[發(fā)明專利]一種光伏發(fā)電功率輸出減少率測量裝置及其估計方法

在審

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• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN108828459A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 褚曉輝;王建偉;王曉明;郭俊超;呂曉寧;張婧;石健夫
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)冀北電力有限公司張家口供電公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;G01R21/133
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

1.一種光伏發(fā)電功率輸出減少率測量裝置，其特征在于，包括光線產(chǎn)生裝置、光度計、光伏電池板、最大功率跟蹤電路和最大功率跟蹤MCU，所述光線產(chǎn)生裝置包括調(diào)光器、穩(wěn)壓電源、觸發(fā)器、高壓氖燈和220V電源；所述調(diào)光器由220V電源供電，并與所述穩(wěn)壓電源相連接，所述穩(wěn)壓電源由所述220V電源供電，其正極與所述觸發(fā)器的一端相連，其負(fù)極與所述高壓氖燈的負(fù)極相連，所述觸發(fā)器的一端與所述穩(wěn)壓電壓的正極相連，另一端與高壓氖燈的正極相連，所述高壓氖燈的正極與所述觸發(fā)器相連，負(fù)極與所述穩(wěn)壓電源相連，所述光度計與所述最大功率跟蹤MCU連接，所述最大功率跟蹤電路包括電壓傳感器、電流傳感器、電感、電容、功率管、驅(qū)動和負(fù)載，電壓傳感器正極與所述光伏電池板的正極、電感相連，負(fù)極與光伏電池板的負(fù)極、電容、功率管的源極、負(fù)載相連，輸出0-5V的測量信號到所述最大功率跟蹤MCU中；電流傳感器正極與電感、電容相接，負(fù)極與功率管的漏極、負(fù)載相接，輸出0-5V的測量信號到所述最大功率跟蹤MCU中；電感一端與所述光伏電池板的正極、電壓傳感器相連，另一端與電流傳感器的正極、電容相連，電容一端與電感、電流傳感器的正極相連，另一端與所述光伏電池板的負(fù)極、電壓傳感器的負(fù)極、功率管的源極、電容相接；功率管漏極與電流傳感器的負(fù)極、負(fù)載相連，負(fù)極與所述光伏電池板的負(fù)極、電容、負(fù)載相連，柵極與所述驅(qū)動相連，所述驅(qū)動與功率管的柵極相連，負(fù)載一端與電流傳感器的負(fù)極、功率管的正極相連，另一端與所述光伏電池板的負(fù)極、電壓傳感器的負(fù)極、電容、功率管的源極相接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏發(fā)電功率輸出減少率測量裝置及其估計方法，其特征在于，所述最大功率跟蹤MCU包括功率模塊、MPPT算法模塊、PID控制器模塊、衰減率模塊；所述功率模塊接收所述電流傳感器輸出0-5V的電信號與所述電壓傳感器輸出的0-5V的電信號，并將功率輸出到所述MPPT算法模塊和所述PID控制器模塊中；所述MPPT算法模塊接收所述功率模塊的功率信號，產(chǎn)生功率設(shè)定值信號輸出給PID模塊，找到最大功率點后輸出最大功率值到所述衰減率模塊；所述PID控制器模塊接收到所述MPPT算法的功率設(shè)定值信號與所述功率模塊的功率信號，運算輸出方波寬度信號到所述驅(qū)動模塊中；所述衰減率模塊接收所述光度計通過I2C接口傳入的光照強度信號及所述MPPT算法模塊的最大功率值，計算當(dāng)前光照強度下的衰減率。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光伏發(fā)電功率輸出減少率測量裝置，其特征在于，所述功率模塊按以下算法計算光伏電池板的輸出功率P：P＝I_pv·k_I·V_pv·k_V，其中，I_pv為所述電流傳感器傳入的電流信號，k_I為電流信號計算放大倍數(shù)，V_pv為電壓傳感器傳入的電壓信號，KV為電壓信號計算放大倍數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光伏發(fā)電功率輸出減少率測量裝置及其估計方法，其特征在于，所述MPPT算法模塊按照以下方式運作：a.在k時刻，記錄下光伏電池板的輸出功率P(k)，并與前一時刻的光伏電池板的輸出P(k-1)進(jìn)行比較；

