一种光伏发电系统发电效率的测定方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种光伏发电系统发电效率的测定方法及设备，该方法包括：测量光伏发电系统中光伏组件的电压、电流、温度以及辐射度；获取光伏组件的设备信息以及预先设定的光伏组件的系数；根据所述的电压、电流、温度、辐射度、设备信息以及系数确定所述光伏组件的发电效率；测量光伏发电系统中汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流；根据汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流确定所述汇流箱的传输效率；测量光伏发电系统中逆变器的输入端的功率以及输出端的功率；根据所述汇流箱输出端的电压、电流以及逆变器的输入端的功率以及输出端的功率确定逆变器的转换效率。实现了实时了解整个光伏系统的运行状况，减少系统损失。
【专利说明】一种光伏发电系统发电效率的测定方法及设备
【技术领域】
[0001]本发明关于新能源勘探【技术领域】，特别是关于大规模太阳能发电的勘探技术，具体的讲是一种光伏发电系统发电效率的测定方法及设备。
【背景技术】
[0002]太阳能资源具有间歇性、周期性、波动性等特点，而影响太阳能发电的因素众多，因此对光伏电站发电效率进行测定，并对效率低下的设备进行报警，有助于电站运行维护人员实时了解电站的发电状况，及时采取措施提高发电效率，减少不必要的损失。
[0003]现有技术中，基于基理模型的并网光伏电站实时效率分析中，将电站的发电效率分为三个部分:光伏阵列的效率、逆变器的效率、交流并网的效率。光伏阵列的效率是首先根据经典天球坐标系统理论提出了分析效率时需要计算数据；再根据太阳辐照原理得出了固定倾角光伏组件的理论发电量，后根据某电站的地理经度、组件实时工作温度修正后，算出该光伏电站的实时效率。逆变器的效率取经验值96%，并网效率取经验值95%，从而获取整个系统的总效率。
[0004]上述的基于基理模型的并网光伏电站实时效率分析方法存在以下技术缺陷:
[0005](I)、光伏阵列效率只对辐照度和温度进行分析，没有针对具体的光伏组件进行具体分析，准确度不够；
[0006](2)、逆变器的转换效率没有计算，而是只取了经验值；
[0007]( 3 )、没有针对效率告警的分析。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种光伏发电系统发电效率的测定方法及设备，针对现有技术中存在的上述技术问题，通过光伏电站实测光伏组件温度和辐射度，并且关联光伏组件的设备信息、光伏组件电压电流信息计算出组件的发电效率，根据汇流箱、配电柜、逆变器输入端功率与输出端功率的比值计算出各自的转换效率，最终计算出光伏发电系统的总效率，进而实现了实时了解整个光伏系统的运行状况，减少了系统损失。
[0009]本发明的目的之一是，提供一种光伏发电系统发电效率的测定方法，包括:测量光伏发电系统中光伏组件的电压、电流以及温度，测量当前水平面的辐射度，所述的辐射度包括水平面上的总辐射度、直接辐射度以及散射度；获取所述光伏组件的设备信息以及预先设定的光伏组件的系数，所述的设备信息包括标准开路电压、标准短路电流、标准最大功率点电压、标准最大功率点电流、标准温度以及标准辐射度，所述的系数包括电流温度系数、辐射度系数、电压温度系数、地面反射率、组串的倾斜角以及当地纬度；根据所述的电压、电流、温度、辐射度、设备信息以及系数确定所述光伏组件的发电效率；测量光伏发电系统中汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流；根据所述汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流确定所述汇流箱的传输效率；测量光伏发电系统中逆变器的输入端的功率以及输出端的功率；根据所述汇流箱输出端的电压、电流以及逆变器的输入端的功率确定所述配电柜的传输效率；根据所述逆变器的输入端的功率以及输出端的功率确定逆变器的转换效率；根据所述光伏组件的发电效率、汇流箱的传输效率、配电柜的传输效率以及逆变器的转换效率确定光伏发电系统的发电效率。
