光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電是一種重要的發(fā)電方式。光伏發(fā)電站的核心設(shè)備為光伏組件，目前絕大多數(shù)光伏發(fā)電站采用多晶硅電池組件。多晶硅光伏組件的年老化率為第一年老化率3%，第二年開(kāi)始年老化率為0.7%，使用壽命為25年。一般而言，光伏電站的理論年化投資回報(bào)率約為8%?12%，光伏電站所有者要想收回所有投資，電站需無(wú)故障運(yùn)行8?13年左右。然而，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量巨大，光伏發(fā)電系統(tǒng)分布地理位置偏遠(yuǎn)等原因，目前的光伏電站運(yùn)營(yíng)情況并不樂(lè)觀(guān)。為確保光伏電站的可靠運(yùn)行，需要對(duì)光伏組件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，以便對(duì)光伏組件進(jìn)行故障診斷及狀態(tài)評(píng)估。
[0003]目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷及狀態(tài)評(píng)估主要存在以下問(wèn)題:
[0004](1)要實(shí)現(xiàn)光伏組件的故障診斷及狀態(tài)評(píng)估，理論上需要對(duì)每個(gè)組件進(jìn)行監(jiān)控，但考慮到建設(shè)成本，目前的光伏電站尤其是中大型光伏電站僅對(duì)光伏組串進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控的力度不夠，因此造成無(wú)法進(jìn)行有效的診斷和狀態(tài)評(píng)估；
[0005](2)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量大，監(jiān)控系統(tǒng)僅對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)展示，未能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理有效處理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估及故障診斷；
[0006](3)系統(tǒng)管理缺乏數(shù)字化手段。監(jiān)控信息簡(jiǎn)單采集與呈現(xiàn)，大量數(shù)據(jù)報(bào)表通過(guò)Excel手工處理，數(shù)據(jù)綜合分析能力差，發(fā)電經(jīng)營(yíng)分析及改進(jìn)缺乏量化手段，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)統(tǒng)一管理；
[0007](4)外圖像分析法、多傳感器檢測(cè)法、對(duì)地電容測(cè)量法和時(shí)域反射分析法等方法均需要增加額外投資，可實(shí)現(xiàn)性不強(qiáng)。
[0008]因此，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷及狀態(tài)評(píng)估效率低、成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]基于此，有必要針對(duì)目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷及狀態(tài)評(píng)估效率低、成本高的問(wèn)題，提供一種光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷方法和系統(tǒng)。
[0010]一種光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷方法，包括以下步驟:
[0011]采集光伏組串的最大功率點(diǎn)電流和當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)；
[0012]根據(jù)所述當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)和光伏組串的出廠(chǎng)參數(shù)計(jì)算光伏組串的理論發(fā)電電壓和理論發(fā)電電流；
[0013]根據(jù)所述理論發(fā)電電流與光伏組串的實(shí)時(shí)發(fā)電電流計(jì)算光伏組串的實(shí)時(shí)發(fā)電效率，并根據(jù)所述實(shí)時(shí)發(fā)電效率計(jì)算光伏組串的發(fā)電效率變化率；
[0014]根據(jù)所述發(fā)電效率變化率與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)模型對(duì)光伏組串進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷。
[0015]一種光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，包括:
[0016]采集裝置，用于采集光伏組串的最大功率點(diǎn)電流和當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)；
[0017]第一計(jì)算裝置，用于根據(jù)所述當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)和光伏組串的出廠(chǎng)參數(shù)計(jì)算光伏組串的理論發(fā)電電壓和理論發(fā)電電流；
[0018]第二計(jì)算裝置，用于根據(jù)所述理論發(fā)電電流與光伏組串的實(shí)時(shí)發(fā)電電流計(jì)算光伏組串的實(shí)時(shí)發(fā)電效率，并根據(jù)所述實(shí)時(shí)發(fā)電效率計(jì)算光伏組串的發(fā)電效率變化率；
[0019]預(yù)測(cè)診斷裝置，用于根據(jù)所述發(fā)電效率變化率與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)模型對(duì)光伏組串進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷。
[0020]所述光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷方法和系統(tǒng)，通過(guò)采集光伏組串的最大功率點(diǎn)電流和當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)所述當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)和光伏組串的出廠(chǎng)參數(shù)計(jì)算光伏組串的理論發(fā)電電壓和理論發(fā)電電流，根據(jù)所述理論發(fā)電電流與光伏組串的實(shí)時(shí)發(fā)電電流計(jì)算光伏組串的實(shí)時(shí)發(fā)電效率，并根據(jù)所述實(shí)時(shí)發(fā)電效率計(jì)算光伏組串的發(fā)電效率變化率，根據(jù)所述發(fā)電效率變化率與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)模型對(duì)光伏組串進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷，提高了光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷的效率，且無(wú)需增加額外投資，成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為一個(gè)實(shí)施例的光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷方法流程圖；
[0022]圖2為一個(gè)實(shí)施例的采用專(zhuān)家?guī)旒霸\斷模型進(jìn)行故障診斷的方法流程圖；