b.若P(k)小于P(k-1)，則判斷光伏電池板的輸出電壓U(k)與前一時刻光伏電池板的輸出電壓U(k)的大小，若U(k)大于U(k-1)，則增大功率設(shè)定值U_re，若U(k)小于U(k-1)，則減小輸出電壓設(shè)定值U_re；

c.若P(k)大于P(k-1)，則判斷光伏電池板的輸出電壓U(k)與前一時刻光伏電池板的輸出電壓U(k)的大小，若U(k)大于U(k-1)，則減小功率設(shè)定值U_re，若U(k)小于U(k-1)，則增大輸出電壓設(shè)定值U_re；

d.若P(k)在多次迭代后穩(wěn)定，則輸出P(k)到衰減率模塊。

5.一種積灰條件下的光伏發(fā)電功率輸出減少率估計方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

A、在實驗室一系列固定的光照強度{I_sk}下，測量擦拭干凈后的光伏電池板的輸出功率，記錄為{P_0sk}，其中k＝1，2，…，N；然后，將光伏電池板置于室外空曠處，使其與水平地面的傾角為α，進(jìn)行自然積灰，并以ΔT為時間間隔，定期在實驗室一系列固定的光照強度{I_sk}下測量其輸出功率，同時記錄相應(yīng)時刻440nm氣溶膠光學(xué)厚度₄₄₀、1020nm氣溶膠光學(xué)厚度₁₀₂₀、相對濕度RH、光照強度I_s；對于第i次測量，記錄光伏電池板輸出功率為P_si，440nm氣溶膠光學(xué)厚度為_440i、1020nm氣溶膠光學(xué)厚度為_1020i，相對濕度為RH_i，光照強度為I_si，相同光照強度下擦拭干凈后的光伏電池板的輸出功率為P_0si；通過長期的數(shù)據(jù)記錄，形成原始樣本集{(τ_440i，τ_1020i，RH_i，I_si，P_0si，P_0si)},i＝1，2，…，M，M為樣本總個數(shù)；

B、對原始樣本集進(jìn)行處理，構(gòu)成訓(xùn)練樣本集：基于原始樣本集{(τ_440i，τ_1020i，RH_i，I_si，P_i，P_0si)}以及光伏電池板與水平地面所呈傾角α，計算440nm氣溶膠光學(xué)厚度累積值τ^*_440i、1020nm氣溶膠光學(xué)厚度累積值τ₁₀₂₀^*_i與相對濕度累積值RH_i^*，以及第i次測量對應(yīng)的光伏發(fā)電功率輸出減少率η_i：

從而得到訓(xùn)練樣本集

C、建立三層和聲神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，其中，輸入層神經(jīng)元節(jié)點數(shù)為4個，隱含層神經(jīng)元節(jié)點數(shù)為5個，輸出層神經(jīng)元節(jié)點數(shù)為1個，隱含層神經(jīng)元轉(zhuǎn)移函數(shù)使用雙曲正切函數(shù)，輸出層神經(jīng)元轉(zhuǎn)移函數(shù)使用S型函數(shù)；對于樣本取BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的第一個輸入為第二個輸入為第三個輸入為第四個輸入為I_si，輸出為η_i；

D、利用和聲神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進(jìn)行光伏發(fā)電功率輸出減少率的估計，即將某一環(huán)境下獲取的440nm氣溶膠光學(xué)厚度累積值1020nm氣溶膠光學(xué)厚度累積值相對濕度累積值光照強度I_si作為和聲神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的輸入，預(yù)測模型的輸出即為當(dāng)前環(huán)境下光伏發(fā)電功率輸出減少率的估計值