CN111555460B - 一种光伏电站电性能健康度的智能诊断系统及判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，所述光伏电站包括光伏组件、电表/配电箱，其特征在于：还包括电性能健康度采集器、用户移动终端以及云平台，电性能健康度采集器可与云平台及用户移动终端无线通讯，从云平台获取电站的发电量信息及当地历史气象数据，得到预测的发电量并与实际的发电量进行比较，当比值低于设定的数值时，向云平台和/或用户发出警示。本发明还公开了一种光伏电站电性能健康度的判断方法。本发明可确保光伏电站及时有效运维，大幅度提高了光伏系统运维的可靠性，智能化，精确化及有效性，保证了光伏电站用户的切身利益。

Description

一种光伏电站电性能健康度的智能诊断系统及判断方法
技术领域
本发明涉及一种光伏电站的健康与控制装置,尤其涉及一种光伏电站电性能健康度的智能诊断系统及判断方法,属于光伏电站智能管理技术领域。
背景技术
太阳能是一种可再生清洁能源，随着石油等消耗性资源的日渐短缺，以及，国、内外对清洁能源的重视和能源结构调整等利好因素而越来越受到欢迎。因此，光伏产业有着良好的发展前景，尤其是分布式光伏系统，可以因地制宜地利用太阳能。随着光伏产业的发展，光伏系统的形态和组网模式进一步多样化，这样就产生了很多亟待解决的新问题，同时，对智能化、可靠性、安全性等方面也提出了更高的要求。
尤其是分布式户用光伏系统，由于位置较为分散，且经销商良莠不齐，因此很多电厂处于无人管理状态，有些小型逆变器厂家倒闭后，户用光伏系统的数据监控及健康度分析更是无人问津。
当前，国内市场上的光伏数据采集器产品采集数据来源单一，大多是逆变器厂家配置的相关采集器，例如：在申请号为201520765081.4，名称为“一种智能光伏数据采集器”的专利文献中公开了一种光伏数据采集器，能够采集逆变器数据，但采集逆变器数据的前提在于其获得了逆变器对外的通讯协议。而目前由于户用光伏快速发展，行业快速洗牌，有相当比例的电站处于无人监管状态，且由于部分小型逆变器厂家倒闭，导致于其监控系统的不可使用中，因此电站的健康度更无法获得。
因此，需要设计一种在电站的交流侧监控光伏电站的电性能健康度的装置或系统。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，采集光伏电站的运行信息，运算得出电站的健康度，并可向云平台及客户发出双向告警提示，从而提高光伏电站的有效运维。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，所述光伏电站包括光伏组件、电表/配电箱，其特征在于：还包括电性能健康度采集器(ECU)、用户移动终端以及云平台，ECU可与云平台及用户移动终端无线通讯，从云平台获取电站的发电量信息及当地历史气象数据，得到预测的发电量并与实际的发电量进行比较，当比值低于设定的数值时，向云平台和/或用户发出警示。
进一步地，所述设定的数值为50％。
进一步地，所述光伏电站还包括辐照计，辐照计设置于光伏组件同一水平线并将采集的日辐照数据通过ZigBee通讯方式传输至ECU，ECU根据当日辐照数据以及ECU通过云平台采集的电站发电量数据，通过下述方式计算电站PR值，当PR值低于设定的数值时，向云平台和/或用户发出警示：
其中，Eout为电站的发电量，Po为标称功率，Yf即为光伏电站的有效小时数，Hi为辐照度，Giref是参考辐照量，Yr即为组件方向上的光照峰值小时数。
进一步地，所述PR值低于60％时发出警示。
进一步地，所述光伏电站还包括逆变器，逆变器通过RS485/232有线连接，将逆变器的数据传输至ECU，分析其直流子串电压及电流状态，分析电站遮挡及发电状况，并向云平台报告逆变器故障信息及组件子串故障信息。
进一步地，所述光伏电站还包括智能组件，智能组件收集单块组件的输出电压、电流及累计发电量信息，并通过ZigBee通讯方式传输至ECU，ECU分析并筛选出低效组件，向云平台和/或用户发出警示。
进一步地，所述ECU包括：电能采样模块、通讯模块、存储模块、MCU模块、自身管理模块，其中：
所述电能采样模块，可采集逆变器输出各相电流、电压、频率、功率及发电量信息，传输到MCU进行数据处理及判断；
所述通讯模块包含：ZigBee通讯模块，可与智能组件进行相互通讯及数据传输；Bluetooth蓝牙模块与用户移动终端无线连接，访问用户移动终端上的应用程序，同时通过蓝牙模块进行ECU的出厂设置；GPRS模块，通过GPRS网络将处理完的数据发到云平台；RS485/232模块，采集逆变器相关数据；
所述存储模块存储瞬时数据及历史数据存储；
所述自身管理模块包括：看门狗电路、RTC时钟控制电路及电源模块，监测和管理ECU的工作状态，使其正常稳定运行；
