CN112234940B - 考虑限功率与运行效率的逆变器输出功率异常预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出考虑限功率与运行效率的逆变器输出功率异常预警方法，包括如下步骤：(1)利用智能终端采集光伏系统当前数据，包括各逆变器的状态字、总直流功率及总有功功率；(2)判断逆变器限功率是否开启，若限功率开启，则读取限功率实际值；(3)对限功率开启的逆变器，判断该逆变器是否限功率失败。若限功率未失败，则判断该逆变器是否效率过低。对连续两次异常的逆变器进行预警上报；(4)对限功率关闭的逆变器，判断该逆变器是否效率过低，并对连续两次异常的逆变器进行预警上报。本发明实现了逆变器本身原因造成电能损失情况下的异常预警，为光伏系统的及时运维和效能提升提供保障。

Description

考虑限功率与运行效率的逆变器输出功率异常预警方法
技术领域
本发明属于光伏发电运维技术领域，具体涉及一种考虑限功率与实时运行效率的逆变器输出功率异常预警方法。
背景技术
在分布式光伏发电产业中，由于太阳能光伏电站的运行环境十分复杂，容易受到极端天气条件的影响，异常状况多发且类型多样，随着光伏电站运行时间的增长，问题愈加突出，对大规模分布式光伏电站的日常运维提出了极大挑战。当前光伏电站的运维主要采用人工巡检、定期上报的策略，不能对异常状况给出早期预警，且随着光伏电站分布面变广，数量增多，检修成本和周期均极大上升，最终造成光伏电站有效运行时间缩减，单位发电量成本高，不利于清洁能源推广。
目前国内光伏系统故障诊断与异常状况预警一般基于光伏逆变器实现。这种方式只能判断出光伏支路反接、未接(即断路)、过流三种情况，难以对逆变器自身原因造成的电能损失进行及时的诊断与预警。
发明内容
为了解决上述技术问题，考虑到并网型分布式光伏电站通常配备有数据采集终端，用于汇集光伏电站本地端数据，送给远程监控或运维平台，本发明将集成有边缘计算功能的数据采集终端称为智能终端，本发明提出一种考虑限功率与实时运行效率的逆变器输出功率异常预警方法，即通过对智能终端收集到的逆变器相关遥测、遥信数据进行分析，从限功率情况与逆变器实时运行效率两个方面对逆变器工作状态进行判断，且判断阈值可由厂家提供或通过现场测试得到，普适性与合理性强，易于策略的推广，可为老旧分布式光伏电站实现智慧运维提供有力支撑。
本发明的技术解决方案为：一种考虑限功率与运行效率的逆变器输出功率异常预警方法，包括如下步骤：
步骤(1)智能终端通过通信方式获取分布式光伏系统中的所有逆变器相关的遥测、遥信数据，包括各逆变器的工作状态字、总直流输入功率PDC及总输出有功功率Pnbq，后面这两个数值是通过光伏逆变器测量得到的；若某逆变器的工作状态字显示该逆变器处于待机或停机状态，则不对该逆变器进行异常状况诊断。
步骤(2)根据采集到的各光伏逆变器的工作状态字，对不处于停机或待机状态的光伏逆变器依次进行分析诊断，对处于限功率状态的逆变器，读取该光伏逆变器的限功率实际值Pmaxlim；
步骤(3)若某光伏逆变器处于限功率状态，并且其限功率实际值为Pmaxlim，则读取其输出总有功功率Pnbq，并与Pmaxlim进行比较；若Pnbq在[0.95×Pmaxlim，1.05×Pmaxlim]范围之内，则认为该逆变器输出功率正常；若Pnbq>1.05×Pmaxlim，则说明该逆变器输出的总有功功率超过功率限制过多，限功率失败，认为此时该逆变器输出功率异常，若该台逆变器在上次诊断中输出功率也存在异常，则将故障进行上报；若Pnbq<0.95×Pmaxlim，则根据此逆变器的额定输入功率Pn，总有功功率Pnbq与总直流功率PDC计算逆变器效率Eff与负载率Rol，其中Eff＝Pnbq/PDC，Rol＝PDC/Pn；并根据负载率Rol查询该型逆变器在相近负载率条件下的标准效率下限Effsl，若Eff≥Effsl，则认为该逆变器输出功率正常；若Eff<Effsl，则说明该逆变器此时效率过低，认为此时该逆变器输出功率异常，若该台逆变器在上次诊断中输出功率也存在异常，则将故障进行上报；
