CN111798100A - 一种用于光伏发电运维的发电测评方法及系统 - Google Patents

一种用于光伏发电运维的发电测评方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了光伏发电技术领域的一种用于光伏发电运维的发电测评方法及系统，旨在解决现有技术中采取人工检测方式判断发电单元工作状态所存在的诊断时间长、耗费繁重人力、容易漏检误判的技术问题。所述方法包括如下步骤：按预设的采集周期提取发电单元和基准装置的运行数据，基准装置的运行数据包括基准装置的设备状态和发电量，发电单元的运行数据包括发电单元的发电量；提取基准装置在设备状态正常时的发电量为测评基准，求取所述采集周期内发电单元的发电量与测评基准之间的比值，作为发电单元的发电比例；将发电比例与预设的阈值进行比较，基于比较结果判定发电单元的设备状态。

Description

一种用于光伏发电运维的发电测评方法及系统
技术领域
本发明涉及一种用于光伏发电运维的发电测评方法及系统，属于光伏发电技术领域。
背景技术
为了有效使用太阳能资源，布置有太阳能光伏电池板的太阳能发电系统在社会生产生活中已大量普及使用。太阳能发电系统的设计寿命长达25年，因而设备的运行维护极为重要，目前已逐渐发展出运行维护光伏电站的专门行业。对光伏电站进行运行维护的目的在于，从大量光伏发电单元中发现发电不佳的设备，从而判断光伏电站的运行成效，及时采取改善措施。目前，通常由值班人员分析光伏发电单元输出曲线，判断其是否发生故障。故障诊断时间长，费时费力，且人工检测容易漏检误判。随着光伏发电系统容量越来越大，设备越来越多，极大增加了检测人员的工作负担，如果故障不能及时发现和处理，势必导致其长期带病低效运行，影响运行效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于光伏发电运维的发电测评方法及系统，以解决现有技术中采取人工检测方式判断发电单元工作状态所存在的诊断时间长、耗费繁重人力、容易漏检误判的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于光伏发电运维的发电测评方法，包括如下步骤：
按预设的采集周期提取发电单元和基准装置的运行数据，基准装置的运行数据包括基准装置的设备状态和发电量，发电单元的运行数据包括发电单元的发电量；
提取基准装置在设备状态正常时的发电量为测评基准，求取所述采集周期内发电单元的发电量与测评基准之间的比值，作为发电单元的发电比例；
将发电比例与预设的阈值进行比较，基于比较结果判定发电单元的设备状态，发电单元的设备状态为正常、异常、故障中的任一项。
进一步地，在按预设采集周期提取发电单元和基准装置的运行数据之后，还包括：将所提取的运行数据写入预建立的运行数据库，所述运行数据库的记录结构如下：
{t,S,EB,EC1,EC2,…ECN}；
式中，t为测量时刻，S为基准装置的设备状态，EB为基准装置对应时刻日累计发电量，EC1为编号1#的发电单元对应时刻日累计发电量，EC2为编号2#的发电单元对应时刻日累计发电量，N为光伏电站中发电单元的数量，ECN为编号N#的发电单元对应时刻日累计发电量。
进一步地，所述发电比例，其表达式如下：
R(tk)＝{[EC1(tk)-EC1(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P1,[EC2(tk)-EC2(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P2,…,[ECN(tk)-ECN(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/PN}；
式中，R(tk)为tk时刻光伏电站中N个发电单元的发电比例的集合，PB为基准装置的容量，P1为编号1#的发电单元的容量，P2为编号2#的发电单元的容量，PN为编号N#的发电单元的容量，EB(tk)为基准装置在tk时刻日累计发电量，EB(tk-1)为基准装置在tk-1时刻日累计发电量，EC1(tk)、EC2(tk)、ECN(tk)分别为编号1#、2#、N#的发电单元在tk时刻日累计发电量，EC1(tk-1)、EC2(tk-1)、ECN(tk-1)分别为编号1#、2#、N#的发电单元在tk-1时刻日累计发电量；
[EB(tk)-EB(tk-1)]为基准装置在tk-1时刻至tk时刻内的发电量，[EC1(tk)-EC1(tk-1)]为编号1#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电量，[EC2(tk)-EC2(tk-1)]为编号2#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电量，[ECN(tk)-ECN(tk-1)]为编号N#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电量；
