发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的在于:提供一种光伏电站有效发电利用小时数测量系统及方法,以达到便于测量光伏电站有效发电利用小时数的标准参考数据,作为考核光伏电站运维效果的一种手段。
本发明实施例所采取的技术方案是:
一方面,本发明实施例提供了一种光伏电站有效发电利用小时数测量系统,包括:
并网发电计量系统,用于根据光伏组串产生的发电量计算出实际有效发电利用小时数;自动清洗系统,用于利用光伏组串产生的电能对光伏组串进行清洗;
所述自动清洗系统包括:自动清洗电控箱,用于根据控制程序驱动清洗装置;清洗装置,用于完成对光伏组串的清洗。
进一步,所述并网发电计量系统包括:光伏组串,用于将光能转化为直流电能,所述光伏组串从同一电站中选取,与电站现场组串特性保持一致;光伏配电箱,用于获取所述直流电能,并计算对应光伏组串的状态参数,根据所述状态参数测算出光伏组串的实际有效发电利用小时数;所述光伏组串包括至少一块光伏组件。
进一步,所述光伏配电箱包括:浪涌保护装置,用于吸收正负极线路的共模浪涌电压;计量装置,用于根据所述直流电能计算对应光伏组串的状态参数,并根据所述状态参数测算出光伏组串运行的实际有效发电利用小时数。
进一步,所述清洗装置包括:驱动电机,用于根据控制程序驱动清洗小车;清洗小车,用于清洗光伏组串;清洗小车行走履带,用于限制清洗小车的行走轨迹;限位开关,用于限制清洗小车的行走范围。
进一步,所述自动清洗电控箱包括:保护断路器,用于切断或接通电路;降压变压器,用于将高压电流转化为低压电流;AC/DC电源,用于将交流电转换为直流电,并为清洗小车控制电路单元及驱动电机提供直流电源;清洗小车控制单元,用于根据控制程序控制驱动电机及监控运行状态。
进一步,所述清洗小车控制单元包括:
DSP处理器、通信接口电路、状态指示电路、电机A驱动电路、电机B驱动电路、电机A监测电路、电机B监测电路、限位开关检测电路、时钟电路、以及电源电路以及交流电压在线监测电路;
所述DSP处理器分别与通信接口电路连接、所述DSP处理器的输出端分别与状态指示电路的输入端、电机A驱动电路输入端和电机B驱动电路输入端相连;所述电源电路输出端、时钟电路输出端、交流电压在线监测电路的输出端、限位开关检测电路的输出端以及电机A监测电路输出端和电机B监测电路输出端均与DSP处理器的输入端连接。
另一方面,本发明实施例提供了一种光伏电站有效发电利用小时数测量方法,用于检测所述的光伏电站有效发电利用小时数测量系统,包括以下步骤:
获取光伏组串所产生的电能;
利用光伏组串产生的电能,通过自动清洗系统完成对光伏组串的清洗;
获取清洗后的光伏组串产生的电能,计量得到光伏组串运行参数;
根据状态参数测算出光伏组串运行的实际有效发电利用小时数。
进一步,所述利用光伏组串产生的电能,通过自动清洗系统完成对光伏组串的清洗这一步骤具体包括:设定清洗动作的控制程序;获取DSP处理器外围信号;根据所述外围信号进行故障排查;根据故障排查结果以及控制程序控制驱动电机完成清洗动作。
进一步,所述获取清洗后的光伏组串产生的电能计量得到光伏组串状态参数这一步骤具体包括:通过分流检测回路获取所述电能的电流,通过计量装置获取回路中的电压;根据所述电流及电压计算得到实时功率及发电量。
进一步,所述根据所述外围信号进行故障排查这一步骤具体包括:根据所述外围信号中的故障原因生成故障告警;将所述故障告警上报至后台;根据所述故障告警对清洗小车控制单元进行运行控制及参数设置。
本发明的有益效果是:
