CN114465359A - 基于光伏并网系统的智能化应用方法和装置 - Google Patents

基于光伏并网系统的智能化应用方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请提出了一种基于光伏并网系统的智能化应用方法,涉及光伏发电技术领域,其中,该方法包括:首先需要进行时钟信号的同步校准及采集工作,基于卫星系统和5G通信技术,实现本地时钟信号的校准,其次是数据信息的采集与处理,基于5G通信,实现全天候柔性升压光伏系统的数据及图像采集工作,在此基础上通过异常数据的剔除与数据预处理,获取有效数据;之后利用数据信息融合技术,建立柔性升压光伏系统的全时间尺度的数据信息模型,实现柔性升压光伏系统的实时性能监控与性能劣变检测,采用上述方案的本发明解决了因断路器及保护的误动、拒动而引起的精确性不足问题,能有效提高故障诊断精度,实现对系统状态的精确监控和系统性能劣化的准确预测。

Description

基于光伏并网系统的智能化应用方法和装置
技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域,尤其涉及基于光伏并网系统的智能化应用方法和装置。
背景技术
为了解决能源短缺的现状,实现绿色能源的发展目标,减少大气污染,实现能源发展的可持续性,世界各国已经开始大力开发以光伏、风能为代表的新能源发电系统。光伏系统在可再生能源发电系统中是最成熟的技术之一,具有电力可扩展,安装简单,维护量少和模块化等优点,为保证光伏系统供电稳定性和可靠性,实现系统级的设备的协调控制、性能监控技术及性能劣化预测至关重要。
分散式数据采集系统内多个数据采集节点的同步触发精度会直接影响到采集数据的有效性以及后续分析处理的精确度。因此,数据采样的同步性对分散式数据采集系统来说是一项非常重要的性能指标。为实现系统内所有节点高精度的采集同步,传统的分散式数据采集系统采用专用时钟总线传输同步时钟。系统时钟源通过专用时钟总线向各个从节点发送全局时钟。该总线使得系统时钟源到所有从节点具有相等的硬件时钟传输时延。随着分散式采集系统的复杂度越来越高、规模越来越大,专用时钟总线走线延时导致的时钟不同相问题渐渐凸显,其次复杂、庞大的总线结构也将增加系统硬件开销。此外,大型分散式数据采集系统中一般包含多种采样节点,甚至包含多个采样子系统,其时钟传递的网络拓扑结构非常复杂,难以通过简单的时钟总线实现同步时钟的传输。
随着互联网相关的技术发展,依托大数据、云计算、数据挖掘等物联网新技术为电力生产过程带来了新的变革手段。数据驱动的技术体系的价值在于以下几个方面:(1)通过数据挖掘,将原本隐藏在数据背后的问题变得显性,使以往不可见的问题与关联浮现。(2)将数据与先进算法或分析理论相结合,利用数据挖掘的手段将过程智能化,进而面向问题进行性能分析、运行优化、全生命周期分析等。(3)在数据驱动下发现问题、探求用户价值缺口、开拓新的研究方向等。因此在当今工业物联网背景下,采用数据驱动的方法研究电力生产过程有着重要意义。
电力生产过程中运行设备的状态监测。电站运行设备的状态分析或诊断依赖于传感器数据的准确测量、监测与校核。通过建立设备的能耗特性、运行参数的指标体系、设备基准态等手段,达到监控传感器故障、监控设备性能状态诊断设备故障源、定位能耗的时空分布等目的。设备的性能状态的分析方法包括常规热量分析方法、传统
Figure BDA0003496625010000021
分析、热经济性诊断、单耗分析、先进
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分析等。常规热量分析方法以热力学第一定律为基础,采用热效率、热耗率、等熵效率、热损失等指分析电力生产过程中的能量利用情况。从中逐渐提炼出的等效焓降法、循环函数法、矩阵法等广泛应用于电站机组的系统运行状态分析与节能诊断领域。传统
Figure BDA0003496625010000023
分析以热二律为基础从能量的质的角度分析能量系统状态。Valero等在
Figure BDA0003496625010000024
分析基础上提出了热经济学分析方法,从单位
Figure BDA0003496625010000025
成本的角度开展了一系列电站机组热经济性诊断的研究工作。宋之平教授在