所述MCU模块为整个ECU的核心处理器，处理及分析信息采集模块传输的数据，并将处理完的数据通过通讯模块发送到云平台。
进一步地，所述ECU的ZigBee通讯模块，向智能组件和/或辐照计发送心跳信号，所述心跳信号一旦停止发送，智能组件和/或辐照计在设定时间内关断。
进一步地，所述MCU模块采用Cortex-M3内核；所述存储模块包括SD卡或Flash。
进一步地，所述ECU的出厂设置包括：序列号、时钟、上传的服务器域名、IP地址、端口号、上传间隔中的一种或多种。
本发明的另一方面，还公开了一种光伏电站电性能健康度的判断方法，采用上述的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，通过云平台和/或辐照计、和/或逆变器、和/或智能组件，采集电站发电量信息及当地历史气象数据、和/或日辐照度信息、和/或光伏组件直流组串电压/电流及逆变器故障信息、和/或单块组件输出电压/电流及累计发电量信息，计算得出电站预测发电量、和/或PR值、和/或组件直流子串电压及电流状态，电站遮挡及发电状况、和/或低效组件的信息，向云平台和/或用户发出警示。
本发明中，ECU通过云平台无线通讯，从云平台获取电站的发电量信息及当地历史气象数据，得到预测的发电量并与实际的发电量进行比较，当比值低于设定的数值时，向云平台和/或用户发出警示；在优选的情况下，ECU还可以通过电站中的其他智能信息采集设备进行有线或无线的通讯，获取该些智能信息采集设备采集到的电站相关数据，进行分析并得出电站电性能健康度的信息，在健康度数值达到设定的标准时，向云平台和/或用户发出警示。确保光伏电站及时有效运维，大幅度提高了光伏系统运维的可靠性，智能化，精确化及有效性，保证了客户的切身利益。
本发明的有益效果主要体现在：
1.通过ECU从云平台获取电站的发电量信息及当地历史气象数据，无论逆变器厂家及其通讯协议，都可采集光伏电站发电数据，进行健康度评估；
2.配备简单气象站，如配备辐照计,收集电站辐照读信息,使得分布式光伏系统能准确评估其健康程度，及时发现电站问题，提升电站有效运营小时数。
3.支持用蓝牙模块进行出厂参数配置，免去了烧录程序的复杂配置过程，让生产过程更加便利；
4.通过ZigBee通讯方式，可兼容电站系统中多种智能化采集器，为电站提供全方位的发电状况监控数据，
5.内部存储和SD卡扩展，在断网情况下数据不会丢失。
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为本发明中光伏系统3D示意图；
图2为本发明中光伏系统平面示意图；
图3为本发明中ECU功能模块示意图；
图4为本发明中ECU与选配传感器通讯控制示意图；
图5为本发明中采集器上传云端模式图。
图中，1为光伏组件，2为逆变器，3为ECU，4为电表/配电箱，5为简易辐照计，6为云平台，7为云监控中心，8为用户移动终端。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行进一步说明。
实施例1：
本发明的一种光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，用于监控光伏电站的整体对外交流输出电能情况，得出电站电性能健康度，如果电性能健康度低于一定程度，向云平台和/或客户发出双向告警提示，确保光伏电站及时有效运维，大幅度提高了光伏系统运维的可靠性，智能化，精确化及有效性，保证了客户的切身利益。
本发明所指的光伏电站，主要是分布式光伏电站，如图1，图2所示。如无特别说明书，本申请中，“电站”、“光伏电站”、“分布式光伏电站”均指代相同。
光伏电站主要包括光伏组件1、支架(未示出)、电表/配电箱3，光伏组件1通过支架安装在屋顶等建筑物顶部，如图1，图2所示的系统方案连接好后，进入正常工作模式。光伏组件产生的电流，经过逆变器的转换后，逆变器输出线缆先连接到ECU3，再从ECU3引出到电表/配电箱，将发出的电能上送到国家电网。光伏电站的运行数据通过无线的方式，定期上传至云平台6。
ECU3可与云平台6及用户移动终端8无线通讯，从云平台6获取当地历史气象数据，以及，电站的当月发电量信息；因为在一定的地理位置、气象条件下，等规格的光伏电站的发电量信息大致相同，因此，可以通过大数据对某一特定的光伏电站的发电量进行预测，得到该电站的预测的发电，将获得的电站的当月实际发电量与预测的相同月份的发电量进行比较，如果比值低于50％，则定义为电站电性能健康度偏低，视为电站发电故障，ECU通过无线通讯方式上传给向云平台和用户，发出警示。上传的故障类型包括：1、电网故障(电网电压过高、过低、频率超出范围)；2、电站发电故障(无交流输出)；3、电站电性能健康度偏低(如上文描述)。
