CN212012579U - 一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置 - Google Patents

一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置包括：并网发电计量装置以及自动清洗装置；所述自动清洗装置包括清洗装置以及清洗小车控制装置；所述光伏组串与并网发电计量装置连接，所述并网发电计量装置与清洗小车控制装置连接，所述清洗小车控制装置与清洗装置连接。本实用新型包括并网发电计量装置和自动清洗装置，计量通过获取光伏组串所转化的太阳能来测量本光伏电站的发电总量，并同时为自动清洗装置提供电源，使光伏组串处在最优状态时测量其发电量，使得测量数据受天气，灰尘等外界因素的影响较小，数据更为精确稳定，装置易于运维，减少运维成本，可广泛应用于光伏发电技术领域。

Description

一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置
技术领域
本实用新型涉及太阳能光伏发电技术领域，尤其是一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置。
背景技术
随光伏发电是一种清洁能源，用之不竭，光伏发电主要是依靠太阳能电池板将光能转换为直流电能，再将直流电通过逆变器逆变为交流电供用户使用，而太阳能电池板表面是玻璃，玻璃表面的洁净度直接影响太阳能电池板吸收阳光的能力，从而会影响太阳能电站的发电能力，因此做好太阳能电池板表面的清洗运维是光伏电站的工作重点，也是当前光伏电站运维考核的重要运维工作之一。光伏电站组件定期清洗会提高约3％的发电量。目前光伏行业衡量光伏电站运行水平的考核指标有光伏电站的系统效率，其中系统效率是最为常用的指标，通过将辐照仪测量的太阳辐射值、光伏电站发电量代入理论公式计算而来，但是在实际应用中辐照仪传感器存在不稳定、精度差、受环境因素(多云、阴雨天、灰尘)影响大，导致最终测得的系统效率误差较大，不能准确地衡量实际系统效率，因此实际光伏电站中辐照仪形同虚设，无法为项目很好的服务。此外，目前行业还缺乏用于光伏电站有效发电利用小时数的标准参考数据测量装置。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种便于测量光伏电站有效发电利用小时数的标准参考数据的装置。
本实用新型所采取的技术方案是：
一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置包括：并网发电计量装置以及自动清洗装置；所述自动清洗装置包括清洗装置以及清洗小车控制装置；所述并网发电计量装置与清洗小车控制装置连接，所述清洗小车控制装置与清洗装置连接。
进一步，所述并网发电计量装置包括光伏组串和配电箱；所述光伏组串与配电箱相连；所述光伏组串包括至少一块光伏组件。
进一步，所述配电箱包括：防雷器、计量装置、以及电流检测装置；所述光伏组串分别与防雷器和计量装置的一端相连，所述计量装置的另一端分别与电流检测装置的一端相连，所述电流检测装置连接至光伏电站的组串式逆变器。
进一步，所述清洗小车控制装置包括：断路器、降压变压器、AC/DC电源以及电机驱动控制模块，所述AC/DC电源的一端分别与降压变压器的一端和所述并网发电计量装置相连。
进一步，所述电机驱动控制模块包括：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、限位开关检测电路、时钟电路以及电源电路；
所述通信接口电路连接至所述DSP处理器；所述DSP处理器的输出端分别与所述状态指示电路的输入端、电机A驱动电路的输入端和电机B驱动电路的输入端相连；所述电源电路的输出端、时钟电路的输出端、以及限位开关检测电路的输出端均与DSP处理器的输入端连接。
进一步，所述电机驱动控制模块还包括：交流电压在线监测电路、电机A监测电路、电机B监测电路以及备用电源，所述交流电压在线监测电路的输出端、电机A监测电路的输出端、电机B监测电路的输出端均与DSP处理器输入端连接；所述备用电源与电源电路连接。
进一步，所述清洗装置包括：驱动电机、清洗小车、清洗小车行走履带、限位开关以及光伏组串固定导轨；所述驱动电机包括电机A与电机B；所述电机A与电机B分别设置在所述光伏组串固定导轨上，且均处于清洗小车的同一侧，所述清洗小车行走履带另一端设有远端限位开关，所述驱动电机与远端限位开关之间靠近驱动电机处设有近端限位开关，所述清洗小车架设在所述近端限位开关与远端限位开关之间，所述光伏组串固定导轨将所述光伏组串固定在所述清洗小车行走履带之间。
本实用新型的有益效果是：本实用新型包括并网发电计量装置和自动清洗装置，计量通过获取光伏组串所转化的电能来测量本光伏电站的发电总量，并同时为自动清洗装置提供电源，使光伏组串处在最优状态时测量其发电量，使得测量数据受天气，灰尘等外界因素的影响较小，数据更为精确稳定，装置易于运维，减少运维成本。
附图说明
图1为本实用新型的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置的并网发电计量装置的结构示意图；
图2为本实用新型的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置的自动清洗装置的结构示意图；