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分析与
Figure BDA0003496625010000027
经济分析基础上提出了单耗分析方法,分析了设备的理论单耗与附加单耗问题,具有更完善的工程实践意义Tsatasronis教授等将设备
Figure BDA0003496625010000028
损进一步细化为设备内部
Figure BDA0003496625010000029
损、设备外部
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损、可避免
Figure BDA00034966250100000213
损、不可避免
Figure BDA00034966250100000214
损,随之衍生出了先进
Figure BDA00034966250100000211
分析方法以及先进
Figure BDA00034966250100000212
经济分析方法。随着我国电网负荷的持续增长、跨区域电网规模的不断扩大以及环境监管的愈加严格,影响电网稳定运行的不确定因素也随之增加。在这种情况下,对电网故障进行迅速准确预警分析变得尤为重要。电网故障时,在较短时间内系统会将海量无用信息提供给运行人员,阻碍了故障的及时处理。另外,通信信道干扰、保护和开关的拒动、误动导致的信息缺失也会使故障分析的准确性受到严重影响。因此,在规模化、智能化电网背景下,对异构、冗余的多信息源数据融合,将有助于运行人员对故障的正确分析,具有现实的经济效益。目前国内外学者研究了多种电网故障的早期预警诊断方法,如人工神经网络、贝叶斯网络、优化技术、专家系统等。阎博等对国调的电网预警分析系统进行了研究,系统存在信息介入不规范等问题,呈现的信息量与故障程度呈显著的正相关关系。CodeRRa-RaiReri D等研究发现OPEN系统可以及时对故障进行分析并处理,但存在没有综合利用异构信息等问题。贺墨琳等对变电综合自动化领域的优化设计进行了分析,但不能综合利用录波器的开关量和模拟量信息。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此,本申请的第一个目的在于提出一种基于光伏并网系统的智能化应用方法,解决了现有方法的光伏系统无法实现系统级的设备的协调控制、性能监控及性能劣化预测技术问题,实现了柔性升压光伏系统的实时性能监控与性能劣变检测,实现基于多参数数据融合的柔性光伏电站预警。
本申请的第二个目的在于提出一种基于光伏并网系统的智能化应用系统。
本申请的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
为达上述目的,本申请第一方面实施例提出了一种基于光伏并网系统的智能化应用方法,包括:对光伏逆变器的时钟进行校准;通过卫星通讯授时与网络授时以及本地晶振同步相结合来实现光伏逆变器的高可靠组件级时钟的准确同步;通过5G数据网络,实现光伏并网系统的数据实时采集和传输;采集全天候光伏电站数据信息,通过数据筛选与预处理将所得数据信息进行处理;利用光伏系统数据信息物理融合系统建模理论,以处理好的数据信息为基础,建立全时间尺度下光伏系统数据信息物理融合系统模型;使用所述光伏系统数据信息物理融合系统模型,制定光伏逆变器内部相关参数基准值,与实时采集的数据中的设备实时数据进行对比,监控光伏逆变器性能变化趋势及性能劣化过程。
本申请实施例的基于光伏并网系统的智能化应用方法,通过对光伏逆变器的时钟进行校准;通过卫星通讯授时与网络授时以及本地晶振同步相结合来实现光伏逆变器的时钟准确同步;通过5G数据网络实现光伏并网系统的数据实时采集和传输;采集全天候光伏电站数据信息,并对所得数据信息进行处理;利用光伏系统数据信息物理融合系统建模理论和处理好的数据信息建立物理融合模型;使用物理融合模型,制定光伏逆变器内部相关参数基准值,与实时采集的数据中的设备实时数据进行对比,监控光伏逆变器性能变化趋势及性能劣化过程。本申请利用物联网技术与5G技术的结合,开发适合于分散式柔性光伏系统的智能化应用技术,基于数据驱动技术构造柔性光伏系统的信息物理融合系统,通过数据挖掘手段全方面的利用设备信息,通过将数据与先进算法相集合,实现对系统状态的精确监控和系统性能劣化的准确预测,并最大限度的发挥柔性升压光伏系统的性能优势,提高光伏系统的运行效率,降低光伏系统的发电成本。为进一步提高光伏电站故障诊断的精确性,保障电网稳定安全运行,从电气量出发建立电网故障早期预警所需的特征参量及提取方法,建立分析系统的总体构架,通过D-S证据理论对故障特征参量进行多参数数据信息融合。基于多参数数据融合的电网预警方法,将电气量引入到电网的故障诊断,解决因断路器及保护的误动、拒动而引起的精确性不足问题,能有效提高故障诊断精度,实现柔性升压光伏系统的实时性能监控与性能劣变检测,实现基于多参数数据融合的柔性光伏电站预警。
