CN109301859A - 分布式光伏发电站发电效率监测方法与*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及分布式光伏发电站发电效率监测方法与***，***包括数据采集终端、通信模块、集中监测与运维管理平台，通过监视光伏电站的发电效率，并与光伏电站的平均效率进行比较，对各光伏电站的效率进行的评定，将效率小于平均效率的N1倍的光伏电站，判定为发电效率低下的光伏电站，实现了效率低下的光伏电站的实时评定，有助于及时通知维修人员对效率低下的光伏电站进行检修排查。

Description

分布式光伏发电站发电效率监测方法与***
技术领域
本发明属于智能电网技术领域，具体涉及分布式光伏发电站发电 效率监测方法与***。
背景技术
随着分布式光伏电站的投入使用，大量光伏电源接入配电网，带来分布式光伏电站接入地理范围广、运行数据海量、有效数据挖掘难、远程监视运行维护困难等一系列难题。在农村光伏扶贫地区，并不具备各个分布式光伏电站有线组网的条件，比如光纤通信面临投资极大、后期维护困难等问题，不适用于分布式光伏电站的组网。
而分布式光伏电站数量众多、位置分散，各个站内发电设备众多， 各发电设备供应商也不尽相同，给分布式光伏电站的运行维护带来很 大困难，并且考虑分布式光伏电站投资情况，往往不配置本地监控系 统，管理人员无法随时掌握各发电设备的运行情况、不能随时监控到 设备故障及预警，导致不能快速修复或更换设备，增大了分布式光伏 电站不正常运行对电网的威胁和负面影响，同时降低了分布式光伏电 站收益。建立分布式光伏电站的远程集中监测与运维***，实现跨区 域多电站的远程集中运行统一监测运维管理，成为亟需解决的问题。
现有技术中，公告号为CN206060359U、名称为《一种分布式光 伏电站的集中监控运维***》的中国专利公开了一种包括监控***、 数据采集***及客户端的运维***，实现了光伏电站的远程监控，但 该***不具备光伏电站的效率评定功能，不能对各光伏电站的效率进 行实时监视、快速发现效率低下的光伏电站，导致无法根据光伏电站 的效率情况进行制定合理的维修安排。
发明内容
本发明的目的是提供分布式光伏发电站发电效率监测方法与系 统，用于解决现有技术无法快速发现光伏电站效率低下的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种分布式光伏发电站发电效 率监测方法，包括以下步骤：
1)获取正在运行的所有光伏电站的发电功率及装机容量，将正 在运行的所有光伏电站的发电功率总和与装机容量总和作商，计算得 到光伏电站的平均效率；根据正在运行的各光伏电站的发电功率及装 机容量，计算得到各光伏电站的效率；
2)将各光伏电站的效率分别与光伏电站的平均效率比较，当光 伏电站的效率小于光伏电站的平均效率的N1倍时，0<N1<1，判定该 光伏电站发电效率低下，并进行报警。
进一步，步骤2)中根据各光伏电站的效率分别与光伏电站的平 均效率比较，将光伏电站的效率分为三级，分别为发电效率低下、发 电效率中等、发电效率良好；
发电效率低下的判别式为En<N1*E，发电效率中等的判别式为 N1*E≤En≤N2*E，发电效率良好的判别式为En>N2*E，其中，En为各 光伏电站的效率，E为光伏电站的平均效率，N1、N2为系数，N2>1； 当光伏电站的效率为发电效率中等后，在设定时间内，若该光伏电站的效率一直为发电效率中等，则对该光伏电站进行报警。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种分布式光伏发电站发电 效率监测***，包括分布式光伏电站数据采集终端、第一通信模块、 集中监测与运维管理平台，分布式光伏电站数据采集终端通过第一通 信模块连接集中监测与运维管理平台；
