一种光伏组串健康度评估方法及系统与流程

1.本发明属于光伏发电领域，具体涉及一种光伏组串健康度评估方法及系统。


背景技术：

2.近年来我国光伏电站数量及规模不断攀升，光伏发电技术发展日新月异，光伏领域的新技术、新方法也不断涌现。但是随着光伏组串运行时间的增长，组串的故障率也逐渐升高，因此造成的发电量损失和维护费用使用也逐年增加。为了有效指导光伏电站运维工作，综合评价组串的状态，行业内提出了电站及组串健康状态的概念。
3.光伏组件在户外安装后，其电气特性会随着使用时长的增加而下降，晶体硅太阳电池的功率平均每年下降0.5％左右。其原因主要由光伏组件发生黄变、腐蚀、隐裂、线缆破损、焊点老化、旁路二极管失效等现象，引起组串的健康状态下降。这种现象虽然暂时不会对系统造成危害，但却可能是组件发生严重故障的早期征兆，从而降低光伏电站的运行寿命与经济效益。因此，对光伏组串进行检测，是排查故障、维护系统正常工作的重要手段。
4.目前，国内外已经应用了一些关于组件的检测及其评估方法，主要可分为基于现场在线监测与基于光伏输出特性的时域检测两大类。现场监测主要利用红外热成像与电致发光技术，主要利用无人机在阵列上方拍摄热红外图像，再使用图像处理算法识别阵列中的过热点，从而诊断阵列健康状态；使用工业级摄像机对光伏组件进行电致发光观测，可以精确的定位组件内的隐裂与破损。此类评估分析模式、使用的分析数据类别、分析方法单一，不能全面有效地对光伏组件的健康状况进行评估，容易造成组串的故障停机，进而带来直接及其间接经济损失。
5.此外，行业内也有基于光伏输出特性的时域检测，通过iv曲线评估组件健康度的方法，但该方法忽略了组件受温度、环境湿度等参量对组件健康度的综合影响。
6.(1)考虑因素单一，量化程度不高。仅从组串状态、发电效率数据或iv曲线等单一参量评估组件的健康度，忽略掉了各因素对组串健康度的综合影响，也未考虑不同组串间的差异，造成评估效果一般，且缺少的可行的量化评估指标。
7.(2)评估方法准确性不高，目前对光伏组串进行健康度评估时，因考虑的因素单一，造成评估准确性不高。
8.(3)缺乏必要综合多因素的健康度评估指标，不能进行量化评估。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种光伏组串健康度评估方法及系统，解决了现有技术中存在的上述不足。
10.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
11.本发明提供的一种光伏组串健康度评估方法，包括以下步骤：
12.步骤1.获取光伏电站的运行数据，所述运行数据包括周期t内各组串故障次数、各组串电流数据、各组串际发电量、各组串分钟级实时辐照量；
13.步骤2，根据步骤1的运行数据分别计算周期t内各组串发电量系数、各组串电流离散系数、各组串故障系数；
14.步骤3，根据步骤2得到的结果计算周期t内各组串维立体健康空间模型体积及理论三维立体健康空间模型体积；
15.步骤4，计算周期t内各组串维立体健康空间模型体积及理论三维立体健康空间模型体积的体积比；
16.步骤5，根据得到的体积比对光伏组串健康度进行评估。
17.优选地，步骤2中，根据步骤1的运行数据分别计算周期t内各组串发电量系数，具体方法是：
18.首先，计算周期t内各组串的理论发电量；
19.其次，计算周期t内各组串的损失电量；
20.最后，利用下式计算周期t内各组串的发电量系数：
[0021][0022]
其中，为第i个组串周期t内发电量系数；q
l-t-i
为第i个组串周期t内损失电量；e
p-i
为第i个组串周期t内理论发电量。
[0023]
优选地，步骤2中，根据步骤1的运行数据分别计算周期t内各组串电流离散系数，具体方法是：
[0024]
首先，计算周期t内第j台汇流箱各组串电流的平均值；
[0025]
其次，计算周期t内第j台汇流箱中组串电流标准差值；
[0026]
最后，利用下式计算周期t内第j台汇流箱组串电流离散系数：
[0027][0028]
其中，ci为周期t内第j台汇流箱组串电流离散系数；μ周期t内各组串电流的平均值；σ为周期t内第j台汇流箱中组串电流标准差值。
[0029]
优选地，步骤2中，通过下式，结合步骤1的运行数据分别计算周期t内各组串故障系数：
[0030][0031]