步骤(4)若某光伏逆变器功率限制没有启用，处于正常工作状态，则根据此逆变器的额定输入功率Pn，总有功功率Pnbq与总直流功率PDC计算逆变器效率Eff与负载率Rol，其中E＝Pnbq/PDC，Rol＝PDC/Pn；并根据Rol查询该型逆变器在相近负载率条件下的标准效率下限Effsl，若Eff≥Effsl，则认为该逆变器输出功率正常；若Eff<Effsl，则说明该逆变器此时效率过低，认为此时该逆变器输出功率异常，若该台逆变器在上次诊断中输出功率也存在异常，则将故障进行上报。
进一步的，所述权利要求1步骤(3)、(4)中获取不同负载率Rol条件的标准效率下限的具体过程如下：
(1)若厂商提供该型逆变器不同负载率下的效率标准，则直接引用作为Effsl查询的依据；
(2)若厂商不提供该效率标准，则在逆变器安装现场时，对该型逆变器在不同负载率下进行测试，具体包括如下步骤：
A.某光伏电站需安装某型逆变器共m台，负载率划分为(0，0.05]、(0.05，0.1]、(0.1，0.2]、(0.2，0.3]、(0.3，0.5]、(0.5，0.75]、(0.75，1]共7个区间；计划每台逆变器在每个负载率区间做n次测试，其中，n≥3，共进行m×7×n次测试；
B.首先，确定负载率在(0.75，1]范围内的标准效率下限；测试之前应确保测试对象工作正常；模拟电站温度环境，在平均温度条件下对m台逆变器分别进行测试，使被测逆变器的负载率在(0.75，1]范围内，靠近左侧阈值0.75；每台逆变器测试5次，5次测试结果的平均值记为该台逆变器在此负载率下的效率平均值；设获得的各台逆变器效率平均值分别为Eff1、Eff2、...、Em；计算这m个效率的算数平均值Effavg与标准差Effsig，并据此设定负载率在(0.75，1]范围内的标准效率下限Effsl，其中Effsl＝Effavg-3×Effsig；然后根据同样的过程确定其他负载率范围的标准效率下限。
进一步的，所述权利要求1步骤(3)中逆变器的额定输入功率Pn是指输出功率因数为1，输出电压、电流为额定值时，逆变器的总直流输入功率。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明考虑到电站实际运行中可能存在的限功率情况，提出了限功率失败异常的判断方法，提高了异常诊断方法的实用性。
(2)本发明充分利用智能终端汇集的光伏逆变器相关遥测、遥信数据，无需额外增加传感器和数据采样电路，实现成本低。
(3)本发明设计了一种基于负载率的标准效率阈值测试方法，使得阈值与电站本身特征相吻合，优化诊断效果，应用前景巨大。
(4)本发明提出的同一逆变器多次预警上报的告警策略，能有效避免因偶然非故障因素导致的误报。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明中的通信示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提出一种考虑限功率与运行效率的逆变器输出功率异常预警方法，所述运行效率为实时运行效率，具体实现步骤如下：
(1)利用智能终端采集分布式光伏系统中当前处于正常运行的逆变器的遥测、遥信数据，应至少包括各逆变器的工作状态字、总直流功率及总有功功率。这些数据在同一时刻由多个逆变器产生，具体个数由电站规模及当前运行状态决定，这两种数据由逆变器测量得到。除提供给诊断程序使用外，智能终端将把这些数据进行记录储存。
(2)分析采集到的各光伏逆变器的工作状态字，判断是否是停机或待机状态字，对不处于停机或待机状态的光伏逆变器依次进行异常预警分析诊断，根据其工作状态字，判断限功率是否启用。对处于限功率状态的逆变器，读取该光伏逆变器的限功率实际值Pmaxlim。
