CN111010084B - 一种光伏电站智能监控分析平台及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种光伏电站智能监控分析平台及方法，包括设备运行状态监控模块、设备运行状态评价模块和统计分析模块；设备运行状态监控模块采集光伏电站内设备运行状态数据，并对数据进行筛选和存储，对筛选后的数据进行分析，得到设备运行状态数据；设备运行状态评价模块根据设备运行状态数据，对设备运行状态进行评价，并进行故障预警和故障诊断，输出故障诊断结果；统计分析模块基于设备运行状态数据和故障诊断结果进行分析与计算，将统计分析的结果进行显示。集成光伏发电功率预测、设备运行监控、故障预警、故障诊断、运营管理、统计分析等多种功能，解决当前光伏电站运维手段欠缺、意外故障损害事件多、发电效率易受干扰等问题。

Description

一种光伏电站智能监控分析平台及方法

技术领域

本公开涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏电站智能监控分析平台及方法。

背景技术

在我国，太阳能光伏发电不断的被应用到人们的生活中，光伏发电产业迎来了飞速发展的前景。从各个方面来看，太阳能光伏发电在我国有着很好的发展前途，第一，我国的地域十分宽广，有足够太阳光照的地方很多，可以建设很多的太阳能光伏发电站。第二，利用太阳能进行发电，不会对环境造成污染，且太阳能属于可再生性资源，太阳能光伏发电很可能会将传统的火力发电进行取代。第三，随着国家和人民群众对新能源的重视程度不断加深，政府依据我国国情的现状，开放了许多的相关优惠政策，对新能源的开发和利用提供可靠的政策支援。

光伏电站系统由组件、逆变器、汇流箱、支架等多个部件组成，其中一个环节出现问题，都会影响电站运行，轻则损失发电量，重则引起火灾一切归零。据运维公司统计，组件、逆变器、汇流箱等直流侧设备故障占比高达90.18％；电缆、箱变、土建、升压站等交流侧设备故障占比达9.82％。

发明人在研发过程中发现，目前我国光伏电站存在的主要问题包括：故障预测不准确、现场运维手段有限、光伏发电效率低、运行数据分析评价能力不足等，这严重影响了光伏电站的涉网性能、管控水平和经济效益。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种光伏电站智能监控分析平台及方法，集成光伏发电功率预测、设备运行监控、故障预警、故障诊断、运营管理、统计分析等多种功能，解决当前光伏电站运维手段欠缺、意外故障损害事件多、发电效率易受干扰等问题。

本公开所采用的技术方案是：

本公开提供一种光伏电站智能监控分析平台，包括设备运行状态监控模块、设备运行状态评价模块和统计分析模块；

所述设备运行状态监控模块，用于采集光伏电站内设备运行状态数据，并对数据进行筛选和存储，对筛选后的数据进行分析，得到设备运行状态数据；

所述设备运行状态评价模块，用于根据设备运行状态监控模块得到的设备运行状态数据，对设备运行状态进行评价，并进行故障预警和故障诊断，输出故障诊断结果；

所述统计分析模块，用于基于设备运行状态数据和故障诊断结果进行分析与计算，将统计分析的结果进行显示。

作为可能的一些实现方式，所述设备运行状态监控模块包括数据采集模块、运行监控模块、数据存储模块及数据筛选模块；

所述数据采集模块，用于采集光伏变电站内所有遥信信息和遥测信息；

所述运行监控模块，用于接收数据采集模块采集的光伏变电站内所有遥信和遥测信息，处理继电保护的状态信息、动作报告和故障录波的相关信息，输出对断路器、电动隔离开关和电动接地刀闸的控制信号至光伏发电站的测控装置，通过光伏发电站的测控装置对站内所有的断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器、电容器和交直流站用电一次设备的运行状态进行控制。

作为可能的一些实现方式，所述数据存储模块，用于将运行监控模块输出的光伏变电站内所有遥信和遥测信息存储到应用数据库中；

所述数据筛选模块，用于对应用数据库中存储的光伏变电站内所有遥信和遥测信息进行检查数据一致性、处理无效值和缺失值的数据处理。

作为可能的一些实现方式，所述设备运行状态评价模块包括故障预警模块、故障诊断模块、功率预测模块和状态评价模块；

所述故障预警模块，用于根据设备实时运行状态进行评价，以声、光和电的形式进行报警；

所述故障诊断模块，用于当设备发生故障时，基于实时运行的模拟量和告警信息，结合设备模型进行故障诊断，快速定位故障，分析故障信息，诊断不同故障类型和发电模型自动给出处理建议。