其中，分布式光伏电站数据采集终端用于获取正在运行的所有光 伏电站的发电功率及装机容量；第一通信模块用于负责分布式光伏电 站数据采集终端、集中监测与运维管理平台之间的信息交互；
集中监测与运维管理平台用于将正在运行的所有光伏电站的发 电功率总和与装机容量总和作商，计算得到光伏电站的平均效率；根 据正在运行的各光伏电站的发电功率及装机容量，计算得到各光伏电 站的效率；将各光伏电站的效率分别与光伏电站的平均效率比较，当 光伏电站的效率小于光伏电站的平均效率的N1倍时，0<N1<1，判定 该光伏电站发电效率低下，并进行报警。
进一步，集中监测与运维管理平台还用于将光伏电站的效率分为 三级，分别为发电效率低下、发电效率中等、发电效率良好；
发电效率低下的判别式为En<N1*E，发电效率中等的判别式为 N1*E≤En≤N2*E，发电效率良好的判别式为En>N2*E，其中，En为各 光伏电站的效率，E为光伏电站的平均效率，N1、N2为系数，N2>1； 当光伏电站的效率为发电效率中等后，在设定时间内，若该光伏电站的效率一直为发电效率中等，则对该光伏电站进行报警。
进一步，还包括连接集中监测与运维管理平台的第二通信模块， 用于通过有线或无线网络，将各光伏电站的发电效率情况发送至手持 终端和/或电脑访问终端。
进一步，所述第一通信模块为GPRS无线通信模块，GPRS无线 通信模块的参数根据集中监测与运维管理平台的固定公网IP和端口 号进行设置。
进一步，分布式光伏电站数据采集终端与GPRS无线通信模块的 通信过程为：分布式光伏电站数据采集终端通过串口与GPRS无线通 信模块通信，GPRS无线通信模块获取IP，并和集中监测与运维管理 平台通信，建立通信后，集中监测与运维管理平台将指令发给GPRS 无线通信模块，GPRS无线通信模块转发给分布式光伏电站数据采集 终端，分布式光伏电站数据采集终端再将数据原路返回到集中监测与 运维管理平台。
进一步，集中监测与运维管理平台包括交换机，及分别与交换机 连接的通信服务器、实时数据服务器、历史数据服务器、应用服务器、 WEB服务器；其中，通信服务器用于通信规约的解析，实时数据服 务器用于处理实时数据，历史数据服务器用于存储历史数据，应用服 务器用于计算与判定光伏发电站的效率，WEB服务器用于通过网页 发布光伏电站的效率判定信息。
进一步，集中监测与运维管理平台还包括GPS定位模块，用于定 位各光伏电站的地理位置信息。
本发明的有益效果是：
本发明提出了一种对光伏电站的发电效率进行监测的方法与系 统，通过监测光伏电站的发电效率，并与光伏电站的平均效率进行比 较，对各光伏电站的效率进行的评定，将效率小于平均效率的N1倍的 光伏电站，判定为发电效率低下的光伏电站，实现了效率低下的光伏 电站的实时评定和报警，有助于及时通知维修人员对效率低下的光伏 电站进行检修排查。
进一步，将根据光伏电站的不同发电效率，将光伏电站分为三个 等级，对每个光伏电站的发电效率进行评定，评定发电效率低下、发 电效率中等、或发电效率良好，对评为发电效率中等的光伏电站，通 过设置一个时间段的监视，若一直判定为发电效率中等，则对该光伏 电站进行报警，实现光伏电站的发电效率的实时监测，保证光伏电站 的稳定运行。
附图说明
图1是一种分布式光伏发电站发电效率监测***示意图；
图2是GPRS无线通信模块与集中监测与运维管理平台通信原理 图；
图3是集中监测与运维管理平台结构示意图；
图4是分布式光伏电站发电效率分级判定方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例一：
本发明的一种分布式光伏发电站发电效率监测方法，包括以下步 骤：
1)获取正在运行的所有光伏电站的发电功率及装机容量，将正 在运行的所有光伏电站的发电功率总和与装机容量总和作商，计算得 到光伏电站的平均效率；
2)根据正在运行的各光伏电站的发电功率及装机容量，计算得 到各光伏电站的效率；