其中，λi为第i个组串周期t内故障系数；n
f-i
为第i个组串周期t内故障次数；n为风电场组串数量。
[0032]
优选地，步骤3中，根据步骤2得到的结果计算各组串三维立体健康空间模型体积，具体方法是：
[0033]
首先，构建空间直角坐标系；
[0034]
其次，在空间直角坐标系上，结合步骤2中得到的各组串发电量系数、各组串电流离散系数和各组串故障系数，构建得到三维立体健康空间模型；
[0035]
最后，计算周期t内各组串的三维立体健康空间模型体积。
[0036]
优选地，计算周期t内各组串理论三维立体健康空间模型体积的具体方法是：
[0037]
设定各组串发电量系数、各组串电流离散系数和各组串故障系数均为1，且利用三
维立体健康空间模型体积计算公式计算得到各组串理论三维立体健康空间模型体积。
[0038]
优选地，步骤5中，根据得到的体积比对光伏组串健康度进行评估，具体方法是：
[0039]
当风电组串的健康指数∈i大于或等于目标值时，表示该组串健康状况为合格；
[0040]
当风电组串的健康指数∈i小于目标值时，表示该组串健康状况为不合格。
[0041]
一种光伏组串健康度评估系统，该系统能够运行所述的方法，包括：
[0042]
数据采集单元，用于获取光伏电站的运行数据，所述运行数据包括周期t内各组串故障次数、各组串电流数据、各组串际发电量、各组串分钟级实时辐照量；
[0043]
系数计算单元，用于根据得到的运行数据分别计算周期t内各组串发电量系数、各组串电流离散系数、各组串故障系数；
[0044]
体积计算单元，用于根据得到的结果计算周期t内各组串维立体健康空间模型体积及理论三维立体健康空间模型体积；
[0045]
体积比计算单元，用于计算周期t内各组串维立体健康空间模型体积及理论三维立体健康空间模型体积的体积比；
[0046]
评估单元，用于根据得到的体积比对光伏组串健康度进行评估。
[0047]
一种光伏组串健康度评估设备，包括处理器，以及存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，所述处理器执行所述计算机程序时实现如所述方法。
[0048]
一种计算设备，包括：
[0049]
一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
[0050]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0051]
本发明提供的一种光伏组串健康度评估方法，根据周期t内各组串故障系数、电流离散系数和发电量系数建立三维立体健康空间模型，计算出实际与理论健康空间模型体积，两者比值作为健康指数,对各组串的健康指数进行评估；该评估方法综合考虑了发电量、故障率、电流离散情况对健康度的影响，发电量系数综合反映了各类发电量因素的影响，故障系数综合反映了故障次数对健康度的影响，电流离散情况反映了各组件转换效率、稳定性对组串健康度的影响，评估更加客观、准确。
附图说明
[0052]
图1是本发明的流程示意图；
[0053]
图2是三维立体健康空间模型。
具体实施方式
[0054]
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
[0055]
从光伏电站已有的“光伏电站运维管理系统”及运维日志中采集如下信息：周期t内各组串故障次数n
f-i
。同时利用本专利提出的“光伏组串健康度评估系统”自动从光伏电站监控系统采集并计算统计如下数据：读取周期t内各组串电流数据i
s-i
，各组串周期t内实际发电量qi、各组串周期t内分钟级实时辐照量h
a-i
等数据。对采集到的数据进行计算处理，分别得到周期t内各组串故障系数λi、电流离散系数ci、发电量系数并定义为健康指
标。引进健康指标理念，利用健康指标建立三维立体健康空间模型，计算出实际与理论健康空间模型体积，两者比值作为健康指数,对各组串的健康指数进行评估，评定健康状态。
[0056]
具体地，本发明提供的一种光伏组串健康度评估方法，包括以下步骤：
[0057]
步骤1：从风电场scada系统、“风电场运维管理系统”及运维日志中采集所需信息数据；
[0058]
步骤2：计算周期t内各组串发电量系数；
[0059]
步骤3：计算周期t内各组串电流离散系数；