(3)若某光伏逆变器处于限功率状态，并且其限功率实际值为Pmaxlim，则读取其总有功功率Pnbq与Pmaxlim进行比较。若Pnbq满足：
Pnbq∈[0.95×Pmaxlim，1.05×Pmaxlim]
则认为该逆变器输出功率正常。若Pnbq不满足上式，而是满足：
Pnbq>1.05×Pmaxlim
则说明该逆变器输出的总有功功率超过功率限制过多，限功率失败，应认为此时该逆变器输出功率异常，若该台逆变器在上次诊断中输出功率也存在异常，则将故障进行上报。
若Pnbq不满足上面两个式子，而是满足：
Pnbq<0.95×Pmaxlim
则说明此时逆变器限功率对于当前有功功率几乎没有影响，应从逆变器效率对有无异常进行判断。
设此类型逆变器的额定功率Pn，此时该台逆变器的总有功功率为Pnbq，总直流功率为PDC，根据它们计算逆变器效率Eff与负载率Rol：
Eff＝Pnbq/PDC
Rol＝PDC/Pn
根据本发明的一个实施例，根据Rol查询该型逆变器在此负载率条件下的标准效率下限Effsl，其中各个负载条件下的标准效率下限Effsl可通过如下两种方法获取：
A.根据厂商提供的该型逆变器在不同负载率下的效率标准，确定Effsl的值。
B.对该型逆变器在不同负载率下进行测试，一个测试方案样例如下：
某光伏电站需安装某型逆变器共20台。负载率划分为(0，0.05]、(0.05，0.1]、(0.1，0.2]、(0.2，0.3]、(0.3，0.5]、(0.5，0.75]、(0.75，1]共7个区间。计划每台逆变器在每个负载率区间做n(≥3)次测试，共进行20×7×n次测试。实际情况中可根据需安装逆变器台数、运行情况等，对每台逆变器的测试次数、负载率划分情况进行调整。
确定了测试次数及负载率划分情况后，可进行标准效率下限的确定。以负载率在(0.75，1]范围内的标准效率下限确定过程为例。测试之前应确保测试对象工作正常；模拟电站温度环境，在平均温度条件下对20台逆变器分别进行测试，使被测逆变器的负载率在(0.75，1]范围内，且应尽可能靠近左侧阈值；每台逆变器测试5次，5次测试结果的平均值记为该台逆变器在此负载率下的效率平均值；设获得的各台逆变器效率平均值分别为Eff1、Eff2、...、Eff20；计算这20个效率的算数平均值Effavg与标准差Effsig，并据此设定负载率在(0.75，1]范围内的标准效率下限Effsl：
Effsl＝Effavg-3×Effsig
其他负载率范围的标准效率下限确定过程类似。
根据逆变器当前的负载率Rol查询到对应的标准效率下限Effsl后，对Eff和Effsl进行比较。若Eff满足：
Eff≥Effsl
则认为该逆变器输出功率正常；若Eff不满足上式，则说明该逆变器此时效率过低，认为此时该逆变器输出功率异常，若该台逆变器在上次诊断中输出功率也存在异常，则将故障进行上报。
(4)若某光伏逆变器功率限制没有启用，处于正常工作状态，则分析该台逆变器是否存在效率过低的异常。
同样设此逆变器的额定功率为Pn，当前的总有功功率为Pnbq，总直流功率为PDC，根据步骤(3)中的公式计算逆变器效率Eff与负载率Rol。根据Rol查询该型逆变器在此负载率条件下的标准效率下限Effsl，Effsl的确定方法和步骤(3)中一样。并将Eff与Effsl进行比较，若Eff≥Effsl，则认为该逆变器输出功率正常；若Eff＜Effsl，则说明该逆变器此时效率过低，认为此时该逆变器输出功率异常，若该台逆变器在上次诊断中输出功率也存在异常，则将故障进行上报。
图2为本发明中的通信示意图，分布式光伏电站中的各个逆变器将实时电气数据发送给智能终端，智能终端基于实时数据进行功率异常判断，多次出现异常时将结果上报云平台。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种考虑限功率与运行效率的逆变器输出功率异常预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)智能终端通过通信方式获取分布式光伏系统中的所有逆变器相关的遥测、遥信数据，包括各逆变器的工作状态字、总直流输入功率PDC及总输出有功功率Pnbq；若某逆变器的工作状态字显示该逆变器处于待机或停机状态，则不对该逆变器进行异常状况诊断；