作为可能的一些实现方式，所述功率预测模块，用于基于环境采集仪采集到的温度、湿度、风速、风向和辐照度数据，将天气预报数据和环境检测仪所采集的数据进行综合分析，实现短期和超短期的光伏功率预测；

所述状态评价模块，用于根据逆变器输出的运行状态数据，对逆变器进行设备评估分析，得到光伏逆变器效率综合评价指标，所述光伏逆变器效率综合评价指标包括光电转化效率和逆变器效率。

作为可能的一些实现方式，所述统计分析模块包括生产报表模块、异常数据汇总模块、发电量统计模块和输出模块；

所述生产报表模块，用于以各接入点直流、交流侧电压电流和逆变器参数数据为基础，将各并网点交流侧功率、日发电量和总发电量参数与设定阈值进行对比，基于对比结果，对各分布式光伏电站设备进行预知性分析，判断设备状态。

作为可能的一些实现方式，所述异常数据汇总模块，用于对支路电流偏低、支路电流为零、支路电流持续一段时间不发生变化或者跳变、汇流箱所有支路电流为零的监控运行中不正常数据进行汇总和分析。

本公开提供一种光伏电站智能监控分析方法，包括：

采集光伏电站内设备运行状态数据，对数据进行筛选和存储，对筛选后的数据进行分析，得到设备运行状态数据；

根据设备运行状态数据，对设备运行状态进行评价，并进行故障预警和故障诊断，输出故障诊断结果；

基于设备运行状态数据和故障诊断结果进行分析与计算，将统计分析的结果进行显示。

通过上述技术方案，本公开的有益效果是：

(1)本公开集成光伏电站数据采集、运行监控、故障诊断、统计分析等多种功能，解决光伏电站设备零散、运维手段欠缺等问题，提供更深层次的信息整合与预测，为光伏电站制定运检方案、开展检测/检修活动提供技术支撑，保证光伏电站安全稳定运行。

(2)本公开集成光伏电站数据采集、运行监控、故障诊断、统计分析等多种功能，对电站内部的逆变器及光伏组件进行横向比较分析(如同一区域的光伏板当日发电量偏差过大时，发出预警，并提出初步的解决办法)，及时发现有问题逆变器及光伏组件，提高电站的发电量。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本公开的不当限定。

图1是根据一种或多种实施方式的光伏电站智能监控分析平台结构图；

图2是光伏电站智能监控分析方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种或多种实施例提供一种光伏电站智能监控分析平台，请参阅附图1，该平台包括设备运行状态监控模块1、设备运行状态评价模块2和统计分析模块3，其中：

所述设备运行状态监控模块1，用于采集光伏电站内设备运行状态数据，并对数据进行筛选和存储，对筛选后的数据进行分析，实现对设备运行状态控制。

所述设备运行状态评价模块2，用于根据设备运行状态监控模块得到的设备运行状态数据，对设备运行状态进行评价，并进行故障预警和故障诊断，当发生故障时，以“声、光、电”的形式对事故进行报警，并输出故障诊断结果，为运维人员提供故障报警信息，并结合现场摄像头进行远程监视，为维护人员快速准确的判断及处理故障提供了有力的保障，在检测到故障发生后会将故障数据记录到数据库中，建立故障诊断数据模型和专家知识库，供技术人员事后分析；将光伏发电功率预测短期和超短期数据，与历史数据进行正确性校核，得到提升准确率和合格率的参考依据。

所述统计分析模块3，用于基于设备运行状态监控模块得到的设备运行状态数据和设备运行状态评价模块处理后的数据进行分析与计算，将统计分析的结果以图像化、表格化，并以曲线、柱状图、表格等多样化形式展示发电量，直流、交流侧电压电流等数据，按照生产管理要求，统计分析发电量数据，包括理论发电量、发电设备输出电量、设备故障率及保护动作次数和上网电量等。

具体地，所述设备运行状态监控模块1包括数据采集模块11、运行监控模块12、数据存储模块13及数据筛选模块14，其中：

所述数据采集模块11，用于采集光伏变电站内所有遥信和遥测信息，所述遥信信息包括光伏变电站内断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器、电容器、交直流站用电及其辅助设备和保护信息；