[EC1(tk)-EC1(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P1为编号1#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电比例，[EC2(tk)-EC2(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P2为编号2#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电比例，[ECN(tk)-ECN(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/PN为编号N#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电比例。
进一步地，所述阈值包括上限阈值和下限阈值；
基于比较结果判定发电单元的设备状态的方法，包括：
如果发电比例介于上限阈值与下限阈值之间，判定发电单元正常；
如果发电比例高于上限阈值或低于下限阈值，且持续采集周期数超过预设的周期阈值，判定发电单元故障；
如果发电比例高于上限阈值或低于下限阈值，且持续采集周期数不超过预设的周期阈值，判定发电单元异常。
进一步地，在求取所述采集周期内发电单元的发电量与测评基准之间的比值，作为发电单元的发电比例之后，还包括：
提取发电比例最低的发电单元，标记为采取改善措施对象。
为达到上述目的，本发明还提供了一种用于光伏发电运维的发电测评系统，包括：基准装置、测评模块，所述测评模块分别与基准装置和光伏电站中的发电单元电性连接，测评模块包括：
运行数据提取单元：用于按预设的采集周期提取发电单元和基准装置的运行数据，基准装置的运行数据包括基准装置的设备状态和发电量，发电单元的运行数据包括发电单元的发电量；
发电比例计算单元：用于提取基准装置在设备状态正常时的发电量为测评基准，求取所述采集周期内发电单元的发电量与测评基准之间的比值，作为发电单元的发电比例；
设备状态判定单元：用于将发电比例与预设的阈值进行比较，基于比较结果判定发电单元的设备状态，发电单元的设备状态为正常、异常、故障中的任一项。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：通过提取基准装置正常时的发电量作为测评基准，同步采集发电单元的发电量，求取发电单元发电量与测评基准之间的比值，作为发电单元的发电比例，判断该发电比例是否落入预设定的阈值区间，如果发电比例落入划设有上限阈值和下限阈值的阈值区间，则认定对应的发电单元正常，如果发电比例短时超出阈值区间，则认定对应的发电单元异常，可不必处理，如果发电比例长期超出阈值区间，则认定对应的发电单元故障，需要介入处理。基于本发明方法及系统可以实现自动化异常识别，辅助运维人员快速发现故障，进而缩短故障排除时间，提高发电量，同时降低了劳动强度。此外，可以用来对比评判多个光伏电站的运维成效，有利于多个电站经营管理。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施方式提供了一种用于光伏发电运维的发电测评方法，包括如下步骤：
步骤一，建立测评基准。
设立用于建立测评基准的基准装置，一个基准装置主要由一定数量太阳能光伏组件、一台逆变器和电能计量装置组成，太阳能光伏组件类型和安装方式与被测评的光伏发电电站相同。如果被测评的光伏发电电站多种组件和安装方式，相应设立多个测评基准，每个测评基准均应建立对应的基准装置。
对于仅一个或少量几个的基准装置，可以定期(例如：每日)对基准装置的组件进行清洁，加强维护保养，严格性能检测，尽量保持基准装置长期不间断地正常运行。本实施例中，通过采集基准装置的设备状态正常时的运行数据作为测评基准，用于对光伏电站中发电单元的运行状态进行比对。光伏电站内，一台逆变器及其电气连接的光伏组件构成一个发电单元，现有技术条件下可以采集到每台逆变器的发电量。
步骤二，建立运行数据库，储存发电单元和基准装置的运行数据。。
运行数据库的记录结构为{t,S,EB,EC1,EC2,…ECN}，t为测量时刻，S为基准装置的设备状态(1为正常，0为异常或故障)，EB为基准装置对应时刻日累计发电量，EC1为编号1#的发电单元对应时刻日累计发电量，EC2为编号2#的发电单元对应时刻日累计发电量，据此类推，ECN为编号N#的发电单元对应时刻日累计发电量，N为光伏电站中发电单元的数量。
步骤三，设定采集周期T(例如五分钟采集1次数据，T＝5分钟)，同步采集基准装置、发电单元的数据(设备状态、日累计发电量)。例如在t0时刻，形成数据记录为{t0,S(t0),EB(t0),EC1(t0),EC2(t0),…ECN(t0)}，其中，S(t0)为t0时刻基准装置的设备状态，EB(t0)为t0时刻基准装置对应时刻日累计发电量，EC1(t0)为t0时刻编号1#的发电单元对应时刻日累计发电量，EC2(t0)为t0时刻编号2#的发电单元对应时刻日累计发电量，ECN(t0)为t0时刻编号N#的发电单元对应时刻日累计发电量；据此类推，
在t1＝t0+T时刻，形成数据记录为{t1,S(t1),EB(t1),EC1(t1),EC2(t1),…ECN(t1)}；
在tk＝tk-1+T时刻，形成数据记录为{tk,S(tk),EB(tk),EC1(tk),EC2(tk),…ECN(tk)}。
步骤四，计算发电比例R。本发明方法实施例中，发电比例R定义为采集周期T内，发电单元与基准装置的发电比例。基准装置组件容量为PB，编号1#的发电单元组件容量为P1，EC2为编号2#的发电单元组件容量为P2，据此类推编号N#的发电单元组件容量为PN。基准装置设备状态正常，在发电条件下，即EB(tk)＞EB(tk-1)时，计算tk时刻发电比例，如下：
