一种在线检测和评估光伏系统效率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏发电系统技术领域，尤其涉及一种在线检测和评估光伏系统效率 的方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能光伏发电是当前可再生能源发电的主要形式，也是未来占据主导地位的能 源供应主体。当前我国对于光伏发电的补贴由原来的装机容量补贴变为电价补贴，因此光 伏系统全生命周期的发电量成为影响光伏电站经济效益的最重要因素。但当前我国太阳能 光伏发电部分光伏电站项目存在质量和发电效率低等问题，同时对于电站综合品质，特别 是针对长期可靠度和发电量的保证，目前尚未有明确的标准和准入门槛，这使得光伏电站 的品质参差不齐，投资回报率不高，同时也影响了光伏发电应用的发展。因此，为保障光伏 系统的发电量和经济效益，需要有效的光伏系统能效评估技术对光伏系统的综合品质进行 评价。
[0003] 当前，光伏电站的整体性能采用能效比（Performance Ratio, PR)来表示，该参数 可以表示为光伏电站发电量与基于光伏方阵额定功率的直流发电量的比值。虽然PR值可 以反映整个光伏系统的状况，但目前PR值的测量是通过抽样测量和计算得到，通常测量时 间一般不少于3天，需要相关专业技术人员参与，耗费大量人力。由于评价成本较高，评价 效率低，不能很好地利用PR值在线评估光伏系统的整体性能，为运行维护提供依据。
[0004] 影响光伏系统出力的因素主要包括太阳辐照、环境温度、组件温度、光伏组件衰减 和故障损耗、组件失配损耗、PID损耗、遮挡损耗、角度损耗、直流电缆损耗以及汇流箱支路 损耗、MPPT最大功率跟踪损耗、逆变器转换效率损耗等。可以看到，光伏系统的损耗主要集 中在光伏组件到逆变器出口之间，对于大型光伏电站从逆变器出口到关口表之间的损耗仅 约为2%。其中MPPT效率是决定光伏逆变器发电量最重要的因素，其对发电量的影响远远 超过了光伏逆变器的转换效率，国内外光伏逆变器在相同条件下对比发电量，相差能超过 20%，这个主要原因就是MPPT效率。但由于目前MPPT效率还没有可靠的仪器去测量，逆变 器认证时也不用测量MPPT效率，因此大多数厂家不提供MPPT效率指标，或者在光伏逆变器 技术规格书里提供虚尚的MPPT效率指标，如标为99%，有些甚至标为99. 9%。
[0005] 因此，为有效评估光伏系统效率，及时发现光伏系统效率低下的环节，为运行维护 提供依据，需要考虑影响光伏系统效率的主要因素建立实时在线、经济的光伏效率评估方 案。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种在线检测和评估光伏系统效率的方法，其适用于能够 获取光伏组件出厂参数、直流电缆参数，并采集到光伏逆变器输入输出电压和电流、MPPT 跟踪器输入电压电流、风速、风向、环境温度/组件温度的光伏系统。本发明能够在不增加 光伏系统硬件设备的基础上，自动或人工在线检测光伏系统的特性参数，计算并分析反映 MPPT效率、逆变器转换效率、光伏组件衰减、组件故障、直流电缆损耗等多个环节的效率指 标。以此可以及时发现效率低下环节、异常环节，确保光伏系统稳定高效运行，并提高其维 护效率。为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案。
[0007] -种在线检测和评估光伏系统效率的方法，其包括以下步骤：
[0008] 步骤1、利用PVsyst软件光伏组件数据库或厂家提供的光伏组件出厂参数建立光 伏方阵参数模型；
[0009] 步骤2、采用光伏系统MPPT参数扫描功能进行扫描，检测每一路MPPT输入光伏方 阵的电流、电压参数数值，获取电流和电压参数之间的实际ι-v曲线；
[0010] 步骤3、采用步骤2所得实际Ι-V曲线，对每一路MPPT输入光伏方阵均建立光伏方 阵单二极管模型，进一步对光伏方阵单二极管模型每个参数建立其与太阳辐照和温度的关 系模型，得到光伏方阵功率计算模型；
