[發明專利]光伏發電系統特性數據采集裝置及方法

有效

• 申請號: 201410252373.8
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104009705A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 楊晟;鐘山;趙爭鳴;袁立強;魯挺;孫曉瑛;賀凡波;桑宇;曹陽
• 申請（專利權）人: 蘇州青云能源科技有限公司;清華大學
• 主分類號: H02S20/32
• 分類號: H02S20/32
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 孫雪

技術領域

本發明屬于電氣工程與通訊工程技術領域，應用于光伏電站的數據采集與監測系統中。

背景技術

近年來，并網太陽能光伏電站得到了迅速發展，由于現有電網主干部分大多成型，分布式光伏電站接入較為普遍。而大量的光伏電站接入后，會對配電網的電能質量產生一定的影響，因此需要采集光伏電站的遙信、遙測數據。目前光伏電站的數據采集在技術上仍有一些關鍵問題有待解決，例如：

1)光伏變換器設計方面——①光伏陣列最大功率點的變化速率不明確，難以給出合理的跟蹤速率；②與單臺變換器相連的局部光伏陣列出力變化速率不明確，難以從變換器輸出功率變化率的要求出發確定變換器內儲能元件(如直流母線電容)的參數。

2)光伏電站設計方面——①缺乏足夠的數據以準確估算電站總能量產出；②光伏變換器集群的出力變化速率不明確，難以從電站輸出功率變化率的要求出發確定電站內儲能設備(如蓄電池)的參數。

3)電站監控方面——①缺乏足夠的數據進行預防性維護，以保證電站穩定運行和防范潛在風險；②無法持續優化電站的運營管理和全壽命周期的產出。

4)電網規劃方面——①缺乏足夠的數據以準確估算光伏電站的置信容量；②尚不充分了解光伏電站出力變化對電網產生沖擊的概率和大小。

上述這些重要問題都與光伏陣列發電能力的變化規律密切相關，因此需要對其進行深入而細致的研究。決定光伏陣列發電能力的因素有二：一是環境因素，二是光伏電池本身的特性。

目前考量環境因素的主要依據是氣象數據。但是這些數據的采集和記錄速率很低，通常以小時為單位，遠遠低于光伏電站和電力系統中電磁能量變化的時間常數，因此不能滿足實際需求。此外，這些數據是按氣象行業相關標準測得的，而沒有考慮實際光伏電池的應用特性，因此不能準確反映光伏系統的運行情況。環境因素與光伏陣列運行狀態的關系復雜(例如電池出力和組件溫度會相互影響)，僅從環境條件難以準確推算實際發電能力，因此需要直接測量光伏陣列在實際應用環境中的特性。

目前一些已建成的光伏電站配有監測系統，可記錄環境和運行狀態。但電站的運行受很多因素的制約，不能長期保證理想的測量條件，且目前已有的電站監測解決方案的采樣速率較低。另外，光伏發電與地理位置密切相關，實際環境的測量和發電能力的估算應當在電站建成之前(設計時)進行。

由美國國家新能源實驗室(NREL)、德國宇航局(DLR)等數十家機構共同參與的太陽能風能資源評估(SWERA)項目提供了有關太陽能和風能的氣象數據，但這些數據采樣率太低，且很多數據不是直接實地測得的，而是通過衛星照片估算的。

在光伏陣列特性測試方面，前人已有很多研究經驗。主要的光伏陣列伏安特性測試方法有兩種：電子負載掃描法和動態電容掃描法。遺憾的是，這些測試沒有考慮光伏陣列在實際發電系統中的工作狀態，且尚未見附帶環境數據的長期記錄結果發表。

在光伏陣列長期記錄方面，也有一些研究成果發表。這些文獻研制了長期測試記錄光伏陣列實際發電情況的設備。然而，其采樣速率較低，且僅記錄當前工作點的數據，沒有對整個伏安特性進行掃描。

綜上所述，光伏電站數據采集的現有技術中主要存在如下問題：數據采集速率較低、數據采集總量不足、沒有考慮光伏陣列在實際發電系統中的狀態、缺乏長期的記錄。

發明內容

為了解決上述問題，實現高速率測量并長時間記錄光照溫度等環境條件和電池板的實際工作狀態，本發明提供了一種專用于考查光伏電池發電能力的綜合數據采集技術——光伏發電系統特性數據采集裝置及方法，不僅對光照、溫度等氣象數據進行實時監控，同時也對光伏電池的IV特性曲線與最大功率點等工作狀態進行數據采集，并且數據采集速率由之前的幾小時一次提高到1秒一次工作點數據采集，10秒一次IV特性曲線掃描；在每次數據采集中不僅采集光伏電池在工作點的數據，而且掃描了光伏電池的IV特性曲線，并且能夠長期采集監視光伏電池板的工作狀態，記錄光伏陣列的長期工作狀態。