一種光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體設(shè)及一種光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界光伏發(fā)電規(guī)模的日益擴(kuò)大，太陽(yáng)能電站中光伏陣列的狀態(tài)監(jiān)控和故障診 斷與定位變得日益重要。目前，光伏系統(tǒng)故障診斷方法有在線診斷和離線診斷兩大類(lèi)。比 較有代表性的在線診斷法有紅外圖像檢測(cè)法和多傳感器法等。紅外圖像檢測(cè)法利用光伏模 塊在正常和故障兩種狀態(tài)時(shí)具有明顯溫差的特點(diǎn)，通過(guò)紅外攝像儀拍攝光伏模塊的紅外圖 像并加W分析，就可W判斷出光伏模塊的故障類(lèi)型和故障位置。多傳感器法的原理是為一 個(gè)或數(shù)個(gè)光伏模塊安裝電壓和電流傳感器，分析采集到的電壓和電流數(shù)據(jù)就可W判斷光伏 陣列的故障類(lèi)型和故障位置。對(duì)于大規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，采用運(yùn)兩種方法需要安裝 數(shù)量不小的紅外攝像儀和傳感器，運(yùn)會(huì)增加光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電成本。同時(shí)由于光伏陣列 通常安裝在環(huán)境惡劣的地方，對(duì)紅外攝像儀和傳感器的正常工作也會(huì)有一定的影響，運(yùn)在 某種程度上也會(huì)增加光伏陣列故障診斷的復(fù)雜性和影響故障診斷的精確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)方法，旨在解決現(xiàn)有的光伏陣列狀態(tài)監(jiān) 測(cè)方法由于需要安裝較多的測(cè)量裝置，增加光伏系統(tǒng)發(fā)電成本且測(cè)量結(jié)果容易受到環(huán)境影 響的問(wèn)題。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)方法包括：
[0005] 1) W IMWp為基本單位進(jìn)行光伏陣列區(qū)域劃分，建立IMWp光伏陣列的節(jié)點(diǎn)支路矩 陣；
[0006] 2)測(cè)得各個(gè)IMWp光伏陣列電氣網(wǎng)絡(luò)首端電壓、末端功率及環(huán)境參數(shù)，針對(duì)IMWp光 伏陣列的節(jié)點(diǎn)支路矩陣，根據(jù)分層前推回代算法和多叉數(shù)遍歷捜索法，計(jì)算各個(gè)IMWp光伏 陣列電氣網(wǎng)絡(luò)首端功率及末端電壓；
[0007] 3)根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的各個(gè)IMWp光伏陣列電氣網(wǎng)絡(luò)的末端電流，結(jié)合步驟2)計(jì) 算得到的各個(gè)IMWp光伏陣列電氣網(wǎng)絡(luò)首端功率及末端電壓，計(jì)算各個(gè)IMWp光伏陣列發(fā)電 效率和功率因數(shù)；
[0008] 4)根據(jù)計(jì)算得到的各個(gè)IMWp光伏陣列發(fā)電效率和功率因數(shù)數(shù)據(jù)，采用概率統(tǒng)計(jì) 方法計(jì)算整體光伏陣列發(fā)電效率和功率因數(shù)的概率密度和分布函數(shù)；
[0009] 5)根據(jù)發(fā)電效率和功率因數(shù)的概率密度和分布函數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律判斷光伏陣列整 體運(yùn)行狀態(tài)。
[0010] 所述IMWp光伏陣列電氣網(wǎng)絡(luò)分為3層，第一層為逆變層包括支路1，第二層為匯流 層包括支路2~17,第=層為組串層包括支路19~273。
[0011] 所述前推回代算法中計(jì)算首端功率的公式為：
[001引馬二帖中隨i.
[0013] 其中，k為迭代次數(shù)，ri,和AS1,分別為節(jié)點(diǎn)i和j對(duì)應(yīng)支路的電阻和功率損耗， Pj和Psum,i分別為節(jié)點(diǎn)J有功功率和節(jié)點(diǎn)J所有支路總功率，SU為節(jié)點(diǎn)j流向節(jié)點(diǎn)i的功 率，V，為節(jié)點(diǎn)j的電壓，巧;是第k次迭代時(shí)節(jié)點(diǎn)j所有支路總功率。
[0014] 所述前推回代算法中計(jì)算末端電壓的公式為：

[0016] 其中，k為迭代次數(shù)，AV,為節(jié)點(diǎn)縱向電壓分量，Pi為節(jié)點(diǎn)j流向節(jié)點(diǎn)i的功率，V, 為節(jié)點(diǎn)j的電壓。
[0017] 所述光伏陣列發(fā)電效率或功率因數(shù)的概率分布函數(shù)的計(jì)算公式為：
[0019] 其中，F(xiàn)(X)為發(fā)電效率或功率因數(shù)的概率分布函數(shù)，X為發(fā)電效率或功率因數(shù)的 計(jì)算值，a和0是發(fā)電效率或功率因數(shù)的上、下限值。
[0020] 所述環(huán)境參數(shù)包括福照度、溫度、濕度和風(fēng)向。
[0021] 本發(fā)明的光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)方法對(duì)單個(gè)光伏陣列建立節(jié)點(diǎn)支路矩陣，利用前 推回代方法，計(jì)算出單個(gè)光伏陣列電氣網(wǎng)絡(luò)首端功率和末端電壓，計(jì)算出光伏陣列的發(fā)電 功率和功率因數(shù)，采用概率統(tǒng)計(jì)方法預(yù)測(cè)整個(gè)光伏陣列的運(yùn)行狀態(tài)。由于對(duì)于各節(jié)點(diǎn)功率 及各支路功率及電壓的獲取時(shí)通過(guò)計(jì)算得到的，減少了光伏發(fā)電系統(tǒng)中電壓、電流測(cè)量裝 置的安裝數(shù)量，降低了光伏陣列狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜度和發(fā)電成本，并且降低了環(huán)境對(duì)監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)的影響程度，提高了光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0022] 本發(fā)明將前推回代法運(yùn)用到光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估，該方法具有收斂性好、計(jì)算 速度快、數(shù)值穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，有效避免了現(xiàn)有光伏陣列故障檢測(cè)方法中存在的難題，
