專利名稱：一種光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，屬于先進(jìn)能源技術(shù)中的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于傳統(tǒng)能源資源的日益枯竭以及當(dāng)今社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量要求的提高，環(huán)保、靈活的光伏發(fā)電已經(jīng)被世界各國所重視，太陽能光伏發(fā)電已成為目前最有前景的綠色能源利用方式之一。但光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出受到太陽輻射強(qiáng)度、環(huán)境、操作條件、天氣等因素的影響， 其發(fā)電性能是一個(gè)非平穩(wěn)的隨機(jī)過程；同時(shí)，由于各光伏電站使用的光伏電池種類及其安裝位置隨機(jī)性也很大，光伏發(fā)電系統(tǒng)相對(duì)于大電網(wǎng)來說將是一個(gè)不可控源，使得能量生產(chǎn)與需求之間的平衡難以保證，隨時(shí)會(huì)對(duì)大電網(wǎng)造成沖擊，從而造成巨大的損失。因此，需要加強(qiáng)對(duì)光伏陣列發(fā)電性能預(yù)測(cè)的研究，預(yù)先獲得光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、發(fā)電功率、發(fā)電效率等性能曲線，從而協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)制定發(fā)電計(jì)劃，減小光伏發(fā)電的隨機(jī)性對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響。此外，光伏陣列由于損壞、污蝕、老化或人為破壞等原因造成的故障，會(huì)導(dǎo)致光伏陣列工作異常及性能曲線的畸變等，大大降低了發(fā)電效率，因此，及時(shí)的監(jiān)測(cè)和糾正這些異常和故障對(duì)于光伏系統(tǒng)的性能保證、可靠性和安全性都很必要。由于基于實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境(STC，即太陽能輻照度為1000W.m_2，電池溫度為 25°C，大氣質(zhì)量為1.5t)測(cè)得的數(shù)據(jù)不能如實(shí)的反映實(shí)際環(huán)境下的性能指標(biāo)，不能滿足用戶對(duì)光伏系統(tǒng)可靠性、運(yùn)行成本等的真實(shí)需求。而且我國在光伏發(fā)電建設(shè)及電站設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)較少，可靠的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和積累的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)十分匱乏，設(shè)計(jì)過程中僅局限于理論計(jì)算和有限的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致電站建設(shè)成后整個(gè)壽命周期內(nèi)的實(shí)際發(fā)電量、組件或設(shè)備故障率、運(yùn)行和維護(hù)成本難以估算，同時(shí)低水平技術(shù)開發(fā)容易造成資源浪費(fèi)。光伏電站的設(shè)計(jì)和建設(shè)，通過預(yù)計(jì)算來確定電站的容量、預(yù)計(jì)發(fā)電水平、電池陣列的安裝、上網(wǎng)電量等指標(biāo)，在沒有數(shù)據(jù)參考的情況下，通過有效的模型來估算系統(tǒng)容量和性能，顯得尤為重要。由于光伏系統(tǒng)的功率、發(fā)電量等性能取決于眾多參數(shù)，傳統(tǒng)的方法是通過現(xiàn)有的模型，利用氣象預(yù)報(bào)來從其導(dǎo)出局部化的預(yù)報(bào)，進(jìn)而獲得在光伏模塊平面中的光照的預(yù)報(bào)，最終獲得基于預(yù)定義效率估計(jì)系統(tǒng)的功率、電力產(chǎn)量等，但是整個(gè)過程中得到的數(shù)據(jù)存在較大的誤差，不能給出準(zhǔn)確和令人滿意的結(jié)果。另外，國內(nèi)已提出針對(duì)光伏陣列的故障檢測(cè)方法，如中國發(fā)明專利申請(qǐng)“大型光伏陣列的故障診斷方法”，其申請(qǐng)?zhí)枮镃N 101893678A，該發(fā)明的技術(shù)方案是將若干電池板先并聯(lián)連接形成一層，然后再串聯(lián)連接形成串接的若干層，設(shè)第一層與電池板直接相連的電流傳感器連接的電池板數(shù)據(jù)為L(zhǎng)tl，則通過第一層可能產(chǎn)生的最大電流為L(zhǎng)tlXIm, Im為電池板在正常條件下可能產(chǎn)生的最大電流，若已知了工作條件，則要將Im改為在此種情況下的工作電流，通過各層傳感器的電流最大值用作判斷是否產(chǎn)生誤差的基準(zhǔn)值，檢測(cè)出Ltl個(gè)電池板中是否有故障產(chǎn)生。但是該發(fā)明僅能預(yù)報(bào)電池陣列的故障情況，并不能預(yù)報(bào)逆變器等其他光伏器件的故障情況；而且通過上述方法測(cè)得的數(shù)據(jù)的精度有限，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性不高； 