[0060]
步骤4：计算周期t内各组串故障系数；
[0061]
步骤5：计算各组串实际及理论三维立体健康空间模型体积。
[0062]
步骤6：计算各组串同理论健康度空间体积比。
[0063]
具体地，步骤1中，从光伏电站监控系统中采集所需信息数据，具体方法是：
[0064]
s11,利用专利提出的“光伏组串健康度评估系统”自动从光伏电站监控系统采集并计算统计如下数据：各组串周期t内实际发电量qi、各组串周期t内分钟级实时辐照度ei、各组串周期t内电流数据i
j-i
。
[0065]
s12,统计周期t内各组串故障次数n
s-i
等数据。
[0066]
步骤2中，计算周期t内各组串发电量系数，具体方法是：
[0067]
s21，利用s11各组串周期t内分钟级实时辐照度，根据《gb 50797-2012光伏发电站设计规范》中的“发电量计算”可知计算公式，计算出各组串周期t内理论发电量：
[0068][0069]
其中：e
p-i
为第i个组串周期t内理论发电量；h
a-i
为水平面太阳能总辐照量；p
az-i
为组串装机容量；es为标准条件下的辐照度(常数)；k为系统修正系数(即线路损耗、光伏组件表面污染、逆变器等给系统造成的损耗,k的经验数值在79％-82％之间,可以根据此范围值估算系统发电量)
[0070]
s22，利用s11周期t内实际发电量数据和s21周期t内各组串理论发电量，计算周期t内各组串的损失电量:
[0071]ql-t-i
＝e
p-i-qi[0072]
其中，q
l-t-i
为第i个组串周期t内损失电量；e
p-i
为第i个组串周期t内理论发电量；
[0073]
qi为第i个组串周期t内实际发电量。
[0074]
s23，利用s21周期t内组串理论发电量数据和s22周期t内各组串损失电量，计算周期t内各组串发电量系数:
[0075][0076]
其中，为第i个组串周期t内发电量系数；q
l-t
‑‑
为第i个组串周期t内损失电量；
[0077]ep-i
为第i个组串周期t内理论发电量。
[0078]
步骤3中计算周期t内各组串电流离散系数，具体方法是：
[0079]
s31，获取“光伏电站监控系统”周期t内第j台汇流箱中各组串内电流数据i
j-i
。
[0080]
s32，利用s31周期t内第j台汇流箱中各组串电流数据i
j-i
,计算周期t内第j台汇流箱各组串电流的平均值μ：
[0081][0082]
其中，μ周期t内第j台汇流箱各组串电流的平均值；i
j-i
为周期t第j台汇流箱第i组串的电流；n为第j台汇流箱中组串的总数量。
[0083]
s33，计算周期t内第j台汇流箱中组串电流标准差值σ:
[0084][0085]
其中，μ周期t内各组串电流的平均值；i
j-i
为周期t第j台汇流箱第i组串的电流；n为第j台汇流箱中组串的总数量。
[0086]
s34，计算周期t内第j台汇流箱组串电流离散系数cj:
[0087][0088]
步骤4中计算各周期t内各组串故障系数，具体方法是：
[0089]
s41，获取风电场运维管理系统及运维日志的周期t内各组串故障次数。
[0090]
s42，利用s41各组串周期t内故障次数，计算周期t内各组串故障系数，即故障率:
[0091][0092]
其中，λi为第i个组串周期t内故障系数；n
f-i
为第i个组串周期t内故障次数；n为风电场组串数量。
[0093]
步骤5中计算各组串si同理论健康度三角形面积比，具体方法是：
[0094]
s51，利用s23计算的各组串发电量系数值、s32计算的各组串启停偏离系数cj值、s42计算的各组串故障系数λi值建立的三维立体健康空间模型，如图2所示，过定点o，作三条互相垂直的数轴，它们都以o为原点且一般具有相同的长度单位，这三条轴分别叫做x轴(横轴)、y轴(纵轴)、z轴(竖轴)构建的空间直角坐标系，其中以cj、λi的值，分别在x轴确定点，y轴确定cj点，z轴确定λi点，通过o、cj、λi建立三维立体健康空间模型。
[0095]
s52，利用s51各组串周期t内的三维立体健康空间模型各系数，计算周期t内各组串的三维立体健康空间模型体积vi:
[0096][0097]
s53，当组串发电量系数各组串启停偏离系数cj值、组串故障系数λi都为1时，利用s52各组串周期t内的三维立体健康空间模型体积vi计算公式，可计算周期t内各组串的理论三维立体健康空间模型体积v