3)将各光伏电站的效率分别与光伏电站的平均效率比较，当光 伏电站的效率小于光伏电站的平均效率的N1倍时，0<N1<1，判定该 光伏电站发电效率低下，并进行报警。
通过监视光伏电站的发电效率，并与光伏电站的平均效率进行比 较，对各光伏电站的效率进行的评定，将效率小于平均效率的N1倍的 光伏电站，判定为发电效率低下的光伏电站，实现了效率低下的光伏 电站的实时评定和报警，有助于及时通知维修人员对效率低下的光伏 电站进行检修排查。
为了对各光伏电站的发电效率进行实时监视，根据各光伏电站的 效率分别与光伏电站的平均效率比较，将光伏电站的效率分为三级， 分别为发电效率低下、发电效率中等、发电效率良好。其中，发电效 率低下的判别式为En<N1*E，发电效率中等的判别式为N1*E≤En≤N2*E，发电效率良好的判别式为En>N2*E，其中，En为各光伏电站的 效率，E为光伏电站的平均效率，N1、N2为系数，N2>1。对于判定为 发电效率中等的光伏电站的效率，在设定时间内，若该光伏电站的效 率一直为发电效率中等，则对该光伏电站进行报警，安排维修人员进 行检修，实现光伏电站的发电效率的实时监测，保证光伏电站的稳定 运行。
实施例二：
本发明的一种分布式光伏发电站发电效率监测***，如图1所示， 包括分布式光伏电站数据采集终端、第一通信模块、集中监测与运维 管理平台和数据发送模块，分布式光伏电站数据采集终端通过第一通 信模块连接集中监测与运维管理平台，集中监测与运维管理平台连接 数据发送模块。其中，分布式光伏电站数据采集终端用于获取正在运 行的所有光伏电站的发电功率及装机容量；第一通信模块为GPRS无 线通信模块，用于将分布式光伏电站数据采集终端的数据传输给集中 监测与运维管理平台。
集中监测与运维管理平台用于将正在运行的所有光伏电站的发 电功率总和与装机容量总和作商，计算得到光伏电站的平均效率；根 据正在运行的各光伏电站的发电功率及装机容量，计算得到各光伏电 站的效率；将各光伏电站的效率分别与光伏电站的平均效率比较，将 光伏电站的效率分为三级，分别为发电效率低下、发电效率中等、发 电效率良好。其中，发电效率低下的判别式为En<N1*E，发电效率中 等的判别式为N1*E≤En≤N2*E，发电效率良好的判别式为En>N2*E， 其中，En为各光伏电站的效率，E为光伏电站的平均效率，N1、N2为 系数，N2>1。当光伏电站判定为发电效率低下时，需要进行报警，安 排维修人员及时检修；当光伏电站的效率为发电效率中等后，在设定 时间内，若该光伏电站的效率一直为发电效率中等，则对该光伏电站 进行报警，安排维修人员检修。
数据发送模块用于通过有线或无线网络、将各光伏电站的发电效 率情况发送至手持终端和/或电脑访问终端。
如图1所示，各个分布式光伏电站数据采集终端通过GPRS无 线通信模块与具有固定公网IP地址的集中监测与运维管理平台通信， 完成分布式光伏电站设备层关键设备信息的上送。手持终端及电脑访 问终端通过第二通信模块连接集中监测与运维管理平台，即通过 WIFI、GPRS或有线网络访问集中监测与运维管理平台，得到自己权 限内的所有电站相关运行信息，包括发电功率、发电量、发电收益、 故障、预警工作票等运行信息，接收集中监测与运维管理平台推送的 故障告警信息。
分布式光伏电站数据采集终端与GPRS无线通信模块的通信过程 如图2所示，集中监测与运维管理平台为每个分布式光伏电站数据采 集终端分配装置地址，集中监测与运维管理平台根据装置地址区分每 个分布式光伏电站，GPRS无线通信模块的参数根据集中监测运维管 理平台的固定公网IP和端口号设置。通信过程为，分布式光伏电站数 据采集终端通过串口与GPRS无线通信模块通信，GPRS无线通信模 块获取IP，并与集中监测与运维管理平台通信，建立通信后，集中监 测与运维管理平台将指令发给GPRS无线通信模块，GPRS无线通信 模块转发给分布式光伏电站数据采集终端，分布式光伏电站数据采集 终端再将数据原路返回到集中监测与运维管理平台。采用GPRS无线 传输的方式，其优点是具备数据传输的高可靠性、稳定性，并且投资 小，运行费用低。