最后，該發(fā)明需要很多電壓傳感器和電流傳感器等設(shè)備，增加了系統(tǒng)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，它可以提高光伏電站性能預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)最大限度的利用太陽能資源及減少用電成本，而且它還可以為光伏電站的故障診斷提供模型分析及專家知識(shí)的支持，進(jìn)而提高故障診斷的準(zhǔn)確性；另外本發(fā)明不但能夠用于運(yùn)行中光伏電站的性能預(yù)報(bào)與故障報(bào)警，還能用于新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案一種光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，包括以下步驟a，設(shè)置光伏電站的狀態(tài)，所述的狀態(tài)包括設(shè)計(jì)新的光伏電站或運(yùn)行中的光伏電站；b，根據(jù)光伏電站的實(shí)際位置及季節(jié)和日期，設(shè)置光伏電站的工作模式，具體包括 設(shè)置季節(jié)和工作時(shí)段信息；C，通過讀取數(shù)據(jù)庫相應(yīng)區(qū)域的標(biāo)簽數(shù)據(jù)判斷該數(shù)據(jù)庫中是否具有采集到的歷史數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)，所述的采集到的歷史數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)包括總輻射度、溫度、風(fēng)速、逆變器直流輸入電壓、逆變器直流輸入電流、直流輸入功率、逆變器交流輸出功率(有功)；d，若a中光伏電站的狀態(tài)為設(shè)計(jì)新的光伏電站并且c為否定的，則通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团cC02減排評(píng)估模型進(jìn)行光伏電站的性能預(yù)測(cè)，若a中光伏電站的狀態(tài)為設(shè)計(jì)新的光伏電站并且c為肯定的，則通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性能模型與C02減排評(píng)估模型進(jìn)行光伏電站的性能預(yù)測(cè)，所述的光伏電站的性能包括發(fā)電功率隨時(shí)間的變化曲線(P_t曲線)、累計(jì)發(fā)電量、發(fā)電效率、逆變器最大跟蹤效率及C02減排量；e，若a中光伏電站的狀態(tài)為運(yùn)行中的光伏電站并且c是肯定的，則通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性能模型或多項(xiàng)式回歸模型與C02減排評(píng)估模型進(jìn)行光伏電站的性能預(yù)測(cè)，若a中光伏電站的狀態(tài)為運(yùn)行中的光伏電站并且c是否定的，則通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团cC02減排評(píng)估模型進(jìn)行光伏電站的性能預(yù)測(cè)；f，通過氣象站、檢測(cè)儀表、匯流箱和逆變器的輸出量檢測(cè)及計(jì)算光伏電站的實(shí)際性能，并將該實(shí)際性能與預(yù)測(cè)性能進(jìn)行比較，如果其差值超過預(yù)定的范圍或不滿足預(yù)定的指標(biāo)要求，則進(jìn)行故障報(bào)警，將數(shù)據(jù)及結(jié)果進(jìn)行輸出顯示；g，若光伏電站的性能預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的均方根誤差和相關(guān)系數(shù)大于設(shè)定的參考值，則通過Kalman濾波方法對(duì)所采用的模型進(jìn)行在線修正并轉(zhuǎn)至c，否則直接轉(zhuǎn)至e。上述方法中，相比較來說，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性能模型由于其所涉及的各種因素比較全面， 又結(jié)合實(shí)際采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，精度相對(duì)較高，但涉及到的計(jì)算量比較大，需要的參數(shù)或數(shù)據(jù)比較多，比較適合正在運(yùn)行中的系統(tǒng)性能預(yù)報(bào)，也可以用于新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕婕暗降膮?shù)比較少，也比較容易得到，計(jì)算量不大，但精度相對(duì)較低，比較適合新系統(tǒng)設(shè)計(jì)估算；而多項(xiàng)式回歸模型需要實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)，其精度可以通過在線模型修正來保證，比較適用于正在運(yùn)行中的系統(tǒng)性能預(yù)報(bào)。通過系統(tǒng)狀態(tài)、用戶需求等情況來優(yōu)選合適的性能預(yù)報(bào)模型。
上述方法中，通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)光伏電站的性能需要電壓、電流溫度系數(shù)，這些數(shù)據(jù)可以從生產(chǎn)廠家獲?。涣硗膺€需要標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的開路電壓、短路電流、最大功率電壓和最大功率電流，這些數(shù)據(jù)可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試得到，也可以從生產(chǎn)廠家獲??；通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性能模型預(yù)測(cè)光伏電站的性能需要室外測(cè)量數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)、生產(chǎn)廠家數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中所需的室外測(cè)量數(shù)據(jù)包括實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，如總輻射度、溫度、風(fēng)速、逆變器直流輸入電壓、逆變器直流輸入電流、直流輸入功率、逆變器交流輸出功率(有功)等，當(dāng)天地理信息數(shù)據(jù)，如經(jīng)緯度、海拔等，本地衛(wèi)星氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是指經(jīng)過測(cè)試驗(yàn)證過的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及參數(shù)；通過多項(xiàng)式回歸模型預(yù)測(cè)光伏電站的性能需要實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)包括測(cè)量的電池組件的溫度及對(duì)應(yīng)的總的太陽入射照度。