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是單個(gè)光伏陣列并聯(lián)運(yùn)行電氣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖2是前推回代計(jì)算簡(jiǎn)化電路圖；
[00巧]圖3是前推回代法算法計(jì)算流程圖； 陽(yáng)0%] 圖4是光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估流程圖；
[0027] 圖5是5個(gè)光伏陣列功率因數(shù)W及發(fā)電效率計(jì)算結(jié)果；
[0028] 圖6是5MWp陣列運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)概率分布區(qū)圖；
[0029] 圖7是光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估結(jié)果概率分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 本實(shí)施例的光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)方法包括如下步驟：
[0032] 1)WIMWp為基本單位進(jìn)行光伏陣列區(qū)域劃分，建立IMWp光伏陣列的節(jié)點(diǎn)支路矩 陣；
[0033] 2)測(cè)得各個(gè)IMWp光伏陣列電氣網(wǎng)絡(luò)首端電壓、末端功率及環(huán)境參數(shù)，針對(duì)IMWp光 伏陣列的節(jié)點(diǎn)支路矩陣，根據(jù)分層前推回代算法和多叉數(shù)遍歷捜索法，計(jì)算各個(gè)IMWp光伏 陣列電氣網(wǎng)絡(luò)首端功率及末端電壓；
[0034] 3)根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的各個(gè)IMWp光伏陣列電氣網(wǎng)絡(luò)的末端電流，結(jié)合步驟2)計(jì) 算得到的各個(gè)IMWp光伏陣列電氣網(wǎng)絡(luò)首端功率及末端電壓，計(jì)算各個(gè)IMWp光伏陣列發(fā)電 效率和功率因數(shù)；
[0035] 4)根據(jù)計(jì)算得到的各個(gè)IMWp光伏陣列發(fā)電效率和功率因數(shù)數(shù)據(jù)，采用概率統(tǒng)計(jì) 方法計(jì)算整體光伏陣列發(fā)電效率和功率因數(shù)的概率密度和分布函數(shù)；
[0036] 5)根據(jù)發(fā)電效率和功率因數(shù)的概率密度和分布函數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律判斷光伏陣列整 體運(yùn)行狀態(tài)。
[0037] 下面詳細(xì)介紹上述步驟： 陽(yáng)03引單個(gè)光伏陣列（IMWP)電氣網(wǎng)絡(luò)結(jié)果如圖1所示，共3層、274個(gè)節(jié)點(diǎn)、273條支路， 支路1屬于Ll層（逆變層），支路2至17屬于L2層（匯流層），支路18至273屬于L3層 (組串層），同一層不同支路功率損耗和電壓損耗，彼此不相關(guān)，可W并行計(jì)算海層支路及 支路的送端和受端節(jié)點(diǎn)相互獨(dú)立，可W分層計(jì)算。
[0039] 前推回代評(píng)估算法主要內(nèi)容包括節(jié)點(diǎn)支路矩陣、前推回代算法和運(yùn)行評(píng)估方法。 建立節(jié)點(diǎn)支路矩陣，定位參與計(jì)算的支路和節(jié)點(diǎn)；根據(jù)已知支路和節(jié)點(diǎn)電氣參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)系統(tǒng)參數(shù)，計(jì)算評(píng)估運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)參數(shù)；根據(jù)指標(biāo)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，綜合評(píng)估光伏陣列運(yùn)行狀 態(tài)。 W40] (1)節(jié)點(diǎn)支路矩陣
[0041] 在節(jié)點(diǎn)支路矩陣中，行表示節(jié)點(diǎn)號(hào)，列表示支路號(hào)；矩陣元素為1，則節(jié)點(diǎn)i和支路 j相連諾元素為0,則不相連海列有2個(gè)元素1，行號(hào)分別為支路的2個(gè)節(jié)點(diǎn)。IMWp光伏 陣列節(jié)點(diǎn)支路矩陣A是1個(gè)274X273矩陣，如式2 ;基于矩陣A，查詢(xún)參與計(jì)算的節(jié)點(diǎn)和支 路，W元素為例，展開(kāi)矩陣如式2,從節(jié)點(diǎn)2出發(fā)，即矩陣A第2行出發(fā)，各列均有元素1，表 示該節(jié)點(diǎn)與1-12支路均相連；各列非零元素表示該支路兩端節(jié)點(diǎn)，上節(jié)點(diǎn)為送端節(jié)點(diǎn)，下 節(jié)點(diǎn)為受端節(jié)點(diǎn)，如第3列送端節(jié)點(diǎn)是2,受端節(jié)點(diǎn)是4。沿著既定路徑依次查找，可W定