所述遥测信息包括环境信息和各种电气量和负荷潮流信息等，所述环境信息包括环境温度、湿度、蒸发量、气压、辐射瞬时值、风向、风速、雨量及辐射、日照、雨量累计等；所述各种电气量和负荷潮流信息包括电网电压、电网电流、电网频率功率因数、逆变器效率、有功功率、无功功率、输入总功率、当天发电量及总发电量及运行状态等。

在至少一个实施例中，所述数据采集模块11包括设置在光伏发电站的测控装置、环境采集仪、逆变器、汇流箱、升压变压器，所述测控装置，用于采集光伏变电站内断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器、电容器、交直流站用电及其辅助设备和保护信号，并传输至运行监控模块；所述环境采集仪，用于采集环境温度、湿度、蒸发量、气压、辐射瞬时值、风向、风速、雨量及辐射、日照、雨量累计等；

所述逆变器和汇流箱，用于采集电网电压、电网电流、电网频率功率因数、逆变器效率、有功功率、无功功率、输入总功率、当天发电量及总发电量及运行状态，并传输至运行监控模块；所述升压变压器，用于采集电压、电流、功率因数、总有功功率、总无功功率、日发电量及累计发电量等，并传输至运行监控模块。

所述运行监控模块12，用于接收数据采集模块采集的光伏变电站内所有遥信和遥测信息，处理继电保护的状态信息、动作报告、故障录波等相关信息，输出对所有的断路器、电动隔离开关、电动接地刀闸等控制信号至光伏发电站的测控装置，通过光伏发电站的测控装置对站内所有的断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器、电容器、交直流站用电等一次设备的运行状态进行控制。

在至少一个实施例中，所述运行监控模块处理继电保护的状态信息、动作报告、故障录波等相关信息的具体实现过程为：其运行监控模块通过通讯与站内各个设备进行通讯，读取各个设备的状态信息、动作报告、故障录波等相关信息，实现监测设备的相关信息。

所述数据存储模块13，用于将运行监控模块输出的光伏变电站内所有遥信和遥测信息存储到应用数据库中，便于在数据出现问题的时候，及时进行相应的恢复。

所述数据筛选模块14，用于应用数据库中存储的光伏变电站内所有遥信和遥测信息进行处理，包括检查数据一致性、处理无效值和缺失值等，把异常数据清除，既节省存储空间，也可以提升正常数据的分析效率。

在至少一个实施例中，所述数据筛选模块检查数据一致性、处理无效值和缺失值的具体实现过程为：通过其实际采集的遥测和遥信与各个设备通讯来的数据进行对比，检查数据是否一致，如偏差过大则直接取其实采数据，把通讯来的数据作为无效值，例如：当通过实采同一位置有点流无电压则认为缺失值，反之通讯来的数据也认为为缺失值。

具体地，所述设备运行状态评价模块2包括故障预警模块21、故障诊断模块22、功率预测模块23和状态评价模块24，其中：

所述故障预警模块21，用于根据设备实时运行状态进行评价，以“声、光、电”的形式对事故进行报警。

所述故障诊断模块22，用于当设备发生故障时，基于实时运行的模拟量和告警信息，结合设备模型进行故障诊断，快速定位故障，降低值班人员人工定位故障的工作量，同时缩短设备处理时间，从而降低故障损失发电量；同时当分析出故障后，可诊断不同故障类型和发电模型自动给出具体的处理建议，指导运维人员按照合理的步骤排查并排除故障，从而进一步缩短故障持续的时间。

具体地，所述故障诊断模块基于实时运行的模拟量和告警信息，结合设备模型进行故障诊断，快速定位故障的具体实现过程为：例如当电站某一光伏逆变器支路电流突变启动故障录播时，用过平台的采集模块收集到，故障录播因一支路电流突变启动，其诊断模块就会调出此支路的所有设备的运行数据如逆变器和汇流箱等，将这些设备进行横向对比，发现问题模块，并给出报文。

所述功率预测模块23，用于基于环境采集仪采集到的温度、湿度、风速、风向、辐照度等数据，将天气预报数据和环境检测仪所采集的数据进行综合分析，实现短期和超短期的光伏功率预测，提高设备可利用率的目的。

具体地，所述功率预测模块将天气预报数据和环境检测仪所采集的数据进行综合分析，实现短期和超短期的光伏功率预测的具体实现过程为：其功率预测模块就是现在光伏电站装设的光功率预测系统，通过通讯采集其短期和超短期的光伏功率预测。