系统方面:本发明包括并网发电计量系统和自动清洗系统,通过选取电站同类光伏组串,给光伏组串配置自动清洗系统,通过自动清洗系统使光伏组串表面始终保持洁净,便于运维的同时安全系数高,并使得测量数据更为精准。
方法方面:本发明通过同一光伏电站中选取光伏组串作为基准发电装置,并为其配置计量装置、保护装置后组成发电系统,将该系统接入光伏电站所在的电网并通过输出的电量来测算出实际的有效发电利用小时数。为了提高光伏组串发电的精确性,减少天气,灰尘等因素影响,给光伏组串配置自动清洗系统,通过自动清洗系统使光伏组串表面始终保持洁净,测试数据更精确也更稳定。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号,其仅为了便于阐述说明而设置,对步骤之间的顺序不做任何限定,实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
参照图1,本发明提供一种光伏电站有效发电利用小时数测量系统,包括:
并网发电计量系统,用于根据光伏组串产生的发电量计算出实际有效发电利用小时数;
自动清洗系统,用于利用光伏组串产生的电能,通过对光伏组串进行清洗。
所述自动清洗系统包括:自动清洗电控箱,用于根据控制程序驱动清洗装置;清洗装置,用于完成对光伏组串的清洗。
具体的,本发明实施例由并网发电计量系统以及自动清洗系统组成,并网发电计量系统用于根据光伏组串将光能转化的电能的电压、电流等参数计量得到实时功率以及发电量最后计算到相应的实际有效发电利用小时数;所述有效发电利用小时数的计算方法:有效发电利用小时数=发电量/单个组串额定功率,如:年有效发电利用小时数=年发电量/单个组串额定功率;月有效发电利用小时数=月发电量/单个组串额定功率;日有效发电利用小时数=日发电量/单个组串额定功率;此外,参照图2,自动清洗系统包括自动清洗电控箱和清洗装置,自动清洗电控箱获取光伏配电箱生成的交流转化为直流电作为清洗装置的电源,同时该电控箱还具备信号检测、故障告警、过载保护以及应急供电等功能。自动清洗系统利用光伏组串所产生的电能作为电源,完成对光伏组串的清洗,使得光伏组串保持清洁,避免环境因素对数据测量过程产生影响。系统中,光伏组串为基准发电部件,将光转换为电能,是核心部件,作为基准部件需要自动清洗系统按设定程序对其进行定期清洗除尘,保持表面洁净,为了测试数据拥有更高的可信性,该基准光伏组串从同一电站中选取,与电站现场组串特性保持一致。
参照图1,作为可选的实施方式,所述并网发电计量系统包括:光伏组串,用于将光能转化为直流电能,所述光伏组串从同一电站中选取,与电站现场组串特性保持一致;光伏配电箱,用于获取所述直流电能,并计算对应光伏组串的状态参数,根据所述状态参数测算出光伏组串的实际有效发电利用小时数;所述光伏组串包括至少一块光伏组件。
具体的,并网发电计量系统包括光伏组串以及光伏配电箱,光伏组串主要用于将光能转化为电能(直流),通过光伏电站的组串式逆变器将生成的电能并入电网以及进一步为自动清洗系统提供电源,所述光伏组串即为将单块的光伏组件进行串接,其串接方式包括竖向安装方式和横向安装方式。原光伏电站光伏组串为已投运光伏电站中选取的一个正常运行的光伏组串。
参照图1,作为可选的实施方式,所述光伏配电箱包括:浪涌保护装置,用于吸收正负极线路的共模浪涌电压;计量装置,用于根据所述直流电能计算对应光伏组串的状态参数,并根据所述状态参数测算出光伏组串运行的实际有效发电利用小时数;以及一个断路器105,用于在产生故障电流时切断电路起到保护作用。