[0023]圖3為一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電功率預(yù)測(cè)的方法流程圖；
[0024]圖4為一個(gè)實(shí)施例的維修優(yōu)化的方法流程圖；
[0025]圖5為一個(gè)實(shí)施例的光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步闡述。
[0027]圖1為一個(gè)實(shí)施例的光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷方法流程圖。如圖1所示，本發(fā)明的光伏電站狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷方法可包括以下步驟:
[0028]S1，采集光伏組串的最大功率點(diǎn)電流和當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)；
[0029]S2，根據(jù)所述當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)和光伏組串的出廠(chǎng)參數(shù)計(jì)算光伏組串的理論發(fā)電電壓和理論發(fā)電電流；
[0030]S3，根據(jù)所述理論發(fā)電電流與光伏組串的實(shí)時(shí)發(fā)電電流計(jì)算光伏組串的實(shí)時(shí)發(fā)電效率，并根據(jù)所述實(shí)時(shí)發(fā)電效率計(jì)算光伏組串的發(fā)電效率變化率；
[0031]S4，根據(jù)所述發(fā)電效率變化率與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)模型對(duì)光伏組串進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，可首先采集光伏組串的最大功率點(diǎn)電流和當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)。所述當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)可包括地面溫度，風(fēng)速和日光輻照度?？赏ㄟ^(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀來(lái)采集當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)。
[0033]采集到相關(guān)數(shù)據(jù)后，可根據(jù)所述當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)和光伏組串的出廠(chǎng)參數(shù)計(jì)算光伏組串的理論發(fā)電電壓和理論發(fā)電電流。在計(jì)算前，可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理操作，例如，可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理、有效性檢查、工程值轉(zhuǎn)換、信號(hào)接點(diǎn)抖動(dòng)消除和刻度計(jì)算。還可以預(yù)設(shè)的時(shí)間周期計(jì)算預(yù)處理后的光伏組串特征值和當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)的平均值，并將所述平均值保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)備用。可按照如下公式計(jì)算光伏組串的理論發(fā)電電流:
[0034]I = 1?* (S/Sref) * (1+a* (T_Tref))
[0035]式中，I為光伏組串的理論發(fā)電電流，1?為光伏組串的最大功率點(diǎn)電流，S為日光輻照度，Sraf為額定日光輻照度，T為地面溫度，T 為額定地面溫度，a為常數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，a = 0.0025/。。。
[0036]然后，可根據(jù)所述理論發(fā)電電流與光伏組串的實(shí)時(shí)發(fā)電電流計(jì)算光伏組串的實(shí)時(shí)發(fā)電效率，并根據(jù)所述實(shí)時(shí)發(fā)電效率計(jì)算光伏組串的發(fā)電效率變化率?？蓪?duì)所述實(shí)時(shí)發(fā)電效率進(jìn)行微分轉(zhuǎn)換得到光伏組串的發(fā)電效率變化率。在一個(gè)實(shí)施例中，可計(jì)算所述理論發(fā)電電流與實(shí)時(shí)發(fā)電電流的差值及發(fā)電效率，并獲取預(yù)設(shè)周期內(nèi)發(fā)電效率的發(fā)電效率變化率。
[0037]最后，可根據(jù)所述發(fā)電效率變化率與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)模型對(duì)光伏組串進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷。在一個(gè)實(shí)施例中，可設(shè)置變化率門(mén)限值。當(dāng)變化率大于第一門(mén)限時(shí)，可判定為光伏組串出現(xiàn)斷路故障；當(dāng)變化率小于第一門(mén)限且大于第二門(mén)限時(shí)，可判定為光伏組串出現(xiàn)短路故障；當(dāng)變化率小于第二門(mén)限且大于第三門(mén)限時(shí)，可判定為光伏組串出現(xiàn)熱斑故障；當(dāng)變化率小于第三門(mén)限時(shí)，可判定為光伏組串為正常狀態(tài)。
[0038]如圖2所示，可采用專(zhuān)家?guī)旒霸\斷模型，對(duì)光伏組件進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)及故障診斷，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電預(yù)測(cè)及維修策略?xún)?yōu)化。所述專(zhuān)家?guī)炜砂ㄖR(shí)庫(kù)和解釋器，其中，所述知識(shí)庫(kù)用于存取和管理所獲取的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)知識(shí)和推理知識(shí)，所述解釋器用于對(duì)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)進(jìn)行解釋?zhuān)⒌玫焦收险髡讓?duì)照表?？杀O(jiān)測(cè)光伏組串的特征值和系統(tǒng)以及設(shè)備的歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)，并與當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)與所述故障征兆表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出診斷結(jié)論。
[0039]如圖3所示，還可對(duì)發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)。如上所述，可采集光伏組串的最大功率點(diǎn)電流和氣象數(shù)據(jù)，并計(jì)算發(fā)電效率。然后，可根據(jù)所述發(fā)電效率建立發(fā)電效率模型。還可根據(jù)歷史氣象數(shù)據(jù)建立輻射模型，并采用該輻射模型進(jìn)行能量預(yù)測(cè)。最后，可根據(jù)所述效率模型對(duì)預(yù)測(cè)出的能量進(jìn)行效率修正，得到預(yù)測(cè)功率。
[0040]如圖4所示，還可為系統(tǒng)定制維修優(yōu)化策略?？蓪?duì)光伏組串的歷史性能和當(dāng)前性能進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，根據(jù)歷史性能