[0010]本发明的目的之一是，提供了一种光伏发电系统发电效率的测定设备，包括:光伏组件测量装置，用于测量光伏发电系统中光伏组件的电压、电流以及温度，测量当前水平面的辐射度，所述的辐射度包括水平面上的总辐射度、直接辐射度以及散射度；设备信息获取装置，用于获取所述光伏组件的设备信息以及预先设定的光伏组件的系数，所述的设备信息包括标准开路电压、标准短路电流、标准最大功率点电压、标准最大功率点电流、标准温度以及标准辐射度，所述的系数包括电流温度系数、辐射度系数、电压温度系数、地面反射率、组串的倾斜角以及当地纬度；光伏组件发电功率确定装置，用于根据所述的电压、电流、温度、辐射度、设备信息以及系数确定所述光伏组件的发电效率；电压电流测量装置，用于测量光伏发电系统中汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流；汇流箱传输效率确定装置，用于根据所述汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流确定所述汇流箱的传输效率；功率测量装置，用于测量光伏发电系统中逆变器的输入端的功率以及输出端的功率；配电柜传输效率确定装置，用于根据所述汇流箱输出端的电压、电流以及逆变器的输入端的功率确定所述配电柜的传输效率；逆变器转换效率确定装置，用于根据所述逆变器的输入端的功率以及输出端的功率确定逆变器的转换效率；发电效率测定装置，用于根据所述光伏组件的发电效率、汇流箱的传输效率、配电柜的传输效率以及逆变器的转换效率确定光伏发电系统的发电效率。
[0011]本发明的有益效果在于，针对现有技术中存在的上述技术问题，提出一种光伏发电系统发电效率的测定方法及设备，可以在仅有厂家提供的组件信息、实测的气象信息、电压、电流的条件下计算出组件的发电效率，并对整个光伏发电系统的效率进行了评估，而以往的组件效率仅是针对于厂家提供的最大功率点的功率进行的计算，相比之下，本发明提高了计算精度，改进了以往对效率的计算方法并增加了效率报警的分析，具有很高的工程实用意义。
[0012]为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1为本发明实施例提供的一种光伏发电系统发电效率的测定方法的流程图；
[0015]图2为图1中的步骤S103具体流程图；
[0016]图3为图2中的步骤S203的具体流程图；
[0017]图4为图2中的步骤S204的具体流程图；
[0018]图5为图1中的步骤S105的具体流程图；
[0019]图6为图1中的步骤S107的具体流程图；[0020]图7为本发明实施例提供的一种光伏发电系统发电效率的测定方法的实施方式二的流程图；
[0021]图8为本发明实施例提供的一种光伏发电系统发电效率的测定设备的结构框图；
[0022]图9为图8中的光伏组件发电功率确定装置300的具体结构框图；
[0023]图10为图9中的倾斜面辐射度确定模块303的具体结构框图；
[0024]图11为图9中的发电效率确定模块304的具体结构框图；
[0025]图12为图8中的汇流箱传输效率确定装置500的具体结构框图；
[0026]图13为图8中的配电柜传输效率确定装置700的具体结构框图；
[0027]图14为本发明实施例提供的一种光伏发电系统发电效率的测定设备的实施方式二的结构框图。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]针对现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种光伏发电系统发电效率的测定方法，计算组件的发电效率，汇流箱、配电柜的传输效率和逆变器的转换效率，最终计算出光伏发电系统的总效率，同时触发及解除效率低下的报警。
[0030]图1为本发明实施例提供的一种光伏发电系统发电效率的测定方法的流程图，由图1可知，该方法具体包括:
[0031]SlOl:测量光伏发电系统中光伏组件的电压、电流以及温度，测量当前水平面的辐射度，所述的辐射度包括水平面上的总辐射度、直接辐射度以及散射度。在具体的实施方式中，可通过智能传感器获取光伏组件的电压、电流，分别记为Vpv、Ipv，通过环境监测仪采集水平面上的总辐射度、水平面上的直接辐射度，水平面上的散射度以及光伏组件温度，分别记为 H、HB、Hd、TPV。