所述状态评价模块24，用于根据逆变器输出的电网电压、电网电流、电网频率功率因数、逆变器效率、有功功率、无功功率、输入总功率、当天发电量及总发电量及运行状态数据，对逆变器的转换效率、计划停运系数、非计划停运系数、运行系数、限电弃光率、故障弃光率、(集中式)单个逆变器下组串电流离散率、逆变器输出功率离散率等多方位多维度的设备评估分析，得到光伏逆变器效率综合评价指标，便于现场运维人员提前获知逆变器工作状态，便于现场检修。

所述光伏逆变器效率综合评价指标包括光电转化效率和逆变器效率；

具体地，所述状态评价模块对逆变器的转换效率、计划停运系数、非计划停运系数、运行系数、限电弃光率、故障弃光率、(集中式)单个逆变器下组串电流离散率、逆变器输出功率离散率等多方位多维度的设备评估分析，得到光伏逆变器效率综合评价指标。

具体地，所述统计分析模块3包括生产报表模块31、异常数据汇总模块32、发电量统计模块33和多种输出模块34，其中：

所述生产报表模块31，用于以各接入点直流、交流侧电压电流，逆变器参数等数据为基础，将各并网点交流侧功率、日发电量、总发电量等重要生产参数与设定阈值进行对比，基于对比结果，对各分布式光伏电站的太阳能组件、逆变器等设备进行预知性分析，判断设备状态并提示维护人员进行预知性、预防性维护。

在至少一个实施例中，所述生产报表模块对各分布式光伏电站的太阳能组件、逆变器等设备进行预知性分析。

所述异常数据汇总模块，用于对支路电流偏低、支路电流为零、支路电流持续一段时间不发生变化或者跳变、汇流箱所有支路电流为零等监控运行中不正常数据进行汇总和分析，通过分析这些异常数据有利于发现设备隐患，便于运维人员进行抢修管理。

在至少一个实施例中，所述异常数据汇总模块对支路电流偏低、支路电流为零、支路电流持续一段时间不发生变化或者跳变、汇流箱所有支路电流为零等监控运行中不正常数据进行汇总和分析。

所述发电量统计模块33，用于统计发电量、发电设备输出电量、上网电量以及购网电量，计算出来等效利用小时、标准等价发电时等标准化指标。

在至少一个实施例中，所述发电量统计模块计算等效利用小时、标准等价发电时等标准化指标。

所述多种输出模块，用于将统计分析的结果以图像化、表格化，并以曲线、柱状图、表格等多样化形式展示发电量，直流、交流侧电压电流等数据。

一种光伏电站智能监控分析方法，包括：

采集光伏电站内设备运行状态数据，对数据进行筛选和存储，对筛选后的数据进行分析，得到设备运行状态数据；

根据设备运行状态数据，对设备运行状态进行评价，并进行故障预警和故障诊断，输出故障诊断结果；

基于设备运行状态数据和故障诊断结果进行分析与计算，将统计分析的结果进行显示。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种光伏电站智能监控分析平台，其特征在于：包括设备运行状态监控模块、设备运行状态评价模块和统计分析模块；

所述设备运行状态监控模块，用于采集光伏电站内设备运行状态数据，并对数据进行筛选和存储，对筛选后的数据进行分析，得到设备运行状态数据；

所述设备运行状态评价模块，用于根据设备运行状态监控模块得到的设备运行状态数据，对设备运行状态进行评价，并进行故障预警和故障诊断，输出故障诊断结果；

所述设备运行状态评价模块包括故障预警模块、故障诊断模块和功率预测模块；

所述故障预警模块，用于根据设备实时运行状态进行评价，以声、光和电的形式进行报警；

所述故障诊断模块，用于当设备发生故障时，基于实时运行的模拟量和告警信息，结合设备模型进行故障诊断，快速定位故障，分析故障信息，诊断不同故障类型和发电模型自动给出处理建议；

所述功率预测模块，用于基于环境采集仪采集到的温度、湿度、风速、风向和辐照度数据，将天气预报数据和环境检测仪所采集的数据进行综合分析，实现短期和超短期的光伏功率预测；