R(tk)＝{[EC1(tk)-EC1(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P1,[EC2(tk)-EC2(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P2,…,[ECN(tk)-ECN(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/PN}；
式中，R(tk)为tk时刻光伏电站中N个发电单元的发电比例的集合，EB(tk)为基准装置在tk时刻日累计发电量，EB(tk-1)为基准装置在tk-1时刻日累计发电量，EC1(tk)、EC2(tk)、ECN(tk)分别为编号1#、2#、N#的发电单元在tk时刻日累计发电量，EC1(tk-1)、EC2(tk-1)、ECN(tk-1)分别为编号1#、2#、N#的发电单元在tk-1时刻日累计发电量；[EB(tk)-EB(tk-1)]为基准装置在tk-1时刻至tk时刻内的发电量，[EC1(tk)-EC1(tk-1)]为编号1#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电量，[EC2(tk)-EC2(tk-1)]为编号2#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电量，[ECN(tk)-ECN(tk-1)]为编号N#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电量；[EC1(tk)-EC1(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P1为编号1#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电比例，[EC2(tk)-EC2(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P2为编号2#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电比例，[ECN(tk)-ECN(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/PN为编号N#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电比例。
步骤五，对新采样周期，令k＝k+1，依次重复步骤三、步骤四的操作，计算得到新周期的R(tk)。
步骤六，设定阀值，通过发电比例值分析做日常设备异常判别。该阈值包括上限阈值和下限阈值，其中下限阀值小于1，上限阀值大于1，另设周期阀值为M，也可以针对每个发电单元设置独立的阀值。把全部N个发电单元的发电比例值进行对比分析，从而判定发电单元的设备状态为正常、异常或故障。具体判定规则和结果如表1所示：
表1：发电单元设备状态判定规则
Figure BDA0002530082820000061
表1所示规则中，对于情形6，由于发电比例介于上限阈值与下限阈值之间，通常可认定其所对应的发电单元正常；对于情形5，虽然发电比例超出了规定区间，但由于持续时间较短，即持续采集周期数未超过预设的周期阈值M，可认定为短时异常，无需专门进行处理，需要注意的是，表1中未完全列举，情形5仅列出低于下限阈值的情形，而对于短时高于上限阈值的情形，通常也认定为短时异常；对于1～4所列情形，发电比例不仅超出了规定区间，而且持续时间较长，即采集周期数未超过预设的周期阈值M，通常认定其所对应的发电单元发生故障，运维人员需要结合具体情况进行分析判断，采取对应措施。
步骤七，计算长期各发电单元的发电比例值平均值，并进行数值由大到小排队。针对排在末尾的发电单元，发电比例值低，将其标记为采取改善措施对象，通知电站现场人员采取改善措施，以提高相应发电单元的发电量。
本发明具体实施方式还提供了一种用于光伏发电运维的发电测评系统，该系统用于实现前述发明方法，包括：基准装置、测评模块，所述测评模块分别与基准装置和光伏电站中的每一个发电单元电性连接，测评模块包括：
运行数据提取单元：用于按预设的采集周期提取发电单元和基准装置的运行数据，基准装置的运行数据包括基准装置的设备状态和发电量，发电单元的运行数据包括发电单元的发电量；
发电比例计算单元：用于提取基准装置在设备状态正常时的发电量为测评基准，求取所述采集周期内发电单元的发电量与测评基准之间的比值，作为发电单元的发电比例；
设备状态判定单元：用于将发电比例与预设的阈值进行比较，基于比较结果判定发电单元的设备状态，发电单元的设备状态为正常、异常、故障中的任一项。
本发明方法通过提取基准装置正常时的发电量作为测评基准，同步采集发电单元的发电量，求取发电单元发电量与测评基准之间的比值，作为发电单元的发电比例，判断该发电比例是否落入预设定的阈值区间，如果发电比例落入划设有上限阈值和下限阈值的阈值区间，则认定对应的发电单元正常，如果发电比例短时超出阈值区间，则认定对应的发电单元异常，可不必处理，如果发电比例长期超出阈值区间，则认定对应的发电单元故障，需要介入处理。基于本发明方法及系统可以实现自动化异常识别，辅助运维人员快速发现故障，进而缩短故障排除时间，提高发电量，同时降低了劳动强度。此外，可以用来对比评判多个光伏电站的运维成效，有利于多个电站经营管理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于光伏发电运维的发电测评方法，其特征是，包括如下步骤：