[0032]S102:获取所述光伏组件的设备信息以及预先设定的光伏组件的系数，所述的设备信息包括标准开路电压、标准短路电流、标准最大功率点电压、标准最大功率点电流、标准温度以及标准辐射度，所述的系数包括电流温度系数、辐射度系数、电压温度系数、地面反射率、组串的倾斜角以及当地纬度。在具体的实施方式中，标准开路电压、标准短路电流、标准最大功率点电压、标准最大功率点电流分别记为Vm、Isc> VM, Im,光伏组件的电流温度系数记为a,光伏组件的辐射度系数记为b,光伏组件的电压温度系数记为c,地面反射率记为P，组串的倾斜角记为β，当地纬度记为Φ。标准温度以及标准辐射度被欧洲委员会定义为101号标准，其条件是太阳能电池组件表面温度25°C，光谱分布AML 5，辐照度1000W/m2。
[0033]S103:根据所述的电压、电流、温度、辐射度、设备信息以及系数确定所述光伏组件的发电效率，该步骤的具体流程图如图2所示。
[0034]S104:测量光伏发电系统中汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流。在具体的实施方式中，可通过直流电压表和直流电流表测量出汇流箱各输入端的电压、电流，记为VstH、IstH，汇流箱输出端电压、电流记为VBm—_、IBm—out。[0035]S105:根据所述汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流确定所述汇流箱的传输效率，该步骤的具体流程图如图5所示。
[0036]S106:测量光伏发电系统中逆变器的输入端的功率以及输出端的功率。在具体的实施方式中，可通过直流电能表测量逆变器输入端的功率，记为PInv—In，通过交流电能表测量逆变器输出端的功率，记为PInv—
[0037]S107:根据所述汇流箱输出端的电压、电流以及逆变器的输入端的功率确定所述配电柜的传输效率，该步骤的具体流程图如图6所示。
[0038]S108:根据所述逆变器的输入端的功率以及输出端的功率确定逆变器的转换效率。在具体的实施方式中，逆变器的转换效率记为ηΙην，则
[0039]
【权利要求】
1.一种光伏发电系统发电效率的测定方法，其特征是，所述的方法包括: 测量光伏发电系统中光伏组件的电压、电流以及温度，测量当前水平面的辐射度，所述的辐射度包括水平面上的总辐射度、直接辐射度以及散射度； 获取所述光伏组件的设备信息以及预先设定的光伏组件的系数，所述的设备信息包括标准开路电压、标准短路电流、标准最大功率点电压、标准最大功率点电流、标准温度以及标准辐射度，所述的系数包括电流温度系数、辐射度系数、电压温度系数、地面反射率、组串的倾斜角以及当地纬度； 根据所述的电压、电流、温度、辐射度、设备信息以及系数确定所述光伏组件的发电效率； 测量光伏发电系统中汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流； 根据所述汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流确定所述汇流箱的传输效率； 测量光伏发电系统中逆变器的输入端的功率以及输出端的功率； 根据所述汇流箱输出端的电压、电流以及逆变器的输入端的功率确定所述配电柜的传输效率； 根据所述逆变器的输入端的功率以及输出端的功率确定逆变器的转换效率； 根据所述光伏组件的发电效率、汇流箱的传输效率、配电柜的传输效率以及逆变器的转换效率确定光伏发电系统的发电效率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据所述的电压、电流、温度、辐射度、设备信息以及系数确定所述光伏组件的发电效率具体包括: 对所述的电压、温度、水平面上的总辐射度、直接辐射度以及散射度进行预处理； 获取当如时间的太阳赤讳; 根据所述的太阳赤纬、水平面上的总辐射度、直接辐射度以及散射度确定倾斜面上的辐射度； 根据所述的电压、电流、温度、辐射度、设备信息以及系数确定所述光伏组件的发电效率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，根据所述的太阳赤纬、总辐射度、直接辐射度以及散射度确定倾斜面上的辐射度具体包括: 根据所述的太阳赤纬、所述的当地维度确定水平面上的日落时角； 根据所述的太阳赤纬、当地维度、组串的倾斜角以及水平面上的日落时角确定倾斜面上的日落时角； 确定水平面上的直接辐射分量； 确定倾斜面上的直接辐射分量； 根据倾斜面上的直接辐射分量、水平面上的直接辐射分量、水平面上的总辐射度以及散射度确定倾斜面上的辐射度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，根据所述的电压、电流、温度、辐射度、设备信息以及系数确定所述光伏组件的发电效率具体包括: 