前述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法中，步驟c所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過串口或OPC采集。前述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法中，步驟e還包括在通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性能模型或多項(xiàng)式回歸模型進(jìn)行光伏電站的性能預(yù)測(cè)前，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化及剔除極限誤差，從而可以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)及故障報(bào)警的準(zhǔn)確性。前述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法中，所述的剔除極限誤差通過以下步驟實(shí)現(xiàn)a.計(jì)算數(shù)據(jù)分布的偏度系數(shù)設(shè)原始數(shù)據(jù)被分成η組，各組的變量值分別為Xl，x2， X3,......，I，各組變量值出現(xiàn)的次數(shù)分別為f2, f3,......，fn，其中
ν Σ(χ! - ^fi_Y^xJi偏態(tài)細(xì)數(shù)aZi = iz^~—平均數(shù)入^V+A/"2+……+ Χ產(chǎn)=^
Σ^A+Ji + ……+/ ^fi
r -—標(biāo)準(zhǔn)差σ= -若 & = 1，則
Σ^σ =當(dāng)α =0時(shí)，分布對(duì)稱；當(dāng)α >0時(shí)，表示正偏離差值較大，可以判斷為正偏或右偏；當(dāng)α < 0時(shí)，表述負(fù)偏離差值較大，可以判斷為負(fù)偏或左偏；偏態(tài)系數(shù)α的數(shù)值在0到士3之間，α越接近0，分布的偏斜度越小；α越接近于士3，分布的偏斜度越大；b.按以下方式進(jìn)行剔除當(dāng)α =0時(shí)，分布對(duì)稱；如果Xi > 3 σ，則將該值剔除當(dāng)α乒0時(shí)如果Xi >11。且\ > 3o+ka · σ (其中，k為可調(diào)系數(shù)，它的數(shù)值在0. 5 1之間)，則將該值剔除；如果Xi < M。且Xi > 3 σ -k α · σ (k為可調(diào)系數(shù)0. 5 1之間)，則將該值剔除；其中，M。為一組數(shù)據(jù)中出現(xiàn)次數(shù)最多的變量值。前述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法中，步驟g所述的通過Kalman濾波方
6法對(duì)所采用的模型進(jìn)行在線修正，具體包括以下步驟a.計(jì)算均方根誤差和相關(guān)系數(shù)，其中&和&分別代表預(yù)測(cè)值和測(cè)量值均方根誤差:
權(quán)利要求
1.一種光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，其特征在于，包括以下步驟a，設(shè)置光伏電站的狀態(tài)，所述的狀態(tài)包括設(shè)計(jì)新的光伏電站或運(yùn)行中的光伏電站；b，根據(jù)光伏電站的實(shí)際位置及季節(jié)和日期，設(shè)置光伏電站的工作模式，具體包括設(shè)置季節(jié)和工作時(shí)段信息；c，通過讀取數(shù)據(jù)庫相應(yīng)區(qū)域的標(biāo)簽數(shù)據(jù)判斷該數(shù)據(jù)庫中是否具有采集到的歷史數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)，所述的采集到的歷史數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)包括總輻射度、溫度、風(fēng)速、逆變器直流輸入電壓、逆變器直流輸入電流、直流輸入功率、逆變器交流輸出功率(有功)；d，若a中光伏電站的狀態(tài)為設(shè)計(jì)新的光伏電站并且c為否定的，則通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团cC02減排評(píng)估模型進(jìn)行光伏電站的性能預(yù)測(cè)，若a中光伏電站的狀態(tài)為設(shè)計(jì)新的光伏電站并且c為肯定的，則通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性能模型與C02減排評(píng)估模型進(jìn)行光伏電站的性能預(yù)測(cè)，所述的光伏電站的性能包括發(fā)電功率隨時(shí)間的變化曲線(p-t曲線)、累計(jì)發(fā)電量、發(fā)電效率、逆變器最大跟蹤效率及C02減排量；e，若a中光伏電站的狀態(tài)為運(yùn)行中的光伏電站并且c是肯定的，則通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性能模型或多項(xiàng)式回歸模型與C02減排評(píng)估模型進(jìn)行光伏電站的性能預(yù)測(cè)，若a中光伏電站的狀態(tài)為運(yùn)行中的光伏電站并且c是否定的，則通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团cC02減排評(píng)估模型進(jìn)行光伏電站的性能預(yù)測(cè)；f，通過氣象站、檢測(cè)儀表、匯流箱和逆變器的輸出量檢測(cè)及計(jì)算光伏電站的實(shí)際性能，并將該實(shí)際性能與預(yù)測(cè)性能進(jìn)行比較，如果其差值超過預(yù)定的范圍或不滿足預(yù)定的指標(biāo)要求，則進(jìn)行故障報(bào)警，將數(shù)據(jù)及結(jié)果進(jìn)行輸出顯示；g，若光伏電站的性能預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的均方根誤差和相關(guān)系數(shù)大于設(shè)定的參考值，則通過Kalman濾波方法對(duì)所采用的模型進(jìn)行在線修正并轉(zhuǎn)至c，否則直接轉(zhuǎn)至e。