如图5所示，ECU在采集完数据、得出电站的电性能健康度信息后，同步通过GPRS等通讯方式上传至云平台，用户可通过移动终端8与云平台6相连或与电站现场的ECU3相连接查看电站信息；云平台6的信息通过云监控中心7进行监控和判断，实现对电站的远程监控。
如图3所示，ECU内部，根据功能可划分为5大模块：MCU模块、存储模块、自身管理模块、通讯模块、电能采样模块。
所述电能采样模块，可采集逆变器输出各相电流、电压、频率、功率及发电量信息，传输到MCU进行数据处理及判断；
所述通讯模块包含：ZigBee通讯模块，可与智能组件进行相互通讯及数据传输；Bluetooth蓝牙模块与用户移动终端无线连接，访问用户移动终端上的应用程序，同时通过蓝牙模块进行ECU的出厂设置；GPRS模块，通过GPRS网络将处理完的数据发到云平台；RS485/232模块，采集逆变器相关数据；
所述存储模块存储瞬时数据及历史数据存储；
所述自身管理模块包括：看门狗电路、RTC时钟控制电路及电源模块，监测和管理ECU的工作状态，使其正常稳定运行；
所述MCU模块为整个ECU的核心处理器，处理及分析信息采集模块传输的数据，并将处理完的数据通过通讯模块发送到云平台。
本实施例中，仅通过ECU与云平台的通讯及数据交换，即可得出电站电性能健康度信息。
实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处在于，还包括了简易辐照计5，简易辐照计5安装在光伏组件同一平面上，实时采集其所在平面接收到的辐照度数据，并将其数据通过ZigBee传输至ECU，供ECU进行光伏电站电性能健康度分析。具体地，在具有辐照计的情形下，除了实施例1以外的判断方式外，还引入了PR值，并通过下述方式计算PR值：
其中，Eout为电站的发电量，Po为标称功率，Yf即为光伏电站的有效小时数，Hi为辐照度，Giref是参考辐照量，Yr即为组件方向上的光照峰值小时数；
当PR值低于60％时，向云平台和/或用户发出警示。上传的故障类型包括：1、电网故障(电网电压过高、过低、频率超出范围)；2、电站发电故障(无交流输出)；3、电站电性能健康度偏低：如实施例1描述的当月实际发电量与预测的相同月份的发电量的比值低于50％；或者，本实施例中上文描述的PR值低于60％。
实施例3：
本实施例与实施例2的不同之处在于：还包括逆变器2，如图2、图4所示，ECU3与逆变器2输出端电气连接，具体地，通过RS485总线与逆变器相互通讯，采集电站中直流子串电压及电流状态、逆变器故障信息等，分析得出电站发电情况，计算PR值，及组件被遮挡情况，在出现相应故障时，向云平台和/或用户发出警示。上传的故障类型包括：1、电网故障(电网电压过高、过低、频率超出范围)；2、电站发电故障(无交流输出)；3、电站电性能健康度偏低：如实施例1描述的当月实际发电量与预测的相同月份的发电量的比值低于50％；或者，PR值低于60％；4、逆变器故障信息；5、遮挡等子串故障。
在出现故障时，ECU3可发送控制指令，关闭逆变器。
实施例4：
本实施例与实施例2的不同之处在于，还包括智能组件，如图4所示，所述ECU3与智能组件之间通过ZigBee通讯，ECU3采集智能组件工作状态下的电压信息、电流信息以及温度信息，通过同一子串中组件的功率及发电量对比筛选出低效组件。在出现相应故障时，向云平台和/或用户发出警示。上传的故障类型包括：1、电网故障(电网电压过高、过低、频率超出范围)；2、电站发电故障(无交流输出)；3、电站电性能健康度偏低(如分析过程所示，上传PR值，当其低于60％时发出警报)；4、组件发电量偏低故障。
在出现故障时，ECU3可发送控制指令、心跳信号给智能组件；所述心跳信号一旦停止发送，智能组件在设定时间内关断。
实施例5：
一种光伏电站电性能健康度的判断方法，采用实施例1-4中任一的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，通过云平台和/或辐照计、和/或逆变器、和/或智能组件，采集电站发电量信息及当地历史气象数据、和/或日辐照度信息、和/或光伏组件直流组串电压/电流及逆变器故障信息、和/或单块组件输出电压/电流及累计发电量信息，计算得出电站预测发电量、和/或PR值、和/或组件直流子串电压及电流状态，电站遮挡及发电状况、和/或低效组件的信息，向云平台和/或用户发出警示。在出现故障时，ECU3可发送控制指令，和/或心跳信号，关闭相应的功能部件，如逆变器，智能组件。
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，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 (10)