按预设的采集周期提取发电单元和基准装置的运行数据，基准装置的运行数据包括基准装置的设备状态和发电量，发电单元的运行数据包括发电单元的发电量；
提取基准装置在设备状态正常时的发电量为测评基准，求取所述采集周期内发电单元的发电量与测评基准之间的比值，作为发电单元的发电比例；
将发电比例与预设的阈值进行比较，基于比较结果判定发电单元的设备状态，发电单元的设备状态为正常、异常、故障中的任一项。
2.根据权利要求1所述的用于光伏发电运维的发电测评方法，其特征是，在按预设采集周期提取发电单元和基准装置的运行数据之后，还包括：将所提取的运行数据写入预建立的运行数据库，所述运行数据库的记录结构如下：
{t,S,EB,EC1,EC2,…ECN}；
式中，t为测量时刻，S为基准装置的设备状态，EB为基准装置对应时刻日累计发电量，EC1为编号1#的发电单元对应时刻日累计发电量，EC2为编号2#的发电单元对应时刻日累计发电量，N为光伏电站中发电单元的数量，ECN为编号N#的发电单元对应时刻日累计发电量。
3.根据权利要求2所述的用于光伏发电运维的发电测评方法，其特征是，所述发电比例，其表达式如下：
R(tk)＝{[EC1(tk)-EC1(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P1,[EC2(tk)-EC2(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P2,…,[ECN(tk)-ECN(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/PN}；
式中，R(tk)为tk时刻光伏电站中N个发电单元的发电比例的集合，PB为基准装置的容量，P1为编号1#的发电单元的容量，P2为编号2#的发电单元的容量，PN为编号N#的发电单元的容量，EB(tk)为基准装置在tk时刻日累计发电量，EB(tk-1)为基准装置在tk-1时刻日累计发电量，EC1(tk)、EC2(tk)、ECN(tk)分别为编号1#、2#、N#的发电单元在tk时刻日累计发电量，EC1(tk-1)、EC2(tk-1)、ECN(tk-1)分别为编号1#、2#、N#的发电单元在tk-1时刻日累计发电量；
[EB(tk)-EB(tk-1)]为基准装置在tk-1时刻至tk时刻内的发电量，[EC1(tk)-EC1(tk-1)]为编号1#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电量，[EC2(tk)-EC2(tk-1)]为编号2#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电量，[ECN(tk)-ECN(tk-1)]为编号N#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电量；
[EC1(tk)-EC1(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P1为编号1#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电比例，[EC2(tk)-EC2(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/P2为编号2#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电比例，[ECN(tk)-ECN(tk-1)]/[EB(tk)-EB(tk-1)]×PB/PN为编号N#的发电单元在tk-1时刻至tk时刻内的发电比例。
4.根据权利要求1所述的用于光伏发电运维的发电测评方法，其特征是，所述阈值包括上限阈值和下限阈值；
基于比较结果判定发电单元的设备状态的方法，包括：
如果发电比例介于上限阈值与下限阈值之间，判定发电单元正常；
如果发电比例高于上限阈值或低于下限阈值，且持续采集周期数超过预设的周期阈值，判定发电单元故障；
如果发电比例高于上限阈值或低于下限阈值，且持续采集周期数不超过预设的周期阈值，判定发电单元异常。
5.根据权利要求1所述的用于光伏发电运维的发电测评方法，其特征是，在求取所述采集周期内发电单元的发电量与测评基准之间的比值，作为发电单元的发电比例之后，还包括：
提取发电比例最低的发电单元，标记为采取改善措施对象。
6.一种用于光伏发电运维的发电测评系统，其特征是，包括：基准装置、测评模块，所述测评模块分别与基准装置和光伏电站中的发电单元电性连接，测评模块包括：
运行数据提取单元：用于按预设的采集周期提取发电单元和基准装置的运行数据，基准装置的运行数据包括基准装置的设备状态和发电量，发电单元的运行数据包括发电单元的发电量；
发电比例计算单元：用于提取基准装置在设备状态正常时的发电量为测评基准，求取所述采集周期内发电单元的发电量与测评基准之间的比值，作为发电单元的发电比例；
设备状态判定单元：用于将发电比例与预设的阈值进行比较，基于比较结果判定发电单元的设备状态，发电单元的设备状态为正常、异常、故障中的任一项。
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