步骤(2)根据采集到的各光伏逆变器的工作状态字，对不处于停机或待机状态的光伏逆变器依次进行分析诊断，对处于限功率状态的逆变器，读取该光伏逆变器的限功率实际值Pmaxlim；
步骤(3)若某光伏逆变器处于限功率状态，并且其限功率实际值为Pmaxlim，则读取其输出总有功功率Pnbq，并与Pmaxlim进行比较；若Pnbq在[0.95×Pmaxlim，1.05×Pmaxlim]范围之内，则认为该逆变器输出功率正常；若Pnbq>1.05×Pmaxlim，则说明该逆变器输出的总有功功率超过功率限制过多，限功率失败，认为此时该逆变器输出功率异常，若该台逆变器在上次诊断中输出功率也存在异常，则将故障进行上报；若Pnbq<0.95×Pmaxlim，则根据此逆变器的额定输入功率Pn，总有功功率Pnbq与总直流功率PDC计算逆变器效率Eff与负载率Rol，其中Eff＝Pnbq/PDC，Rol＝PDC/Pn；并根据负载率Rol查询该型逆变器在相近负载率条件下的标准效率下限Effsl，若Eff≥Effsl，则认为该逆变器输出功率正常；若Eff<Effsl，则说明该逆变器此时效率过低，认为此时该逆变器输出功率异常，若该台逆变器在上次诊断中输出功率也存在异常，则将故障进行上报；
步骤(4)若某光伏逆变器功率限制没有启用，处于正常工作状态，则根据此逆变器的额定输入功率Pn，总有功功率Pnbq与总直流功率PDC计算逆变器效率Eff与负载率Rol，其中Eff＝Pnbq/PDC，Rol＝PDC/Pn；并根据Rol查询该型逆变器在相近负载率条件下的标准效率下限Effsl，若Eff≥Effsl，则认为该逆变器输出功率正常；若Eff<Effsl，则说明该逆变器此时效率过低，认为此时该逆变器输出功率异常，若该台逆变器在上次诊断中输出功率也存在异常，则将故障进行上报；
所述步骤(3)、(4)中获取不同负载率Rol条件的标准效率下限的具体过程如下：
(1)若厂商提供该型逆变器不同负载率下的效率标准，则直接引用作为Effsl查询的依据；
(2)若厂商不提供该效率标准，则在逆变器安装现场，对该型逆变器在不同负载率下进行测试，具体包括如下步骤：
A.某光伏电站需安装某型逆变器共m台，负载率划分为(0，0.05]、(0.05，0.1]、(0.1，0.2]、(0.2，0.3]、(0.3，0.5]、(0.5，0.75]、(0.75，1]共7个区间；计划每台逆变器在每个负载率区间做n次测试，其中，n≥3，共进行m×7×n次测试；
B.首先，确定负载率在(0.75，1]范围内的标准效率下限；测试之前应确保测试对象工作正常；模拟电站温度环境，在平均温度条件下对m台逆变器分别进行测试，使被测逆变器的负载率在(0.75，1]范围内，靠近左侧阈值0.75；每台逆变器测试5次，5次测试结果的平均值记为该台逆变器在此负载率下的效率平均值；设获得的各台逆变器效率平均值分别为Eff1、Eff2、...、Em；计算这m个效率的算数平均值Effavg与标准差Effsig，并据此设定负载率在(0.75，1]范围内的标准效率下限Effsl，其中Effsl＝Effavg-3×Effsig；然后根据同样的过程确定其他负载率范围的标准效率下限。
2.根据权利要求1所述的一种考虑限功率与运行效率的逆变器输出功率异常预警方法，其特征在于：
所述权利要求1步骤(3)中逆变器的额定输入功率Pn是指输出功率因数为1，输出电压、电流为额定值时，逆变器的总直流输入功率。
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