确定所述光伏组件的温度与标准温度的差值，得到温度差值； 确定所述光伏组件的辐射度与标准辐射度的差值，得到辐射度差值；根据所述的温度差值、辐射度差值、光伏组件的设备信息以及系数确定出所述光伏组件的开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流； 根据所述的开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流确定所述光伏组件的电压电流关系曲线的系数； 根据所述光伏组件的电压、电压电流关系曲线的系数确定所述光伏组件的输出功率； 根据所述的输出功率、所述的电压、电流确定所述光伏组件的发电效率。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是，根据所述汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流确定所述汇流箱的传输效率具体包括: 获取所述的汇流箱输入端的组串数量； 获取所述的汇流箱的数量； 根据所述汇流箱的输入端的电压、电流以及组串数量确定所述的汇流箱的输入端的总功率; 根据所述汇流箱的输出端的电压、电流确定单个汇流箱的输出端的功率； 根据所述输入端的总功率、输出端的功率确定所述汇流箱的传输效率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，根据所述汇流箱输出端的电压、电流以及逆变器的输入端的功率确定所述配电柜的传输效率具体包括: 获取光伏发电系统中配电柜对应的汇流箱的数量； 根据所述配电柜对应的汇流箱的数量以及所述汇流箱输出端的电压、电流确定所述配电柜的输入端的功率； 获取所述逆变器的输入端的功率； 根据所述配电柜输入端的功率以及所述逆变器的输入端的功率确定所述配电柜的传输效率。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征是，所述的方法还包括: 获取预先设定的光伏组件的发电效率阈值、汇流箱的传输效率阈值、配电柜的传输效率阈值以及逆变器的转换效率阈值； 当所述光伏组件的发电效率小于预先设定的光伏组件的发电效率阈值时，发出第一预θ I R >ι?ι'， 当所述汇流箱的传输效率小于预先设定的汇流箱的传输效率阈值时，发出第二预警信息； 当所述配电柜的传输效率小于预先设定的配电柜的传输效率阈值时，发出第三预警信息； 当所述逆变器的转换效率小于预先设定的逆变器的转换效率阈值时，发出第四预警信息。
8.一种光伏发电系统发电效率的测定设备，其特征是，所述的设备包括: 光伏组件测量装置，用于测量光伏发电系统中光伏组件的电压、电流以及温度，测量当前水平面的辐射度，所述的辐射度包括水平面上的总辐射度、直接辐射度以及散射度； 设备信息获取装置，用于获取所述光伏组件的设备信息以及预先设定的光伏组件的系数，所述的设备信息包括标准开路电压、标准短路电流、标准最大功率点电压、标准最大功率点电流、标准温度以及标准辐射度，所述的系数包括电流温度系数、辐射度系数、电压温度系数、地面反射率、组串的倾斜角以及当地纬度；
光伏组件发电功率确定装置，用于根据所述的电压、电流、温度、辐射度、设备信息以及系数确定所述光伏组件的发电效率； 电压电流测量装置，用于测量光伏发电系统中汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流； 汇流箱传输效率确定装置，用于根据所述汇流箱的输入端的电压、电流以及输出端的电压、电流确定所述汇流箱的传输效率； 功率测量装置，用于测量光伏发电系统中逆变器的输入端的功率以及输出端的功率；配电柜传输效率确定装置，用于根据所述汇流箱输出端的电压、电流以及逆变器的输入端的功率确定所述配电柜的传输效率； 逆变器转换效率确定装置，用于根据所述逆变器的输入端的功率以及输出端的功率确定逆变器的转换效率； 发电效率测定装置，用于根据所述光伏组件的发电效率、汇流箱的传输效率、配电柜的传输效率以及逆变器的转换效率确定光伏发电系统的发电效率。