具体的,并网发电计量系统由光伏组串101(原光伏电站光伏组串)、浪涌保护装置102、计量装置、断路器105组成,光伏组串产生的直流电能并入光伏电站箱变低压侧通过组串式逆变器转变为符合电网的同向同频交流电。浪涌保护装置102有正负极浪涌器组成,主要吸收正负极线路的共模浪涌电压,起到保护后级计量装置等设备的安全。计量装置主要用于计量基准组串的输出功率和发电量,该装置通过检测直流电压和电流的方式计算出实时功率和发电量,本实施例中的计量装置选用直流计量表104,计量系统中直流计量表104的供电取自清洗小车电控箱,同时该计量表采用高精度采样电路和高速数据处理单元,可实现高精度宽范围的数据分析和监测,导轨式安装,并通过电流检测装置103,最终直流计量表104产生的数据通过RS485通信方式将上传到光伏电站管理系统后台;所述电流检测装置103采用高精度功率电阻,电流通过电流检测装置103时产生电压信号,该信号被采集到直流计量表104用于计算回路电流。此外,为了并网测量系统的运行安全性、断电检修的方便性及数据的连续性,本实施例中的断路器105需要具有失压脱扣、自动合闸功能,可以起到电网断电时防止并网发电计量系统孤岛运行,同时可以实现电网来电后系统在无人工干预的情况下自动合闸运行,不会中断运行。
作为可选的实施方式,所述清洗装置包括:驱动电机,用于根据控制程序驱动清洗小车;清洗小车,用于清洗光伏组串;清洗小车行走履带,用于限制清洗小车的行走轨迹;限位开关,用于限制清洗小车的行走范围。
具体的,参照图3和图4,对应光伏组串的竖向和横向的安装方式,给整个组串配置自动清洗装置,通过自动清洗装置使整个组串表面始终保持最干净,使光伏组串的发电处在最优状态,清洗装置主要由两个驱动电机(301电机A和302电机B)、清洗小车309、清洗小车行走履带307、清洗小车行走履带308、限位开关组成(303近端限位开关A、304近端限位开关B、305远端限位开关A和306远端限位开关B)。通过电控箱控制电机带动履带来回移动,清洗小车309和履带固定在一起,履带用于限制清洗小车309的行走轨迹,履带和清洗小车309随电机的正反转动实现清洗组串的功能。清洗小车309的清洗范围通过限位开关来实现,清洗工作由清洗小车309自带的毛刷完成。
作为可选的实施方式,所述自动清洗电控箱包括:保护断路器201,用于切断或接通电路;AC/DC电源,用于将交流电转换为直流电,并为清洗小车控制电路单元及驱动电机提供电源;清洗小车控制单元,用于根据控制程序控制驱动电机及监控运行状态。
具体的,清洗小车电控箱主要功能为交流电转换为直流电,同时负责控制清洗小车驱动电机及相关信号检测,主要由输入保护断路器201、降压变压器202、AC/DC电源、清洗小车控制单元、清洗小车控制单元组成;从光伏电站交流汇流箱或箱变低压侧取电后通过断路器201输入到降压变压器202,通过降压变压器202将原光伏电站中高交流电压降为交流220V低压,该220V电压同时给计量系统和AC/DC电源供电,AC/DC电源将交流220V整流为符合清洗小车控制单元使用的直流电(直流输出为3路,其中一路为清洗小车控制单元供电电源,剩余两路为301电机A和302电机B驱动电源)。
参照图5,作为可选的实施方式,所述清洗小车控制单元包括:
DSP处理器、通信接口电路、状态指示电路、电机A驱动电路和电机B驱动电路、电机A监测电路和电机B监测电路、限位开关检测电路、时钟电路、电源电路以及交流电压在线监测电路;所述DSP处理器与通信接口电路连接、所述DSP处理器的输出端分别与状态指示电路的输入端、电机A驱动电路输入端和电机B驱动电路输入端相连;所述电源电路的输出端、时钟电路的输出端、交流电压在线监测电路的输出端、限位开关检测电路的输出端以及电机A监测电路的输出端和电机B监测电路的输出端均与DSP处理器的输入端连接。具体的,光伏电站基准有效发电利用小时数测量系统中清洗小车控制单元主要由DSP处理器、通信接口电路、状态指示电路、电机A和电机B驱动电路、电机A和电机B监测电路、限位开关检测电路、时钟电路以及电源电路;清洗小车控制单元上通电后DSP处理器开始检测外围信号及根据事先设定的控制程序对两个电机进行驱动控制,控制系统根据设定程序开始启动清洗,电机开始驱动清洗小车正向移动清洗,当检测到305远端限位开关A和306远端限位开关B信号后清洗小车控制单元认为清洗小车到达终点,电机停止工作,稍后控制器控制电机反转运行,清洗小车开始反向清扫,反向运行过程中若再次接受到303近端限位开关A和304近端限位开关B的信号后清洗小车控制单元认为清洗小车已经归位,电机停止工作,此时控制系统完成一次指令下的光伏组串清洗任务。两个电机带有运行监测传感器,该传感器有永久磁铁和干簧管组成,磁铁随电机运转,电机运转过程中磁铁接近一次干簧管,通过干簧管产生干接点信号,将该信号接入清洗小车控制单元。在清洗的过程中如果DSP处理器没有监测到电机运转信号时认为电机故障或被卡主,会产生故障告警,故障告警通过通信接口电路上报后台,同时后台也可以通过通信接口电路对清洗小车控制单元进行运行控制及参数设置。为了监测清洗系统运行情况,清洗小车控制单元具有交流电压在线监测和锂电池后备功能,当控制器运行过程中交流220V供电电源中断时,清洗小车控制单元由锂电池提供后备供电,同时监测到没有交流电压在线监测信号时随将告警信号上传给后台处理,可实现停电及来电通知功能,大幅度提高系统运行的可靠性。
参照图6,本发明实施例提供了一种光伏电站有效发电利用小时数测量方法,用于检测所述的光伏电站有效发电利用小时数测量系统,包括以下步骤:
S101、获取光伏组串所产生的电能;
具体的,对原电站同批次的光伏组串按同角度铺设,其组串输出接入光伏配电箱后转换为符合电网的交流电并入电网后将产生的电能消耗掉,同时也连接组串后端的计量装置的输入端。
S102、利用光伏组串产生的电能通过自动清洗系统完成对光伏组串的清洗;
具体的,光伏组串所产生的电能同时也为自动清洗系统提供电源,所述电能经过自动清洗电控箱中的AC/DC电源将将输入交流220V电转化为直流电,直流输出为3路,其中一路为清洗小车控制单元供电电源,剩余两路为301电机A和302电机B驱动电源。
S103、获取清洗后的光伏组串产生的电能,计量得到光伏组串运行参数;
具体的,所述计量装置根据获取的电能,对该光伏组串所转化的电能的电压、电流以及发电量等参数进行精密的计量。
S104、根据状态参数测算出光伏组串运行的实际有效发电利用小时数;
具体的,将所述计量装置计量得到的各项数据上传到电站光伏系统后台进行分析和保存,通过后台系统软件测算出该装置光伏组串的实际有效发电利用小时数,获取该数据后可以用于对该光伏电站的实际有效发电利用小时数的评测做参考。
作为进一步的优选实施方式,所述自动清洗系统利用光伏组串产生的电能,完成清洗动作这一步骤S102具体包括:
S1021、设定清洗动作的控制程序;
S1022、获取DSP处理器外围信号;
S1023、根据所述外围信号进行故障排查;
S1024、根据故障排查结果以及控制程序控制驱动电机完成清洗动作。