图3为本实用新型的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置的电机驱动控制模块的结构框架图；
图4为本实用新型的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置在光伏组串竖向安装状态下清洗装置的结构示意图；
图5为本实用新型的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置在光伏组串横向安装状态下清洗装置的结构示意图。
附图标记：101、原光伏电站光伏组串；102、防雷器；103、电流检测装置；104、计量装置；105、断路器；201、断路器；202、降压变压器；301、电机A；302、电机B；303、近端限位开关A；304、近端限位开关B；305、远端限位开关A；306、远端限位开关B；307、清洗小车行走履带；308、清洗小车行走履带；309、清洗小车。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型进行进一步的详细说明。
参照图1，一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置包括并网发电计量装置以及自动清洗装置；所述自动清洗装置包括清洗装置以及清洗小车控制装置；所述并网发电计量装置与清洗小车控制装置连接，所述清洗小车控制装置与清洗装置连接。
其中，并网发电计量装置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光伏电站的总发电量并上传至后台；自动清洗装置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。光伏组串为基准发电部件，将光转换为电能，是核心部件，基准部件需要自动清洗装置按设定程序对其进行定期清洗除尘，保持表面洁净，为了测试数据达到更高的可信性，该基准光伏组串必须从同一电站中选取，与电站现场的光伏组串特性保持一致。所述清洗小车控制装置用于将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，清洗装置用于根据控制信号及指令完成相应的清洗动作。
作为可选的实施方式，所述并网发电计量装置包括：光伏组串(原光伏电站光伏组串101)和配电箱；所述光伏组串与配电箱相连；所述光伏组串包括至少一块光伏组件。
其中，光伏组串用于将光能转化为电能，所述光伏组串采用原电站同批次的单块光伏组件进行串接，其串接方式包括竖向安装方式和横向安装方式，光伏组串的输出端接入配电箱；配电箱用于获取所述电能，并根据获取的电能精密计量得到对应的光伏组串的状态参数，包括电压、电流以及发电量等，根据得到的状态参数进一步计算出发电量，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公式为：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；
作为可选的实施方式，所述配电箱包括：防雷器102、计量装置104以及电流检测装置103；所述光伏组串与防雷器102相连，所述光伏组串分别与防雷器102和计量装置104的一端相连，所述计量装置104的另一端分别与电流检测装置103的一端相连，所述电流检测装置连接至光伏电站的组串式逆变器。
具体的，光伏组串产生的直流电能通过逆变器逆变为符合电网的同向同频交流电后并入光伏电站箱变低压侧。防雷器为正负极浪涌器，用于吸收正负极线路的共模浪涌电压，当电气回路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，防雷器能在极短的时间内进行导通分流，从而避免浪涌对回路中的计量装置造成损害。计量装置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(通过电流检测装置检测回路电流)的方式计算出实时功率和发电量，本实用新型本实施例中的计量装置选用直流计量表，计量装置中直流计量表的供电取自清洗小车，同时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，最终直流计量表产生的数据通过RS485通信方式将上传到光伏电站管理系统后台；所述电流检测装置采用高精度功率电阻，电流通过电流检测装置时产生电压信号，该信号被采集到直流计量表用于计算回路电流。为了并网发电计量装置的运行安全性、断电检修的方便性及数据的连续性，实施例中并网发电计量装置的计量装置通过一个断路器105连接至清洗小车控制装置(由清洗小车控制装置供电)，该断路器105具有失压脱扣、自动合闸功能，可以起到断电时防止并网发电计量装置孤岛运行的作用，同时可以实现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，所述清洗小车控制装置包括：断路器201、降压变压器202、AC/DC电源以及电机驱动控制模块，所述断路器201与AC/DC电源相连，所述AC/DC电源的一端分别与降压变压器202的一端和所述并网发电计量装置相连。
具体的，参照图2清洗小车控制装置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，降压变压器202用于将原光伏系统高交流电压降为交流220V低压，该220V电压同时给计量装置和AC/DC电源供电，AC/DC电源用于将交流220V整流为符合电机驱动控制模块使用的直流电(直流输出为3路，其中一路为电机驱动控制模块供电电源，剩余两路为电机A和电机B驱动电源)。
