采集组串电流和电压数据、测试基准组件、采集基准板I-V曲线和环境参数数据，所述的光伏电站监控中心用于接收现场设备传送的数据，修正基准组件的I-V曲线，判定组串的工作状态并计算各种原因导致的功率损失，且所述的步骤(3)中的图形包括直方图、比例图和详细列表。
采用该种结构的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，由于其使用电站监控中心结合采样的设备为光伏电站的性能评估提供数据基础，并通过光伏电站监控中心对多种常见因素造成的功率损失进行计算，提供可行的图形化展示方法，解决了光伏电站功率损失责任不清的问题，通过性能评估对后续管理和功率预测提供了数据支撑,并对单一因素造成的功率损失进行了客观评价，并解决了目前大多现有技术采用主观估计的、误差较大的问题，具有较广的适用范围。
附图说明
图1为本发明的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法的步骤流程图。
图2为本发明的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法用以展示所得数据的直方图。
图3为本发明的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法用以展示所得数据的比例图。
图4为本发明的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法用以展示所得数据的详细列表。
具体实施方式
该基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，基于电站监控中心，其中所述的方法包括以下步骤：
(1)电站监控中心将所有变量初始化为零，且该电站监控中心分别读取正常组串、限电组串、受阴影遮挡的组串以及电气故障组串的个数，并分别记为Ns1，Ns2，Ns3和Ns4；
(2)所述的电站监控中心获取该光伏电站基准组件的参数，并根据该基准组件的参数，对该光伏电站的功率损失进行估计；
(3)所述的电站监控中心根据获取的功率损失数据对所述的光伏电站作出性能评估和管理，并根据所得功率损失的数据将图形绘制出来，且所述的图形包括直方图、比例图和详细列表。
较佳地，所述的步骤(2)中对该光伏电站的功率损失按如下顺序进行估算：组件老化导致的功率损失、辐照度低于标准条件造成的功率损失、温度高于标准条件造成的功率损失、积灰导致的功率损失、MPPT偏离造成的功率损失、限电导致的功率损失、阴影导致的功率损失和电气故障导致的功率损失。
且所述的方法还基于所述的光伏电站现场的数据采集和通信装置，该数据采集和通信装置包括智能汇流箱，所述的智能汇流箱用于采集组串电流和电压数据、测试基准组件、采集基准板I-V曲线和环境参数数据，所述的电站监控中心用于接收现场设备传送的数据，修正基准组件的I-V曲线，判定组串的工作状态并计算各种原因导致的功率损失，且所述的步骤(3)中的图形包括直方图、比例图和详细列表。
如图1所示，在具体的实施方式中，该光伏电站功率损失计算模型的工作流程如下所示：
(1)将所有变量初始化为零，且该电站监控中心分别读取正常组串、限电组串、受阴影遮挡的组串以及电气故障组串的个数，并分别记为Ns1，Ns2，Ns3和Ns4；
(2)计算组件老化导致的功率损失，根据基准组件系统上传数据，计算基准组件实测最大功率点pmax，并校正到标准条件下得pstc，校正公式为：其中δ和s分别为功率温度系数和实测有积灰时的辐照强度，老化导致的功率损失为：Δpdecay＝(pe-pstc)×N，其中；pe是组件出厂时额定最大功率，N为电站组件个数；
(3)计算辐照度低于标准条件造成的损失，为消除积灰、温度以及老化导致的影响，首先将pmax校正到没有积灰的辐照度和25℃下，其中，sclean实实测没有积灰时的辐照强度，因此辐照度低于标准辐照度造成的功率损失为：Δpirradiation＝(pe-pclean25-Δpdecay)×N；
(4)计算温度高于标准条件造成的功率损失，为消除温度以及老化造成的影响，首先将pmax校正到标准光照下得则温度高于标准条件导致的功率损失为Δptemperature＝(pe-p1000t-pdecay)×N；
(5)计算积灰导致的功率损失，为消除组件老化造成的影响，应减去组件老化损失，即：Δpdust＝(pclean25-pmax-pdecay)×N；
(6)计算MPPT偏离造成的功率损失，首先将组串实际工作功率pworking校正到标准条件下，得到则MPPT偏离损失为其中Ns1为正常组串的个数；
(7)计算限电导致的损失，首先计算正常组串平均功率再计算限电导致的功率损失为其中plimit(k)为第k个限电组串实际功率，Ns2为限电组串的个数；
(8)计算阴影导致的功率损失其中pshadow(k)为第k个被阴影遮盖的组串实际功率，Ns3为受阴影遮挡组串的个数；
(9)计算电气故障导致的功率损失其中pfault(k)为第k个故障组串实际功率，Ns4为故障组串的个数。
如图2、3、4所示，所述的电站监控中心保存数据并将数据用于电站性能评估和功率预测，接收现场设备传送的数据，修正基准组件的I-V曲线，判定组串的工作状态并计算各种原因导致的功率损失，将数据利用图形，图形包括直方图、比例图和详细列表，以展示帮助用户更好的维护电站。
且该光伏电站功率损失计算模型还基于数据采集和通信装置，如智能汇流箱，用于采集组串电流和电压数据，测试基准组件，采集基准板I-V曲线和环境参数数据。
采用该种结构的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，由于其使用电站监控中心结合采样的设备为光伏电站的性能评估提供数据基础，并通过光伏电站监控中心对多种常见因素造成的功率损失进行计算，提供可行的图形化展示方法，解决了光伏电站功率损失责任不清的问题，通过性能评估对后续管理和功率预测提供了数据支撑,并对单一因素造成的功率损失进行了客观评价，并解决了目前大多现有技术采用主观估计的、误差较大的问题，具有较广的适用范围。
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。

Claims (11)

