光伏電站狀態(tài)預測及故障診斷方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術領域，特別是涉及一種光伏電站狀態(tài)預測及故障診斷方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[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率約為8%?12%，光伏電站所有者要想收回所有投資，電站需無故障運行8?13年左右。然而，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)設備數(shù)量巨大，光伏發(fā)電系統(tǒng)分布地理位置偏遠等原因，目前的光伏電站運營情況并不樂觀。為確保光伏電站的可靠運行，需要對光伏組件進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，以便對光伏組件進行故障診斷及狀態(tài)評估。
[0003]目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷及狀態(tài)評估主要存在以下問題:
[0004](1)要實現(xiàn)光伏組件的故障診斷及狀態(tài)評估，理論上需要對每個組件進行監(jiān)控，但考慮到建設成本，目前的光伏電站尤其是中大型光伏電站僅對光伏組串進行監(jiān)控，監(jiān)控的力度不夠，因此造成無法進行有效的診斷和狀態(tài)評估；
[0005](2)監(jiān)控數(shù)據(jù)量大，監(jiān)控系統(tǒng)僅對數(shù)據(jù)進行存儲及實時展示，未能對數(shù)據(jù)進行合理有效處理，無法實現(xiàn)對光伏電站進行狀態(tài)評估及故障診斷；
[0006](3)系統(tǒng)管理缺乏數(shù)字化手段。監(jiān)控信息簡單采集與呈現(xiàn)，大量數(shù)據(jù)報表通過Excel手工處理，數(shù)據(jù)綜合分析能力差，發(fā)電經(jīng)營分析及改進缺乏量化手段，無法實現(xiàn)多系統(tǒng)統(tǒng)一管理；
[0007](4)外圖像分析法、多傳感器檢測法、對地電容測量法和時域反射分析法等方法均需要增加額外投資，可實現(xiàn)性不強。
[0008]因此，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷及狀態(tài)評估效率低、成本高。

【發(fā)明內容】

[0009]基于此，有必要針對目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷及狀態(tài)評估效率低、成本高的問題，提供一種光伏電站狀態(tài)預測及故障診斷方法和系統(tǒng)。
[0010]一種光伏電站狀態(tài)預測及故障診斷方法，包括以下步驟:
[0011]采集光伏組串的最大功率點電流和當前氣象數(shù)據(jù)；
[0012]根據(jù)所述當前氣象數(shù)據(jù)和光伏組串的出廠參數(shù)計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時發(fā)電電流計算光伏組串的實時發(fā)電效率，并根據(jù)所述實時發(fā)電效率計算光伏組串的發(fā)電效率變化率；
[0014]根據(jù)所述發(fā)電效率變化率與預設數(shù)據(jù)模型對光伏組串進行狀態(tài)預測及故障診斷。
[0015]一種光伏電站狀態(tài)預測及故障診斷系統(tǒng)，包括:
[0016]采集裝置，用于采集光伏組串的最大功率點電流和當前氣象數(shù)據(jù)；
[0017]第一計算裝置，用于根據(jù)所述當前氣象數(shù)據(jù)和光伏組串的出廠參數(shù)計算光伏組串的理論發(fā)電電壓和理論發(fā)電電流；
[0018]第二計算裝置，用于根據(jù)所述理論發(fā)電電流與光伏組串的實時發(fā)電電流計算光伏組串的實時發(fā)電效率，并根據(jù)所述實時發(fā)電效率計算光伏組串的發(fā)電效率變化率；
[0019]預測診斷裝置，用于根據(jù)所述發(fā)電效率變化率與預設數(shù)據(jù)模型對光伏組串進行狀態(tài)預測及故障診斷。
[0020]所述光伏電站狀態(tài)預測及故障診斷方法和系統(tǒng)，通過采集光伏組串的最大功率點電流和當前氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)所述當前氣象數(shù)據(jù)和光伏組串的出廠參數(shù)計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時發(fā)電電流計算光伏組串的實時發(fā)電效率，并根據(jù)所述實時發(fā)電效率計算光伏組串的發(fā)電效率變化率，根據(jù)所述發(fā)電效率變化率與預設數(shù)據(jù)模型對光伏組串進行狀態(tài)預測及故障診斷，提高了光伏電站狀態(tài)預測及故障診斷的效率，且無需增加額外投資，成本低。