参照图3，作为可选的实施方式，所述电机驱动控制模块包括：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、限位开关检测电路、时钟电路、以及电源电路；所述DSP处理器分别与通信接口电路相连；所述DSP处理器的输出端分别与所述状态指示电路的输入端、电机A驱动电路的输入端和电机B驱动电路的输入端相连；所述电源电路的输出端、时钟电路的输出端以及限位开关检测电路的输出端均与DSP处理器的输入端连接。
其中，DSP处理器为核心控制模块，用于根据预设的控制程序接收外围电路的各种信号并进行处理，同时对通信接口电路，状态指示电路，以及电机A和B的驱动电路下发相应信号或指令，通信接口电路用于与后台或服务器保持通讯，上传模块的状态参数或故障信息等，状态只指示电路用于连通可视化界面，便于相关技术人员实时获知当前电机驱动控制模块的运行情况，电源电路用于为DSP处理器提供电源，时钟电路用于为DSP提供时钟信号，电机A和电机B驱动电路用于接收DSP处理器的控制指令然后驱动电机A以及电机B运作，限位开关检测电路用于获取远端/近端限位开关的信号并提供给DSP处理器，DSP根据所述信号判断清洗小车的具体运行位置。当清洗小车控制装置上通电后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，检测到没有异常或报警的外围信号时，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，当检测到远端限位开关信号后清洗小车控制装置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近端限位开关信号后清洗小车控制装置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。
作为可选的实施方式，所述电机驱动控制模块还包括：交流电压在线监测电路、电机A监测电路、电机B监测电路以及备用电源，所述交流电压在线监测电路的输出端、电机A监测电路的输出端、电机B监测电路的输出端均与DSP处理器的输入端连接；所述备用电源与电源电路连接。
其中，交流电压在线监测电路用于检测输入交流电源是否在线，当没有检测到交流电压时生成故障告警，备用电源主要为锂电池，用于在220V交流电源中断时为DSP处理器提供后备工作电源，可使DSP处理器监控和处理相关告警信号，将其告警信号上传至后台，实现停电及来电通知功能，大幅度提高系统运行的可靠性。电机A和电机B的监测电路用于监测电机A和电机B的运行情况，当检测到电机运行情况异常或故障时，生成相应的异常故障信息上传至DSP处理器，并上传至后台。
参照图4和图5，作为可选的实施方式，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干净，使光伏组串的发电处在最优状态，所述清洗装置包括：驱动电机(301电机A与302电机B)、清洗小车309、清洗小车行走履带307和清洗小车行走履带308、限位开关以及光伏组串固定导轨；所述驱动电机包括301电机A与302电机B；所述301电机A与302电机B分别设置在所述光伏组串固定导轨上，且均处于清洗小车309的同一侧，所述清洗小车行走履带另一端设有305远端限位开关A和306远端限位开关B，所述驱动电机与远端限位开关之间靠近驱动电机处设有303近端限位开关A和304近端限位开关B，所述清洗小车309架设在所述303近端限位开关A和304近端限位开关B与305远端限位开关A和306远端限位开关B之间，所述光伏组串固定导轨将所述光伏组串固定在所述清洗小车行走履带之间。
其中，驱动电机用于根据接收到的电机驱动电路的控制信号驱动清洗小车。驱动小车用于清扫光伏组串的表面完成清洗动作，清洗小车行走履带用于限制清洗小车的运动轨迹，限位开关用于限制清洗小车的运动范围，光伏组串固定导轨用于将光伏组串固定在清洗小车行走履带之间。清洗小车通过电控箱控制电机带动履带来回移动，清洗小车和履带固定在一起，履带用于限制清洗小车的行走轨迹，履带和清洗小车随电机的正反转动实现清洗装置的功能。清洗小车的清洗范围通过限位开关来实现，清洗工作由清洗小车自带的毛刷完成。
下面结合说明书附图1，对本实用新型光伏电站有效发电利用小时数测量装置的实施例进行连贯且详细描述：
如图1所示，本实用新型提供了一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置，通过对原电站同批次的光伏组串，同时给该组串配置自动清洗装置，通过自动清洗装置使光伏组件表面始终保持清洁状态，将其光伏组串通过光伏电站中的组串式逆变器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，同时通过组串后端的计量装置对组串的电压、电流、发电量等参数做精密计量，最终将采集到的数据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单块组串的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。与此同时，自动清洗装置的清洗小车控制装置的供电取自于光伏电站交流汇流箱或箱变低压侧，清洗小车控制装置内的AC/DC电源将输入交流220V电转化为直流电，直流输出为3路，其中一路为DSP处理器供电电源，剩余两路为电机A和电机B驱动电源。