可选地,在本申请的一个实施例中,对光伏逆变器的时钟进行校准,包括:
利用GPS同步卫星信号接收1pps和串口时间信息,将本地的时钟和GPS卫星上面的时间进行同步,以对光伏逆变器时钟准确校准;
可选地,在本申请的一个实施例中,通过卫星通讯授时与网络授时以及本地晶振同步相结合来实现光伏逆变器的高可靠组件级时钟的准确同步,包括:
基于导航系统对光伏逆变器进行时钟同步;
分析在时间同步系统上下行链路中,时钟源相位噪声与时间同步精度的相互关系,之后采用基于5G网络同步通讯IEEE1588同步方案,通过多播技术的分散式总线系统对光伏并网系统中的组件级光伏逆变器的时钟进行同步;
基于OCXO晶振将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小,从而使得光伏逆变器时钟信号同步。
可选地,在本申请的一个实施例中,还包括:
通过5G通信网络提供分散式数据传输通道,实现对光伏并网系统的数据以及影像信息的采集及传输。
可选地,在本申请的一个实施例中,通过神经网络和向量机建立全时间尺度下光伏系统数据信息物理融合系统模型。
为达上述目的,本发明第二方面实施例提出了一种基于光伏并网系统的智能化应用系统,包括时钟数据同步模块、光伏电站数据信息采集模块、数据处理模块、模型建立模块、应用模块,其中,
时钟数据同步模块,用于对光伏并网系统进行时钟同步和数据同步;
光伏电站数据信息采集模块,用于采集全天候光伏电站数据信息;
数据处理模块,用于通过数据筛选与预处理将所得数据信息进行处理;
模型建立模块,用于利用光伏系统数据信息物理融合系统建模理论,以数据处理模块处理好的数据信息为基础,建立全时间尺度下光伏系统数据信息物理融合系统模型;
应用模块,用于使用模型建立模块生成的模型,制定光伏逆变器内部相关参数基准值,与实时采集的数据中的设备实时数据进行对比,监控光伏逆变器性能变化趋势及性能劣化过程。
可选地,在本申请的一个实施例中,时钟数据同步模块,具体用于:
对所述光伏并网系统中的光伏逆变器的时钟进行校准;
通过卫星通讯授时与网络授时以及本地晶振同步相结合来实现光伏逆变器的高可靠组件级时钟的准确同步;
通过5G数据网络,实现光伏并网系统的数据实时采集和传输。
为了实现上述目的,本发明第三方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质,当所述存储介质中的指令由处理器被执行时,能够执行上述基于光伏并网系统的智能化应用方法。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本申请实施例一所提供的一种基于光伏并网系统的智能化应用方法的流程示意图;
图2为本申请实施例二的智能化应用系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的燃料电池堆多片膜电极多参数同步检测方法和装置。
图1为本申请实施例一所提供的一种基于光伏并网系统的智能化应用方法的流程示意图。
如图1所示,该基于光伏并网系统的智能化应用方法包括以下步骤:
步骤101,对光伏逆变器的时钟进行校准;
步骤102,通过卫星通讯授时与网络授时以及本地晶振同步相结合来实现光伏逆变器的高可靠组件级时钟的准确同步;
步骤103,通过5G数据网络,实现光伏并网系统的数据实时采集和传输;
本申请实施例的基于光伏并网系统的智能化应用方法,通过对光伏逆变器的时钟进行校准;通过卫星通讯授时与网络授时以及本地晶振同步相结合来实现光伏逆变器的高可靠组件级时钟的准确同步;通过5G数据网络,实现光伏并网系统的数据实时采集和传输;采集全天候光伏电站数据信息,通过数据筛选与预处理将所得数据信息进行处理;利用光伏系统数据信息物理融合系统建模理论,以处理好的数据信息为基础,建立全时间尺度下光伏系统数据信息物理融合系统模型;使用光伏系统数据信息物理融合系统模型,制定光伏逆变器内部相关参数基准值,与实时采集的数据中的设备实时数据进行对比,监控光伏逆变器性能变化趋势及性能劣化过程,由此,能够实现柔性升压光伏系统的实时性能监控与性能劣变检测,实现基于多参数数据融合的柔性光伏电站预警。