【附圖說明】
[0021]圖1為一個實施例的光伏電站狀態(tài)預測及故障診斷方法流程圖；
[0022]圖2為一個實施例的采用專家?guī)旒霸\斷模型進行故障診斷的方法流程圖；
[0023]圖3為一個實施例的發(fā)電功率預測的方法流程圖；
[0024]圖4為一個實施例的維修優(yōu)化的方法流程圖；
[0025]圖5為一個實施例的光伏電站狀態(tài)預測及故障診斷系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步闡述。
[0027]圖1為一個實施例的光伏電站狀態(tài)預測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)預測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電流和當前氣象數(shù)據(jù)；
[0029]S2，根據(jù)所述當前氣象數(shù)據(jù)和光伏組串的出廠參數(shù)計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時發(fā)電電流計算光伏組串的實時發(fā)電效率，并根據(jù)所述實時發(fā)電效率計算光伏組串的發(fā)電效率變化率；
[0031]S4，根據(jù)所述發(fā)電效率變化率與預設數(shù)據(jù)模型對光伏組串進行狀態(tài)預測及故障診斷。
[0032]在一個實施例中，可首先采集光伏組串的最大功率點電流和當前氣象數(shù)據(jù)。所述當前氣象數(shù)據(jù)可包括地面溫度，風速和日光輻照度。可通過環(huán)境監(jiān)測儀來采集當前氣象數(shù)據(jù)。
[0033]采集到相關數(shù)據(jù)后，可根據(jù)所述當前氣象數(shù)據(jù)和光伏組串的出廠參數(shù)計算光伏組串的理論發(fā)電電壓和理論發(fā)電電流。在計算前，可對采集到的數(shù)據(jù)進行預處理操作，例如，可對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理、有效性檢查、工程值轉換、信號接點抖動消除和刻度計算。還可以預設的時間周期計算預處理后的光伏組串特征值和當前氣象數(shù)據(jù)的平均值，并將所述平均值保存到后臺數(shù)據(jù)庫備用。可按照如下公式計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)。在一個實施例中，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時發(fā)電電流計算光伏組串的實時發(fā)電效率，并根據(jù)所述實時發(fā)電效率計算光伏組串的發(fā)電效率變化率。可對所述實時發(fā)電效率進行微分轉換得到光伏組串的發(fā)電效率變化率。在一個實施例中，可計算所述理論發(fā)電電流與實時發(fā)電電流的差值及發(fā)電效率，并獲取預設周期內發(fā)電效率的發(fā)電效率變化率。
[0037]最后，可根據(jù)所述發(fā)電效率變化率與預設數(shù)據(jù)模型對光伏組串進行狀態(tài)預測及故障診斷。在一個實施例中，可設置變化率門限值。當變化率大于第一門限時，可判定為光伏組串出現(xiàn)斷路故障；當變化率小于第一門限且大于第二門限時，可判定為光伏組串出現(xiàn)短路故障；當變化率小于第二門限且大于第三門限時，可判定為光伏組串出現(xiàn)熱斑故障；當變化率小于第三門限時，可判定為光伏組串為正常狀態(tài)。
[0038]如圖2所示，可采用專家?guī)旒霸\斷模型，對光伏組件進行狀態(tài)預測及故障診斷，同時可以實現(xiàn)發(fā)電預測及維修策略優(yōu)化。所述專家?guī)炜砂ㄖR庫和解釋器，其中，所述知識庫用于存取和管理所獲取的經(jīng)驗知識、專業(yè)知識和推理知識，所述解釋器用于對知識庫中的知識進行解釋，并得到故障征兆對照表?？杀O(jiān)測光伏組串的特征值和系統(tǒng)以及設備的歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)，并與當前氣象數(shù)據(jù)與所述故障征兆表中的數(shù)據(jù)進行對比，得出診斷結論。
[0039]如圖3所示，還可對發(fā)電功率進行預測。如上所述，可采集光伏組串的最大功率點電流和氣象數(shù)據(jù)，并計算發(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行能量預測。最后，可根據(jù)所述效率模型對預測出的能量進行效率修正，得到預測功率。
[0040]如圖4所示，還可為系統(tǒng)定制維修優(yōu)化策略?？蓪夥M串的歷史性能和當前性能進行在線監(jiān)測，根據(jù)歷史性能