CN111342773B - 一种基于组串运行电流的组件运行电压测算方法 - Google Patents

一种基于组串运行电流的组件运行电压测算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于组串运行电流的组件运行电压测算方法，包含如下步骤：S1:利用组串当前工作电流Imc推测当前辐照度下短路电流Iscc；S2:利用当前辐照下短路电流Iscc和组件标准条件下短路电流Isc推测组件表面有效辐照度X；S3:利用步骤S1、S2计算得到的推算的有效辐照度X计算组件工作温度Tm；S4:利用工作温度Tm、组件STC条件下工作电压Um和电压温度系数kv推测组件当前温度下运行电压Umc。本发明可在不升级现有光伏发电系统硬件的前提下，获得光伏发电系统实际运行中的组串电压理论指标数据，大大地节约了光伏电站的运维巡查工作，具有明显的经济效益，市场应用前景广泛。

Description

一种基于组串运行电流的组件运行电压测算方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池组件的运行电压测算方法，尤其涉及一种基于组串运行电流的组件运行电压测算方法。属于光伏发电系统的能效评估及智能运维技术，是新能源物联网大数据应用的技术领域。
背景技术
太阳能作为重要的可再生新能源，成为清洁能源应用的重点能源。随着光伏发电技术不断发展，光伏组件在光伏发电系统中已经得到了广泛的应用。
随着光伏发电的大规模应用，光伏发电的能效评估及运维技术已经成为考核光伏系统发电运行情况的主要技术。
目前在光伏发电系统能效评估及运维技术中，太阳辐照度是评估光伏发电能效的主要依据指标。然而，在很多分布式电站中采用辐照度测试设备采集太阳辐照度是相对困难的，其设备成本和维护成本对很多电站来说是不经济的。
当然，也有光伏电站采用了一些比较经济的辐照仪代替设备，用来采集辐照数据。如标准电池片，标准组件法等。这些方法也都需要另外增添设备，也增加了光伏发电系统的投入成本，同时这些设备的维护也增大了人力的维护成本。
因此，如何能够利用光伏发电系统本身的运行数据，快速推断出当前发电系统接受到的有效辐照度，从而进一步利用该有效辐照度，推断出组件运行电压的基本情况，为智能运维也提供了有效的理论支持，成为较为迫切的需求。本发明正是基于这个需求提出一种利用发电运行数据对发电系统的组串运行电压进行评估的方法。
而目前的光伏发电系统中，参与系统构成的设备中，大部分智能化水平不高，在光伏组件出现问题时，无法及时了解光伏组件的运行情况，影响系统能效评估和运维时效性。
本发明提出一种基于组串运行电流对组件运行电压进行测算的方法。通过这种方法能够快速的了解组串的运行电压情况，进一步了解组件是否出现问题，快速分析出光伏发电系统的能效情况，在出现问题时能快速准确定位，有效的节约人力资源，实现运维高效化，减少光伏发电低效运行的排查时间，提高运维时效，减少由于组件问题带来的发电损失。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于组串运行电流的组件运行电压测算方法，从而快速地了解组串的运行情况，进一步了解组件是否出现问题，快速分析出光伏发电系统的能效情况，在出现问题时能快速准确定位，有效的节约人力资源，实现运维高效化，提高光伏发电低效运行问题的排查效率，提高运维时效，减少由于组件问题带来的发电损失。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种基于组串运行电流的组件运行电压测算方法，其特征在于：包含如下步骤：
S1:利用组串当前工作电流Imc，通过公式(1)，推测当前辐照度下短路电流Iscc:
Iscc＝Imc/(0.0001 X+0.82) 公式(1)
其中,X为组件表面当前有效辐照度；
S2:利用当前辐照下短路电流Iscc和组件标准条件(STC条件)下短路电流Isc，通过公式(2)，推测组件表面当前有效辐照度X：
Iscc/Isc＝X/1000 公式(2)
S3:利用步骤S1、S2计算得到的有效辐照度X，通过公式(3)，计算组件工作温度Tm：
Tm＝Ta+0.0214X+0.97 (公式3)
其中，Ta为当前环境温度，X为组件表面当前有效辐照度。Ta可从气象数据或现场采集获得，X通过S1、S2步骤获得
S4:利用组件工作温度Tm、组件STC条件下工作电压Um和工作电压温度系数kv，通过公式(4)，推测组件当前温度下运行电压Umc；
Umc＝Um*[1+kv(Tm-Tstc)] 公式(4)
其中，kv，Um可以通过所用组件提供参数获得；Tstc为组件在标准条件下的工作温度，一般为25℃；
本发明的基本原理是：
一般组件的运行参数有以下特性:
Ⅰ.一定辐照度下，温度变化对电流变化的影响不大；
Ⅱ.一定辐照度下，温度变化主要影响组件的开路电压；
Ⅲ.一定温度下，组件短路电流大小和辐照度大小成正比；
Ⅳ.一定温度下，辐照度的变化对组件开路电压的变化影响不大。
在步骤S1中，利用特性Ⅰ，推算出一定辐照度下，当前工作电流时对应的短路电流Iscc；在步骤中S2中，利用特性Ⅲ，推算出一定温度下，组件当前接受的有效辐照度X；在步骤中S3步骤中，利用特性Ⅱ，推算出一定辐照度下，组件的工作温度Tm；在步骤中S4步骤中，利用特性Ⅳ，推算出一定工作温度下，组件的运行电压Umc。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