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征是，所述的光伏组件发电功率确定装置具体包括: 预处理模块，用于对所述的电压、温度、水平面上的总辐射度、直接辐射度以及散射度进行预处理； 太阳赤纟韦获取1吴块，用于获取当如时间的太阳赤讳; 倾斜面辐射度确定模块，用于根据所述的太阳赤纬、水平面上的总辐射度、直接辐射度以及散射度确定倾斜面上的辐射度； 发电效率确定模块，用于根据所述的电压、电流、温度、辐射度、设备信息以及系数确定所述光伏组件的发电效率。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征是，所述的倾斜面辐射度确定模块具体包括: 水平面日落时角确定单元，用于根据所述的太阳赤纬、所述的当地维度确定水平面上的日落时角； 倾斜面日落时角确定单元，用于根据所述的太阳赤纬、当地维度、组串的倾斜角以及水平面上的日落时角确定倾斜面上的日落时角； 水平面直接辐射分量确定单元，用于确定水平面上的直接辐射分量； 倾斜面直接辐射分量确定单元，用于确定倾斜面上的直接辐射分量； 倾斜面辐射度确定单元，用于根据倾斜面上的直接辐射分量、水平面上的直接辐射分量、水平面上的总辐射度以及散射度确定倾斜面上的辐射度。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征是，所述的发电效率确定模块具体包括: 温度差值确定单元，用于确定所述光伏组件的温度与标准温度的差值，得到温度差值； 辐射度差值确定单元，用于确定所述光伏组件的辐射度与标准辐射度的差值，得到辐射度差值； 开路电压确定单元，用于根据所述的温度差值、辐射度差值、光伏组件的设备信息以及系数确定出所述光伏组件的开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流；系数确定单元，用于根据所述的开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流确定所述光伏组件的电压电流关系曲线的系数； 输出功率确定单元，用于根据所述光伏组件的电压、电压电流关系曲线的系数确定所述光伏组件的输出功率； 发电效率确定单元，用于根据所述的输出功率、所述的电压、电流确定所述光伏组件的发电效率。
12.根据权利要求8或11所述的设备，其特征是，所述的汇流箱传输效率确定装置具体包括: 组串数量获取模块，用于获取所述的汇流箱输入端的组串数量； 数量获取模块，用于获取所述的汇流箱的数量； 输入端总功率确定模块，用于根据所述汇流箱的输入端的电压、电流以及组串数量确定所述的汇流箱的输入端的总功率； 输出端总功率确定模块，用于根据所述汇流箱的输出端的电压、电流确定单个汇流箱的输出端的功率； 传输效率确定模块，用于根据所述输入端的总功率、输出端的功率确定所述汇流箱的传输效率。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征是，所述的配电柜传输效率确定装置具体包括: 汇流箱数量获取模块，用于获取光伏发电系统中配电柜对应的汇流箱的数量； 输入端功率确定模块，用于根据所述配电柜对应的汇流箱的数量以及所述汇流箱输出端的电压、电流确定所述配电柜输入端的功率； 输出端功率确定模块，用于获取所述逆变器的输入端的功率，所述逆变器的输入端的功率即为所述配电柜的输出端的功率； 传输效率确定模块，用于根据所述配电柜输入端的功率以及所述逆变器的输入端的功率确定所述配电柜的传输效率。
14.根据权利要求8或13所述的设备，其特征是，所述的设备还包括: 阈值确定装置，用于获取预先设定的光伏组件的发电效率阈值、汇流箱的传输效率阈值、配电柜的传输效率阈值以及逆变器的转换效率阈值； 第一预警信息发送装置，用于当所述光伏组件的发电效率小于预先设定的光伏组件的发电效率阈值时，发出第一预警信息； 第二预警信息发送装置，用于当所述汇流箱的传输效率小于预先设定的汇流箱的传输效率阈值时，发出第二预警信息； 第三预警信息发送装置，用于当所述配电柜的传输效率小于预先设定的配电柜的传输效率阈值时，发出第三预警信息； 第四预警信息发送装置，用于当所述逆变器的转换效率小于预先设定的逆变器的转换效率阈值时，发出第四预警信息。
【文档编号】G01R31/00GK103543356SQ201310491941
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】白恺, 宗瑾, 李智, 苏晓东, 黄飞, 孙世稳 申请人:国家电网公司, 华北电力科学研究院有限责任公司, 南京东源电力科技有限公司