上述集中监测与运维管理平台如图3所示，采用C/S、B/S双重 架构，包括交换机，及分别与交换机连接的通信服务器、实时数据服 务器、历史数据服务器、应用服务器、WEB服务器；其中，通信服 务器用于modbus通信规约的解析，实时数据服务器用于处理实时数据，历史数据服务器用于存储历史数据，应用服务器为大数据和云计 算平台的载体，用于计算与判定光伏发电站的效率，同时完成分布式 光伏电站的运行信息统计分析、收益计算、环境效益、故障预警、故 障诊断等。WEB服务器用于通过网页发布光伏电站的效率判定信息。 为了定位光伏电站的位置，集中监测与运维管理平台还包括GPS定位 模块，GPS定位模块配合分布式光伏电站中设置的GPRS无线通信模 块使用，根据各个分布式光伏电站经纬度信息显示各个电站的地理位 置，实现各个分布式光伏电站的位置信息与运行信息的可视化。
本发明的集中监测与运维管理平台实现了大量接入电网、地理位 置分散的分布式光伏电站信息的统一接入，集中监测运行维护、统一 管理；能够显示各个遥测量并进行遥测量的越限告警，能够显示上送 电压电流相关谐波含量，对相关超出标准范围的谐波进行告警提示， 对即将超出标准范围的谐波进行预警。
图4为一种具体的光伏电站发电效率分级判定方式，对于一个光 伏电站，当该站处于离网状态或者故障停运时，运维***判定该站停 运，发电效率为0，对该站进行红色告警。对于正在运行中的各分布 式光伏电站，求出除停运外的所有光伏电站的平均效率E， E＝(P1+P2+…+Pn+…)/(W1+W2+…+Wn+…)，Pn为第n个光伏电站的 发电功率，Wn为第n个光伏电站的装机容量，将各个光伏电站效率 En(En＝Pn/Wn)与平均效率E进行比较，当En<0.8E，判定该光伏电站 效率低下，运维***对该站进行橙色告警，当0.8E≤En≤1.2E，判定该光伏电站效率中等，运维***对该站进行黄色显示，当En>1.2E,判 定该光伏电站效率良好，运维***对该站进行绿色显示。
本发明的数据采集终端，除了采集光伏电站的发电效率，还进行 分布式光伏电站站内关键设备运行信息的全方位数据采集，包括分布 式光伏电站A、B、C相有功功率、三相有功功率、A、B、C相无功 功率、三相无功功率、三相电压、三相线电压、三相电流、零序电流、母线频率、今日发电量、累计发电量、A、B、C相电压谐波总畸变率、 A、B、C相电流谐波总畸变率、A、B、C相电压2-31次谐波、A、B、 C相电流2-31次谐波等遥测量及分布式光伏电站并网断路器位置、保 护装置电流I段压板、电流II段压板、过负荷压板、过电压压板、低 电压压板、剩余电流压板、自动有压合闸压板、自动同期合闸压板、 主动孤岛保护压板、被动孤岛保护压板、逆功率保护压板等功能压板 状态及过负荷告警、逆功率告警等告警信号。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于 本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种分布式光伏发电站发电效率监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取正在运行的所有光伏电站的发电功率及装机容量，将正在运行的所有光伏电站的发电功率总和与装机容量总和作商，计算得到光伏电站的平均效率根据正在运行的各光伏电站的发电功率及装机容量，计算得到各光伏电站的效率；