组件运行电压测算方法可应用在具有光伏发电系统组串电压、电流数据采集的监控系统中，对其组串运行电流参数进行利用，即可测算出当前组串运行的理论工作电压，再将实际采集到的工作电压和理论运行电压进行对比，即可判断出组串中的组件是否存在短路运行等故障存在。因组件发生短路故障时，其组件的二极管开通或损坏，会导致组件的工作电压降低，但是组件的输出电流不会发生变化。根据运行电流推导出的理论工作电压这时会和实际工作电压不相符，由此可以判断出组件出现了短路故障现象。因此，本申请可在不升级现有光伏发电系统硬件的前提下，通过升级光伏发电系统的固有的监控软件升级功能实现，适用范围非常广泛，适应性强；同时，总体投入不大，但是获得的分析结果能够及时、准确地反应出光伏发电系统的运行状况，为光伏电站的运维人员提供数据上的支持，节约了大量的运行巡查工作，具有非常明显的经济效益，市场应用前景广泛。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明的组件运行电压测算方法的逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
本发明提供的基于组串运行电流的组件运行电压测算方法，包含如下步骤：
S1:利用组串当前工作电流Imc，通过公式(1)，推测当前辐照度下短路电流Iscc:
Iscc＝Imc/(0.0001X+0.82) 公式(1)
其中,X为当前有效辐照；
组串运行的电压、电流电气参数由光伏逆变器或光伏系统监控平台获取，通过互联网技术获取及数据库技术加以利用；另外，本文中有关组件的特性参数由组件特性说明提供，气象数据可由互联网技术获取或本地获取。获得的参数代入本方法的各公式中加以利用。
在本步骤中，因为在一定辐照度下，组件的短路电流变化和辐照度变化成正比，辐照度的变化对组件开路电压的影响不大，同时一定辐照度下，温度对电流的影响不大；又因为逆变器MPPT功能下，组串工作在输出最大功率处，最大工作电流和组件当前的短路电流是有一定比例关系的，即Im/Isc的变化不大。因此可以用组串当前工作电流Imc，推测出当前辐照度下短路电流Iscc。
S2:利用当前辐照下短路电流Iscc和组件标准条件(STC条件)下短路电流Isc，通过公式(2)，推测组件表面有效辐照度X2：
Iscc/Isc＝X/1000 公式(2)
在本步骤中，因为STC条件下的组件的最大短路电流和辐照度是成比例关系的；温度的变化对组件的最大短路电流影响不大；所以利用推测出的当前组件最大短路电流Iscc和组件在标准温度下的短路电流Isc和辐照度，结合公式(1)和公式(2)，可以推算出Iscc电流对应的有效辐照度X；
S3:利用步骤S1、S2计算得到的推算的有效辐照度X，通过公式(3)，计算组件工作温度Tm：
Tm＝Ta+0.0214X+0.97 (公式3)
其中，Ta为当前环境温度，X为组件表面当前有效辐照度，在本步骤中，因为组件的运行温度Tm(工作温度)和辐照度是有一定关系的，同时组件的运行温度和组件安装的环境温度有关；利用推测出的辐照度X、环境温度Ta，可以推算出当前有效辐照度X下的组件工作温度Tm。
S4:利用工作温度Tm、组件STC条件下工作电压Um，通过公式(4)，推测组件当前温度工作电压Umc；
Umc＝Um*[1+kv(Tm-Tstc)] 公式(4)
其中，kv为工作电压温度系数，可通过所用组件特性参数说明获得；Tstc为组件在标准条件下的工作温度，一般为25℃，可通过所用组件特性参数说明获得；
在本步骤中，因为组件的工作电压受组件温度影响大，推算出组件工作温度和已知的组件标准条件下的工作电压参数Um、温度系数kv，利用相关公式即可求出当前工作温度下的工作电压。
本发明的基于组串运行电流的组件运行电压测算方法的逻辑框图如图1所示。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，如相关计算公式的重新拟合或修正，相关计算公式的替换，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种基于组串运行电流的组件运行电压测算方法，其特征在于：包含如下步骤：
S1:利用组串当前工作电流Imc， 通过公式（1），推测当前辐照度下短路电流Iscc:
Iscc= Imc/（0.0001 X+0.82） 公式(1)
其中,X为当前有效辐照，须结合公式（2）计算得出；
在本步骤中，因在一定辐照度下，组件的短路电流变化和辐照度变化成正比，辐照度的变化对组件开路电压的影响不大，同时一定辐照度下，温度对电流的影响不大；又因为逆变器MPPT功能下，组串工作在输出最大功率处，最大工作电流和组件当前的短路电流是有一定比例关系的，即Im/Isc的变化不大,因此可以用组串当前工作电流Imc，推测出当前辐照度下短路电流Iscc；
S2:利用当前辐照下短路电流Iscc和组件标准条件下短路电流Isc，通过公式（2），推测组件表面有效辐照度X：
Iscc/Isc= X/1000 公式(2)
在本步骤中，因组件标准条件下组件的最大短路电流和辐照度是成比例关系的；温度的变化对组件的最大短路电流影响不大；所以利用推测出的当前组件最大短路电流Iscc和组件在标准温度下的短路电流Isc和辐照度，结合公式（1）和公式（2），可推算出Iscc电流对应的有效辐照度X；
S3:利用步骤S1、S2计算得到的组件表面当前有效辐照度X后，通过公式（3），计算当前组件工作温度Tm：
Tm=Ta+0.0214X+0.97 公式（3）
其中，Ta为当前环境温度，可从当地气象数据或现场采集获得；
S4:利用组件工作温度Tm、组件STC条件下工作电压Um和工作电压温度系数kv，通过公式（4），推测组件当前温度下工作电压Umc；
Umc=Um*[1+kv（Tm-Tstc）] 公式(4)
其中，kv，Um可以通过所用组件提供的参数获得；Tstc为组件在标准条件下的工作温度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018092234A (ja) * 2016-11-30 2018-06-14 株式会社日立製作所 太陽電池特性の把握方法および太陽光発電制御システム
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