所述统计分析模块，用于基于设备运行状态数据和故障诊断结果进行分析与计算，将统计分析的结果进行显示；

所述设备运行状态监控模块包括数据采集模块、运行监控模块；

所述数据采集模块，用于采集光伏变电站内所有遥信信息和遥测信息；

所述遥信信息包括光伏变电站内断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器、电容器、交直流站用电及其辅助设备和保护信息；所述遥测信息包括环境信息和各种电气量和负荷潮流信息，所述环境信息包括环境温度、湿度、蒸发量、气压、辐射瞬时值、风向、风速、雨量及辐射、日照、雨量累计；所述各种电气量和负荷潮流信息包括电网电压、电网电流、电网频率功率因数、逆变器效率、有功功率、无功功率、输入总功率、当天发电量及总发电量及运行状态；

所述运行监控模块，用于接收数据采集模块采集的光伏变电站内所有遥信和遥测信息，处理继电保护的状态信息、动作报告和故障录波的相关信息，输出对断路器、电动隔离开关和电动接地刀闸的控制信号至光伏发电站的测控装置，通过光伏发电站的测控装置对站内所有的断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器、电容器和交直流站用电一次设备的运行状态进行控制；

所述设备运行状态评价模块还包括状态评价模块，用于根据逆变器输出的各种电气量和负荷潮流信息，对逆变器的转换效率、计划停运系数、非计划停运系数、运行系数、限电弃光率、故障弃光率、单个逆变器下组串电流离散率、逆变器输出功率离散率的多方位多维度的设备评估分析，得到光伏逆变器效率综合评价指标，所述光伏逆变器效率综合评价指标包括光电转化效率和逆变器效率。

2.如权利要求1所述的一种光伏电站智能监控分析平台，其特征在于，

所述设备运行状态监控模块包括数据存储模块及数据筛选模块；

所述数据存储模块，用于将运行监控模块输出的光伏变电站内所有遥信和遥测信息存储到应用数据库中；

所述数据筛选模块，用于对应用数据库中存储的光伏变电站内所有遥信和遥测信息进行检查数据一致性、处理无效值和缺失值的数据处理。

3.如权利要求2所述的一种光伏电站智能监控分析平台，其特征在于，

所述数据筛选模块具体实现过程为：通过实际采集的遥测信息和遥信信息与各个设备通讯得到的数据进行对比，检查数据是否一致，如偏差过大则直接取实际采集的数据，把通讯得到的数据作为无效值。

4.如权利要求1所述的一种光伏电站智能监控分析平台，其特征在于，

所述统计分析模块包括生产报表模块、异常数据汇总模块、发电量统计模块和输出模块；

所述生产报表模块，用于以各接入点直流、交流侧电压电流和逆变器参数数据为基础，将各并网点交流侧功率、日发电量和总发电量参数与设定阈值进行对比，基于对比结果，对各分布式光伏电站设备进行预知性分析，判断设备状态。

5.如权利要求4所述的一种光伏电站智能监控分析平台，其特征在于，

所述异常数据汇总模块，用于对支路电流偏低、支路电流为零、支路电流持续一段时间不发生变化或者跳变、汇流箱所有支路电流为零的监控运行中不正常数据进行汇总和分析。

6.如权利要求4所述的一种光伏电站智能监控分析平台，其特征在于，

所述发电量统计模块，用于统计发电量、发电设备输出电量、上网电量以及购网电量，计算等效利用小时和标准等价发电时的标准化指标；

所述输出模块，用于将统计分析的结果以图像化、表格化，并以曲线、柱状图和表格多样化形式展示发电量，直流和交流侧电压电流，统计分析发电量数据，包括理论发电量、发电设备输出电量、设备故障率及保护动作次数和上网电量。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的光伏电站智能监控分析平台的分析方法，其特征在于，包括：

采集光伏电站内设备运行状态数据，对数据进行筛选和存储，对筛选后的数据进行分析，得到设备运行状态数据；

根据设备运行状态数据，对设备运行状态进行评价，并进行故障预警和故障诊断，输出故障诊断结果；

所述对设备运行状态进行评价包括：

根据设备实时运行状态进行评价，以声、光和电的形式进行报警；

当设备发生故障时，基于实时运行的模拟量和告警信息，结合设备模型进行故障诊断，快速定位故障，分析故障信息，诊断不同故障类型和发电模型自动给出处理建议；

基于环境采集仪采集到的温度、湿度、风速、风向和辐照度数据，将天气预报数据和环境检测仪所采集的数据进行综合分析，实现短期和超短期的光伏功率预测；

基于设备运行状态数据和故障诊断结果进行分析与计算，将统计分析的结果进行显示。

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