进一步地,在本申请实施例中,对光伏逆变器的时钟进行校准,包括:
通过GPS信号驯服组件级光伏逆变器的时钟晶振,利用GPS同步卫星信号接收1pps和串口时间信息,将本地的时钟和GPS卫星上面的时间进行同步,以实现对组件级隔离型光伏逆变器时钟的准确校准,
进一步地,在本申请实施例中,开发基于北斗导航系统的时钟同步技术,由于卫星信号容易被干扰,仅仅依赖卫星授时存在风险,因此在并分析在时间同步系统上下行链路中,时钟源相位噪声与时间同步精度的相互关系的基础上,采用基于5G网络同步通讯IEEE1588同步方案通过多播技术的分散式总线系统对柔性光伏系统中的组件级光伏逆变器的时钟进行同步,并采用基于OCXO晶振(Oven Controlled Crystal Oscillator恒温晶体振荡器)将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小,从而有效降低组件级光伏逆变器中由于设备发热,导致晶振的频率不准,进而组件级时钟信号的同步。
进一步地,在本申请实施例中,还包括:
开发基于5G网络环境的柔性光伏系统的系统级数据同步技术,通过5G通信网络提供低延迟、高完整性和高数据速率的分散式数据传输通道,实现对分散式柔性光伏系统的数据以及影像信息的采集。
进一步地,在本申请实施例中,通过神经网络和向量机建立全时间尺度下光伏系统数据信息物理融合系统模型。
为了实现上述实施例,本申请还提出一种基于光伏并网系统的智能化应用系统,
图2为本申请实施例提供的一种智能化应用系统的结构示意图。
如图2所示,该智能化应用系统包括:时钟数据同步模块、光伏电站数据信息采集模块、数据处理模块、模型建立模块、应用模块,其中,
时钟数据同步模块,用于对光伏并网系统进行时钟同步和数据同步;
光伏电站数据信息采集模块,用于采集全天候光伏电站数据信息;
数据处理模块,用于通过数据筛选与预处理将所得数据信息进行处理;
模型建立模块,用于利用光伏系统数据信息物理融合系统建模理论,以数据处理模块处理好的数据信息为基础,建立全时间尺度下光伏系统数据信息物理融合系统模型;
应用模块,用于使用所述模型建立模块生成的模型,制定光伏逆变器内部相关参数基准值,与实时采集的数据中的设备实时数据进行对比,监控光伏逆变器性能变化趋势及性能劣化过程。
进一步地,在本申请实施例中,自主开发光伏电站数据采集模块,将光伏电站数据进行采集,首先通过光伏电站数据采集模块开发与试制,获取全天候光伏电站数据信息,通过合理的数据筛选与预处理将所得数据信息进行处理
进一步地,在本申请实施例中,通过合理的异常数据剔除与预处理技术将数据进行处理:利用光伏系统数据信息物理融合系统建模理论,以前述处理好的数据信息为基础,通过不同的算法(神经网络、支持向量机等),建立全时间尺度下光伏系统数据信息物理融合系统模型;
进一步地,在本申请实施例中,上述时钟数据同步模块具体用于:
对所述光伏并网系统中的光伏逆变器的时钟进行校准;
通过卫星通讯授时与网络授时以及本地晶振同步相结合来实现光伏逆变器的高可靠组件级时钟的准确同步;
通过5G数据网络,实现光伏并网系统的数据实时采集和传输
需要说明的是,前述对基于光伏并网系统的智能化应用方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于光伏并网系统的智能化应用系统装置,此处不再赘述。
为了实现上述实施例,本发明还提出了一种非临时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述实施例的方法。