清洗小车控制装置通电后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，当检测到远端限位开关信号后清洗小车控制装置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近端限位开关信号后清洗小车控制装置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，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装置进行运行控制及参数设置。为了监测清洗系统运行情况，该清洗小车控制装置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，清洗小车控制装置由锂电池提供后备供电，同时清洗小车控制装置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。
综上所述，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点：
1)本装置测量的光伏组串更稳定，跟贴近电站实际运行情况。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，本实用新型采用原电站同一批次的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)本实用新型装置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)本实用新型装置将光伏组串的电能通过接入光伏电站箱变低压侧进行消纳，安全可靠，
而其他类似方案采用电阻负载进行消纳，电能消纳期间电阻会发热，甚至会发生火灾，
存在安全隐患，尤其安装于屋顶光伏电站中。
4)本实用新型装置运行可靠、便于运维，具有市电在线监测、电机运行状态监测。
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。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置，其特征在于，包括并网发电计量装置以及自动清洗装置；
所述自动清洗装置包括清洗装置以及清洗小车控制装置；
所述并网发电计量装置与清洗小车控制装置连接，所述清洗小车控制装置与清洗装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置，其特征在于，所述并网发电计量装置包括：光伏组串和配电箱；所述光伏组串与配电箱相连；所述光伏组串包括至少一块光伏组件。
3.根据权利要求2所述的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置，其特征在于，所述配电箱包括：防雷器、计量装置、以及电流检测装置；所述光伏组串分别与防雷器和计量装置的一端相连，所述计量装置的另一端与电流检测装置的一端相连，所述电流检测装置连接至光伏电站的组串式逆变器。
4.根据权利要求1所述的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置，其特征在于，所述清洗小车控制装置包括：断路器、降压变压器、AC/DC电源以及电机驱动控制模块，所述AC/DC电源的一端分别与降压变压器的一端和所述计量装置相连。
5.根据权利要求4所述的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置，其特征在于，所述电机驱动控制模块包括：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、限位开关检测电路、时钟电路以及电源电路；
所述通信接口电路连接至所述DSP处理器；所述DSP处理器的输出端分别与所述状态指示电路的输入端、电机A驱动电路的输入端和电机B驱动电路的输入端相连；所述电源电路的输出端、时钟电路的输出端以及限位开关检测电路的输出端均与DSP处理器的输入端连接。
6.根据权利要求4所述的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置，其特征在于，所述电机驱动控制模块还包括：交流电压在线监测电路、电机A监测电路、电机B监测电路以及备用电源，所述交流电压在线监测电路的输出端、电机A监测电路的输出端、电机B监测电路的输出端均与DSP处理器的输入端连接；所述备用电源与电源电路连接。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种光伏电站有效发电利用小时数测量装置，其特征在于，所述清洗装置包括：驱动电机、清洗小车、清洗小车行走履带、限位开关以及光伏组串固定导轨；所述驱动电机包括电机A与电机B；所述电机A与电机B分别设置在所述光伏组串固定导轨上，且均处于所述光伏组串固定导轨的同一侧，所述清洗小车行走履带另一端设有远端限位开关，所述驱动电机与远端限位开关之间靠近驱动电机处设有近端限位开关，所述清洗小车架设在所述近端限位开关与远端限位开关之间，所述光伏组串固定导轨将所述光伏组串固定在所述清洗小车行走履带之间。
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