2)将各光伏电站的效率分别与光伏电站的平均效率比较，当光伏电站的效率小于光伏电站的平均效率的N1倍时，0<N1<1，判定该光伏电站发电效率低下，并进行报警。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏发电站发电效率监测方法，其特征在于，步骤2)中根据各光伏电站的效率分别与光伏电站的平均效率比较，将光伏电站的效率分为三级，分别为发电效率低下、发电效率中等、发电效率良好；
发电效率低下的判别式为En<N1*E，发电效率中等的判别式为N1*E≤En≤N2*E，发电效率良好的判别式为En>N2*E，其中，En为各光伏电站的效率，E为光伏电站的平均效率，N1、N2为系数，N2>1；当光伏电站的效率为发电效率中等后，在设定时间内，若该光伏电站的效率一直为发电效率中等，则对该光伏电站进行报警。
3.一种分布式光伏发电站发电效率监测***，其特征在于，包括分布式光伏电站数据采集终端、第一通信模块、集中监测与运维管理平台，分布式光伏电站数据采集终端通过第一通信模块连接集中监测与运维管理平台；
其中，分布式光伏电站数据采集终端用于获取正在运行的所有光伏电站的发电功率及装机容量；第一通信模块用于负责分布式光伏电站数据采集终端、集中监测与运维管理平台之间的信息交互；
集中监测与运维管理平台用于将正在运行的所有光伏电站的发电功率总和与装机容量总和作商，计算得到光伏电站的平均效率；根据正在运行的各光伏电站的发电功率及装机容量，计算得到各光伏电站的效率；将各光伏电站的效率分别与光伏电站的平均效率比较，当光伏电站的效率小于光伏电站的平均效率的N1倍时，0<N1<1，判定该光伏电站发电效率低下，并进行报警。
4.根据权利要求3所述的分布式光伏发电站发电效率监测***，其特征在于，集中监测与运维管理平台还用于将光伏电站的效率分为三级，分别为发电效率低下、发电效率中等、发电效率良好；
发电效率低下的判别式为En<N1*E，发电效率中等的判别式为N1*E≤En≤N2*E，发电效率良好的判别式为En>N2*E，其中，En为各光伏电站的效率，E为光伏电站的平均效率，N1、N2为系数，N2>1；当光伏电站的效率为发电效率中等后，在设定时间内，若该光伏电站的效率一直为发电效率中等，则对该光伏电站进行报警。
5.根据权利要求3或4所述的分布式光伏发电站发电效率监测***，其特征在于，还包括连接集中监测与运维管理平台的第二通信模块，用于通过有线或无线网络，将各光伏电站的发电效率情况发送至手持终端和/或电脑访问终端。
6.根据权利要求3所述的分布式光伏发电站发电效率监测***，其特征在于，所述第一通信模块为GPRS无线通信模块，GPRS无线通信模块的参数根据集中监测与运维管理平台的固定公网IP和端口号进行设置。
7.根据权利要求6所述的分布式光伏发电站发电效率监测***，其特征在于，分布式光伏电站数据采集终端与GPRS无线通信模块的通信过程为：分布式光伏电站数据采集终端通过串口与GPRS无线通信模块通信，GPRS无线通信模块获取IP，并和集中监测与运维管理平台通信，建立通信后，集中监测与运维管理平台将指令发给GPRS无线通信模块，GPRS无线通信模块转发给分布式光伏电站数据采集终端，分布式光伏电站数据采集终端再将数据原路返回到集中监测与运维管理平台。
8.根据权利要求3所述的分布式光伏发电站发电效率监测***，其特征在于，集中监测与运维管理平台包括交换机，及分别与交换机连接的通信服务器、实时数据服务器、历史数据服务器、应用服务器、WEB服务器；其中，通信服务器用于通信规约的解析，实时数据服务器用于处理实时数据，历史数据服务器用于存储历史数据，应用服务器用于计算与判定光伏发电站的效率，WEB服务器用于通过网页发布光伏电站的效率判定信息。
9.根据权利要求8所述的分布式光伏发电站发电效率监测***，其特征在于，集中监测与运维管理平台还包括GPS定位模块，用于定位各光伏电站的地理位置信息。
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