1.一种光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，所述光伏电站包括光伏组件、电表和/或配电箱，其特征在于：还包括电性能健康度采集器、用户移动终端以及云平台，电性能健康度采集器可与云平台及用户移动终端无线通讯，从云平台获取电站实际的发电量信息及当地历史气象数据，得到预测的发电量并与实际的发电量进行比较，当比值低于设定的数值时，向云平台和/或用户发出警示。
2.根据权利要求1所述的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，其特征在于：所述设定的数值为50%。
3.根据权利要求1所述的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，其特征在于：所述光伏电站还包括辐照计，辐照计设置于光伏组件同一水平线并将采集的日辐照数据通过ZigBee通讯方式传输至电性能健康度采集器，电性能健康度采集器根据当日辐照数据以及电性能健康度采集器通过云平台采集的电站实际的发电量数据，通过下述方式计算电站PR值，当PR值低于60%时，向云平台和/或用户发出警示：，
其中，为电站实际的发电量，/>为标称功率，/>即为光伏电站的有效小时数，/>为辐照度，/>是参考辐照量，/>即为组件方向上的光照峰值小时数。
4.根据权利要求1所述的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，其特征在于：所述光伏电站还包括逆变器，逆变器通过RS485和/或232有线连接，将逆变器的数据传输至电性能健康度采集器，分析其直流子串电压及电流状态，分析电站遮挡及发电状况，并向云平台报告逆变器故障信息及组件子串故障信息。
5.根据权利要求1所述的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，其特征在于：所述光伏电站还包括智能组件，智能组件收集单块组件的输出电压、电流及累计发电量信息，并通过ZigBee通讯方式传输至电性能健康度采集器，电性能健康度采集器分析并筛选出低效组件，向云平台和/或用户发出警示。
6.根据权利要求1所述的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，其特征在于：所述电性能健康度采集器包括：电能采样模块、通讯模块、存储模块、MCU模块和自身管理模块，其中：
所述电能采样模块，可采集逆变器输出各相电流、电压、频率、功率及发电量信息，传输到MCU进行数据处理及判断；
所述通讯模块包含：ZigBee通讯模块，可与智能组件进行相互通讯及数据传输；Bluetooth蓝牙模块与用户移动终端无线连接，访问用户移动终端上的应用程序，同时通过蓝牙模块进行电性能健康度采集器的出厂设置；GPRS模块，通过GPRS网络将处理完的数据发到云平台；RS485和/或232模块，采集逆变器相关数据；
所述存储模块存储瞬时数据及历史数据存储；
所述自身管理模块包括：看门狗电路、RTC时钟控制电路及电源模块，监测和管理电性能健康度采集器的工作状态，使其正常稳定运行；
所述MCU模块为整个电性能健康度采集器的核心处理器，处理及分析信息采集模块传输的数据，并将处理完的数据通过通讯模块发送到云平台。
7.根据权利要求6所述的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，其特征在于：所述电性能健康度采集器的ZigBee通讯模块，向智能组件和/或辐照计发送心跳信号，所述心跳信号一旦停止发送，智能组件和/或辐照计在设定时间内关断。
8.根据权利要求6所述的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，其特征在于：所述MCU模块采用Cortex-M3内核；所述存储模块包括SD卡或Flash。
9.根据权利要求6所述的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，其特征在于：所述电性能健康度采集器的出厂设置包括：序列号、时钟、上传的服务器域名、IP地址、端口号、上传间隔中的一种或多种。
10.一种光伏电站电性能健康度的判断方法，其特征在于：采用如权利要求1-9任意一项所述的光伏电站电性能健康度的智能诊断系统，
通过云平台采集电站实际的发电量信息及当地历史气象数据，计算得出电站预测发电量；和/或，通过辐照计采集日辐照度信息，计算得出PR值；和/或，通过逆变器采集光伏组件直流组串电压和电流及逆变器故障信息，计算得出组件直流子串电压及电流状态，电站遮挡及发电状况；和/或，通过智能组件采集单块组件输出电压、电流及累计发电量信息，计算得出低效组件的信息，向云平台和/或用户发出警示。
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