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤,例如,可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表,可以具体实现在任何计算机可读介质中,以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言,"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或多个布线的电连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外,计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质,因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序,然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解,本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如,如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于光伏并网系统的智能化应用方法,其特征在于,包括以下步骤:
对光伏逆变器的时钟进行校准;
通过卫星通讯授时与网络授时以及本地晶振同步相结合来实现光伏逆变器的高可靠组件级时钟的准确同步;
通过5G数据网络,实现光伏并网系统的数据实时采集和传输;
采集全天候光伏电站数据信息,通过数据筛选与预处理将所得数据信息进行处理;
利用光伏系统数据信息物理融合系统建模理论,以处理好的数据信息为基础,建立全时间尺度下光伏系统数据信息物理融合系统模型;
使用所述光伏系统数据信息物理融合系统模型,制定光伏逆变器内部相关参数基准值,与实时采集的数据中的设备实时数据进行对比,监控光伏逆变器性能变化趋势及性能劣化过程。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对光伏逆变器的时钟进行校准,包括:
利用GPS同步卫星信号接收1pps和串口时间信息,将本地的时钟和GPS卫星上面的时间进行同步,以对光伏逆变器时钟准确校准。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通过卫星通讯授时与网络授时以及本地晶振同步相结合来实现光伏逆变器的高可靠组件级时钟的准确同步,包括:
基于导航系统对光伏逆变器进行时钟同步;
分析在时间同步系统上下行链路中,时钟源相位噪声与时间同步精度的相互关系,之后采用基于5G网络同步通讯IEEE1588同步方案,通过多播技术的分散式总线系统对所述光伏并网系统中的组件级光伏逆变器的时钟进行同步;
基于OCXO晶振将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小,从而使得光伏逆变器时钟信号同步。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:
通过5G通信网络提供分散式数据传输通道,实现对光伏并网系统的数据以及影像信息的采集及传输。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,通过神经网络和向量机建立全时间尺度下光伏系统数据信息物理融合系统模型。
6.一种基于光伏并网系统的智能化应用系统,其特征在于,包括时钟数据同步模块、光伏电站数据信息采集模块、数据处理模块、模型建立模块、应用模块,其中,
所述时钟数据同步模块,用于对所述光伏并网系统进行时钟同步和数据同步;
所述光伏电站数据信息采集模块,用于采集全天候光伏电站数据信息;
所述数据处理模块,用于通过数据筛选与预处理将所得数据信息进行处理;
所述模型建立模块,用于利用光伏系统数据信息物理融合系统建模理论,以所述数据处理模块处理好的数据信息为基础,建立全时间尺度下光伏系统数据信息物理融合系统模型;
所述应用模块,用于使用所述模型建立模块生成的模型,制定光伏逆变器内部相关参数基准值,与实时采集的数据中的设备实时数据进行对比,监控光伏逆变器性能变化趋势及性能劣化过程。
7.如权利要求6所述的系统,其特征在于,所述时钟数据同步模块,具体用于:
对所述光伏并网系统中的光伏逆变器的时钟进行校准;
通过卫星通讯授时与网络授时以及本地晶振同步相结合来实现光伏逆变器的高可靠组件级时钟的准确同步;
通过5G数据网络,实现光伏并网系统的数据实时采集和传输。
8.一种非临时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的方法。
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