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，其特征在于，步驟c中所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過串口或OPC采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，其特征在于，步驟e還包括在通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性能模型或多項(xiàng)式回歸模型進(jìn)行光伏電站的性能預(yù)測(cè)前，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化及剔除極限誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，其特征在于，所述的剔除極限誤差通過以下步驟實(shí)現(xiàn)a.計(jì)算數(shù)據(jù)分布的偏度系數(shù)設(shè)原始數(shù)據(jù)被分成η組，各組的變量值分別為Xl，x2,x3，......，I，各組變量值出現(xiàn)的次數(shù)分別為f2, f3,......，fn，其中
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，其特征在于，步驟g所述的通過Kalman濾波方法對(duì)所采用的模型進(jìn)行在線修正，具體包括以下步驟a.計(jì)算均方根誤差和相關(guān)系數(shù)；b.將計(jì)算的均方根誤差和相關(guān)系數(shù)分別與設(shè)定的參考值進(jìn)行比較，如果大于設(shè)定的參考值，則通過Kalman濾波方法進(jìn)行偏差移除，修正所采用的模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，其特征在于，步驟f中所述的進(jìn)行故障報(bào)警，將數(shù)據(jù)及結(jié)果進(jìn)行輸出顯示具體包括若光伏電站的實(shí)際性能與預(yù)測(cè)性能的差值超過預(yù)定的范圍或不滿足預(yù)定的指標(biāo)要求，則與故障模型庫中的故障類型進(jìn)行匹配，如果存在相應(yīng)的故障類型，則輸出故障報(bào)警信息，進(jìn)行可視化顯示；如果不存在相應(yīng)的故障類型，則產(chǎn)生新的故障類型，存入臨時(shí)故障模型庫，由專家或技術(shù)人員確認(rèn)后存入正式的故障模型庫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，其特征在于，步驟d中所述的C02減排評(píng)估模型通過光伏系統(tǒng)C02潛力PM的計(jì)算方法獲得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，其特征在于，所述的光伏系統(tǒng)C02潛力PM的計(jì)算公式為PM= (HtXP0XPEXN-2525) XMF式中Ht為傾斜方陣面上全年接收到的太陽總輻照量，單位是kWh/ (m2 ·年)；P0為光伏系統(tǒng)額定功率，單位是kW ；Pe為系統(tǒng)綜合效率；N為壽命周期年數(shù)；MF為C02排放指數(shù)，單位是kg/KWh ；其中，根據(jù)不同種類燃料所發(fā)電能或根據(jù)發(fā)電平均耗煤量來計(jì)算所述的C02排放指
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏電站的性能預(yù)報(bào)及故障報(bào)警方法，包括a.設(shè)置電站的狀態(tài)；b.設(shè)置電站的工作模式；c.判斷是否具有需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)；d.若a狀態(tài)為設(shè)計(jì)新光伏電站，且c為否定的，則通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)電站的性能，若c為肯定的，則通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性能模型預(yù)測(cè)電站的性能；e.若a為運(yùn)行中的光伏電站并且c是肯定的，則通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性能模型或多項(xiàng)式回歸模型預(yù)測(cè)電站的性能，若c是否定的，則通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)電站的性能；f.對(duì)比實(shí)際性能與預(yù)測(cè)性能，進(jìn)行故障報(bào)警；g.通過Kalman濾波方法對(duì)模型進(jìn)行在線修正并轉(zhuǎn)至c，否則直接轉(zhuǎn)至e。本發(fā)明最大限度利用太陽能資源和減少用電成本；提高了性能預(yù)報(bào)及故障診斷的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G05B13/04GK102566435SQ20121003633
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者于立業(yè), 王麗娜, 薛向榮, 趙永麗 申請(qǐng)人:冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院