1.一种基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，基于电站监控中心，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)电站监控中心将所有变量初始化为零，且该电站监控中心分别读取正常组串、限电组串、受阴影遮挡的组串以及电气故障组串的个数，并分别记为Ns1、Ns2、Ns3和Ns4；
(2)所述的电站监控中心获取该光伏电站基准组件的参数，并根据该基准组件的参数和步骤(1)所述的正常组串个数Ns1、限电组串个数Ns2、受阴影遮挡的组串个数Ns3和电气故障组串个数Ns4，对该光伏电站的功率损失进行估计；
(3)所述的电站监控中心根据获取的功率损失数据对所述的光伏电站作出性能评估和管理，并根据所得功率损失的数据将图形绘制出来；
所述的光伏电站的功率损失是指组件老化导致的功率损失、辐照度低于标准条件造成的功率损失、温度高于标准条件造成的功率损失、积灰导致的功率损失、MPPT偏离造成的功率损失、限电导致的功率损失、阴影导致的功率损失和电气故障导致的功率损失。
2.根据权利要求1所述的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中对该光伏电站的功率损失按以下顺序进行估算：
组件老化导致的功率损失、辐照度低于标准条件造成的功率损失、温度高于标准条件造成的功率损失、积灰导致的功率损失、MPPT偏离造成的功率损失、限电导致的功率损失、阴影导致的功率损失和电气故障导致的功率损失。
3.根据权利要求2所述的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，其特征在于，所述的组件老化导致的功率损失的计算步骤为：
根据基准组件上传的数据，计算基准组件实测最大功率点pmax，并校正到标准条件下的pstc，校正公式为：
其中δ和s分别为功率温度系数和实测有积灰时的辐照强度，老化导致的功率损失为：
Δpdecay＝(pe-pstc)×N；
其中pe是组件出厂时额定最大功率，N为电站组件个数。
4.根据权利要求2所述的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，其特征在于，所述的辐照度低于标准条件造成的功率损失的计算步骤为：
将pmax校正到没有积灰的辐照度和25℃的条件下，
其中，sclean为实测没有积灰时的辐照强度，因此辐照度低于标准辐照度造成的功率损失为：
Δpirradiation＝(pe-pclean25-Δpdecay)×N；
其中，pmax为基准组件实测最大功率点，δ和s分别为功率温度系数和实测有积灰时的辐照强度，pe是组件出厂时额定最大功率，N为电站组件个数，Δpdecay为老化导致的功率损失。
5.根据权利要求2所述的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，其特征在于，所述的温度高于标准条件造成的功率损失的计算步骤为：
将pmax校正到标准光照下得：
则温度高于标准条件导致的功率损失为：
Δptemperature＝(pe-p1000t-pdecay)×N；
其中，pmax为基准组件实测最大功率点，s为实测有积灰时的辐照强度，pe是组件出厂时额定最大功率，N为电站组件个数。
6.根据权利要求2所述的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，其特征在于，所述的积灰导致的功率损失的计算步骤为：
Δpdust＝(pclean25-pmax-pdecay)×N；
其中，pmax为基准组件实测最大功率点，N为电站组件个数，pclean25为没有积灰的辐照度和25℃时基准组件的功率点。
7.根据权利要求2所述的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，其特征在于，所述的MPPT偏离造成的功率损失的计算步骤为：
将组串实际工作功率pworking校正到标准条件下，得：
则MPPT偏离损失为：
其中Ns1为正常组串的个数，pmax为基准组件实测最大功率点，δ和s分别为功率温度系数和实测有积灰时的辐照强度，pe是组件出厂时额定最大功率。
8.根据权利要求2所述的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，其特征在于，所述的限电导致的功率损失的计算步骤为：
计算正常组串平均功率为：
再计算限电导致的功率损失为：
其中plimit(k)为第k个限电组串实际功率，Ns2为限电组串的个数，pmax为基准组件实测最大功率点，Δpdecay为老化导致的功率损失。
9.根据权利要求2所述的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，其特征在于，所述的阴影导致的功率损失的计算步骤为：
其中pshadow(k)为第k个被阴影遮盖的组串实际功率，Ns3为受阴影遮挡的组串的个数，pmax为基准组件实测最大功率点，Δpdecay为老化导致的功率损失，paverage为正常组串平均功率。
10.根据权利要求2所述的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，其特征在于，所述的电气故障导致的功率损失的计算步骤为：
其中pfault(k)为第k个故障组串实际功率，Ns4为故障组串的个数，pmax为基准组件实测最大功率点，Δpdecay为老化导致的功率损失，paverage为正常组串平均功率。
11.根据权利要求1所述的基于功率损失估计实现光伏电站性能评估和管理的方法，其特征在于，所述的方法还基于所述的光伏电站现场的数据采集和通信装置，该数据采集和通信装置包括智能汇流箱，用于采集组串电流和电压数据、测试基准组件、采集基准板I-V曲线和环境参数数据，所述的光伏电站监控中心用于接收现场设备传送的数据，修正基准组件的I-V曲线，判定组串的工作状态并计算各种原因导致的功率损失，且所述的步骤(3)中的图形包括直方图、比例图和详细列表。
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