具体的,预先将控制程序设置在清洗小车控制单元的DSP处理器中,当给清洗小车控制单元上电之后,DSP处理器开始检测并获取外围电路的信号,所述外围电路包括通信接口电路、状态指示电路、电机A和电机B驱动电路、电机A和电机B监测电路、限位开关检测电路、时钟电路、电源电路,当DSP接受到各个电路的非故障信号时,根据事先设定的控制程序对两个电机进行驱动控制。控制系统根据设定程序开始启动清洗,清洗装置中两个电机由电控箱控制同步运行,电机通过带动履带控制清洗小车在近端和远端之间完成行走,电机正转时清洗小车往远端行走,电机反转时清洗小车往近端行走。清洗小车往远端行走过程中碰触到305远端限位开关A和306远端限位开关B后两个电机停止运行,表明已到达远端位置。清洗小车往近端行走过程中碰触到303近端限位开关A和304近端限位开关B后两个电机停止运行,表面已归到初始位置,此时控制系统完成一次指令下的光伏组串清洗任务。
作为进一步的优选实施方式,所述获取清洗后的光伏组串产生的电能计量得到光伏组串状态参数这一步骤S103具体包括:
S1031、通过分流检测回路获取所述电能的电流;
S1032、通过计量装置获取所述回路中的电压;
S1033、根据所述电流及电压计算得到实时功率及发电量。
具体的,通过计量装置检测回路根据所检测到的光伏组串所转化的电能的电压、电流(直流)计算得到实时功率和发电量及有效发电利用小时数,所述计量装置还包括高精度采样电路和高速数据处理单元,可实现高精度宽范围的数据分析和监测。
作为进一步的优选实施方式,所述根据所述外围信号进行故障排查这一步骤S1023具体包括:
S10231、根据所述外围信号中的故障原因生成故障告警;
S10232、将所述故障告警上报至后台;
S10233、根据所述故障告警对清洗小车控制单元进行运行控制及参数设置。
具体的,在执行清洗动作之前或执行清洗动作时,DSP处理器没有监测到电机运转信号时认为电机故障或被卡主,会产生故障告警,故障告警通过通信接口电路上报后台,同时后台也可以通过通信接口电路对清洗小车控制单元进行运行控制及参数设置。为了监测清洗系统运行情况,清洗小车控制单元还具有交流电压在线监测和锂电池后备功能,当运行过程中交流220V供电电源中断时,由锂电池提供后备供电,同时清洗小车控制单元监测到没有交流电压在线监测信号时随将告警信号上传给后台处理,可实现停电及来电通知功能,大幅度提高系统运行的可靠性。
相对于现有技术,本发明一种光伏电站有效发电利用小时数测量系统及方法具有以下优点:
1)本发明系统测量的有效发电利用小时数更稳定,更贴近光伏电站实际运行情况。普遍在光伏电站中使用的辐照计受阴雨天、灰尘等因素影响,测量数据误差较大,同时与实际电站运行情况差异较大,本发明采用原电站同批次光伏组串作为测量对象,测试数据与电站运行数据更贴近。
2)本发明系统能实现定期自动清洗。普遍在光伏电站中使用的辐照计由于设备本身特性导致无法实现自动清洗,同时其他类似用光伏组串作为测量对象的装置没有配置自动清洗装置,灰尘等会影响测量数据的精确性。
3)本发明系统经光伏组串的电能接入光伏电站箱变低压侧进行消纳,安全可靠。
4)本发明系统运行可靠、便于运维,具有市电在线监测、电机运行状态监测功能。
5)本技术方案通过有效发电利用小时数来评估光伏电站的系统效率、发电能力及运维水平,有效发电利用小时数是发电量和光伏电站额定功率的比值,发电量越大有效发电利用小时数就越高,同一光伏电站在这种情况下代表了系统效率就越高、发电能力强,因此通过有效发电利用小时数的评估精确度要远大于光伏电站的系统效率评估的精确度。
对于上述方法实施例中的步骤编号,其仅为了便于阐述说明而设置,对步骤之间的顺序不做任何限定,实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。