[0011] 步骤4、使光伏方阵工作于MPPT模式下，采集每一路MPPT光伏方阵最大功率点输 入直流电压值和电流值I "，将采集到的数据实时上传给上位机；
[0012] 步骤5、根据直流电压值和电流值I "计算最大功率点功率，采用横向和纵向 比较的方法进行故障判断；
[0013] 步骤6、计算反映最大跟踪效率的效率指标riMPPT，反映光伏组件衰减损耗、组件失 配损耗和PID损耗的效率指标τι paMl，反映逆变器换流的效率指标τι ιην，逆变器平均换流效 率指标ninv_avgW及反映光伏系统逆变器出口总效率n a。
[0014] 所述在线检测和评估光伏系统效率的方法进一步包括：
[0015] 重复步骤2,对步骤3建立的光伏方阵功率计算模型进行更新。
[0016] 所述光伏方阵参数模型为通过PVsyst软件光伏组件数据库建立的光伏方阵参数 模型M01或通过厂家提供的光伏组件出厂参数光伏方阵参数模型M02 ;其中：
[0017] 所述光伏方阵参数模型M01建立的方法包括以下步骤：
[0018] 步骤101、若光伏系统采用的光伏组件在PVsyst软件数据库中，则通过PVsyst软 件获取光伏组件在任意工况的理论ι-ν曲线，采用最小二乘法计算光伏组件参数模型中的 5个参数，光伏组件5参数数学模型如下：
[0020] 式中，Iph为光生电流；I s为二极管反向饱和电流；Rsh为并联电阻；Rs为串联电阻； η为二极管品质因数；Iph、Is、Rsh、&和η组成光伏组件参数模型中的5个参数；N 为光伏 组件串联电池数；U、I分别为光伏组件输出直流电压、电流；k、T、q分别为波尔茨曼常数、组 件温度、电子电量常数；
[0021] 步骤102、根据得到多个工况下的光伏组件5参数数学模型及其对应的5个参数， 对各参数关于太阳辐照和组件温度进行建模，按照以下公式采用最小二乘法进行参数识 别：
[0027] 式中，下标ref表示参数在标准条件下的数值；S为有效太阳辐照；1^至1^为待拟 合参数；
[0028] 步骤103、根据每一路MPPT输入光伏方阵的光伏组件串并联形式以及步骤102所 得光伏组件5参数数学模型对应的5个参数，建立光伏方阵参数模型M01如下：
[0030] 式中，Ia"ay、Ua" ay*别为光伏方阵输出直流电流、直流电压；NS、NP分别为光伏方阵 串、并联组件数；
[0031] 所述光伏方阵参数模型M02建立的方法为：若仅能获得厂家提供的光伏组件出厂 参数，所述出厂参数包括开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流、电压温度 系数、电流温度系数，则采用解析法求解光伏组件模型后，根据每一路MPPT输入方阵的光 伏组件串并联形式，建立每一路MPPT输入光伏方阵的光伏方阵参数模型M02,其包括以下 步骤：
[0032] 步骤111、对步骤101中的光伏组件5参数数学模型，利用短路点、开路点、最大功 率点、温度系数关系建立6个方程，通过这6个方程得到标准条件下的光伏组件数学模型中 5个参数和调整系数A，其中考虑η随组件温度和光强变化很小，假设η不变：
[0039] 式中，Is。为短路电流；。为开路电压；别为最大功率点电压、电流；α %为 电流温度系数；β。。为电压温度系数；γ ρ为最大功率温度系数；γ 为根据模型解算的最 大功率温度系数；取Λ T = 5Κ，Τ' =Λ T+Tref，υ^τ, = β μ(1+Α/100) Λ T+U。。#。
[0040] 步骤112、得到标准条件下的参数值后，依据下列公式求得不同辐照和组件温度下 的参数值：
[0046] 式中，Eg为禁带宽度；
[0047] 步骤113、根据每一路MPPT输入光伏方阵的光伏组件串并联形式以及步骤112所 得光伏组件5参数数学模型对应的5个参数，建立每一路MPPT输入光伏方阵的光伏方阵参 数模型M02。
[0048] 所述步骤2包括：
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