δ
。
[0098]
s54，利用s52计算周期t内各组串的三维立体健康空间模型体积vi和s53计算周期t内各组串的理论三维立体健康空间模型体积v
δ
，计算各组串三维立体健康空间模型实际体积vi同理体积v
δ
比∈i:
[0099]
[0100]
将各组串vi同理论三维立体健康空间模型体积比∈i作为风电组串的健康指数，对组串的健康指数进行评估。
[0101]
当光伏组串的健康指数∈i大于或等于目标值时，表示该组串健康状况为合格；
[0102]
当光伏组串的健康指数∈i小于目标值时，表示该组串健康状况为不合格；
[0103]
同时当光伏组串的健康指数∈i越接近1时，表示组串该组串健康状况越优良；
[0104]
当光伏组串的健康指数∈i越接近0小时，表示组串该组串健康状况越差。
[0105]
光伏组串的健康指数∈i目标值可根据各电站可研报告相关数据利用本发明计算得出或者新能源电站根据运行管理的需要进行人为设定。
[0106]
一种光伏组串健康度评估系统，该系统能够运行所述的方法，包括：
[0107]
数据采集单元，用于获取光伏电站的运行数据，所述运行数据包括周期t内各组串故障次数、各组串电流数据、各组串际发电量、各组串分钟级实时辐照量；
[0108]
系数计算单元，用于根据得到的运行数据分别计算周期t内各组串发电量系数、各组串电流离散系数、各组串故障系数；
[0109]
体积计算单元，用于根据得到的结果计算周期t内各组串维立体健康空间模型体积及理论三维立体健康空间模型体积；
[0110]
体积比计算单元，用于计算周期t内各组串维立体健康空间模型体积及理论三维立体健康空间模型体积的体积比；
[0111]
评估单元，用于根据得到的体积比对光伏组串健康度进行评估。
[0112]
一种光伏组串健康度评估设备，包括控制器，以及存储能够在所述处理器上运行的计算机程序的存储器，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述方法。
[0113]
一种计算设备，包括：
[0114]
一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据所述的方法中的任一方法的指令。
[0115]
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于执行上述的一种光伏组串健康度评估方法。
[0116]
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。
需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0117]
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关电网中长期检修计划的校核方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行上述的一种光伏组串健康度评估方法。
[0118]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0119]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0120]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0121]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0122]
本发明的优点及所产生的效果：
[0123]
(1)本专利提出的风电组串健康状态评估模型、方法，综合考虑了发电量、故障率、电流离散情况对健康度的影响，发电量系数综合反映了各类发电量因素的影响，故障系数综合反映了故障次数对健康度的影响，电流离散情况反映了各组件转换效率、稳定性对组串健康度的影响，评估更加客观、准确；
[0124]
(2)通过三维立体健康空间模型实现了对影响健康度因素的形象直观表示；
[0125]
(3)通过健康度指数实现了对健康状态评估额量化；
[0126]
(4)本专利实现了对数据读取、处理的自动化，提高了光伏电站人员的工作效率。