[发明专利]光伏组件的工况检测系统和功率预测方法

说明书

本发明公开一种光伏组件的工况检测系统和功率预测方法，系统由光伏组件检测模块、光伏组串电流检测模块，汇流箱的电压/温度检测模块，汇流箱的直流载波通信模块，汇流箱的信号处理通信主控模块，Modbus/TCP网关组成。针对光伏组件数以万计传输专线的不足，采用直流载波技术弥补传输线短板，降低了电站监控系统的复杂度；手拉手级联Modbus技术，减小了网线長度和工程造价，提高了系统的可靠性。根据综合相似度统计量，从历史日“预测日季”和天气类型的邻域中筛选出预测日的相似日，保证了筛选效率和有效性，有助于提高光伏电站短期功率预测的精度。

技术领域

本发明涉及一种光伏电站的技术范畴。特别是指面向光伏组件，通过直流载波的光伏组串电缆、手拉手级联Modbus和TCP上传光伏组件工况参数；根据综合相似度统计量、从历史日中筛选出预测日的相似日、基于相似日训练样本和功率预测模型，输入数值天气预报实施光伏电站短期功率预测的方法。

背景技术

2017年1月5日，国家能源局发布能源发展规划(以下简称规划)。“规划”制定的约束性指标：“规划时期非化石能源消费比重提高到15％以上”，“2020年，太阳能发电装机达到1.1亿千瓦以上”。

光伏产业链的上、中、下游分别是硅材料提纯，太阳能电池生产与组件封装，光伏终端应用；从技术含量高低的视角考量，依次是上、下、中游；中游门槛低，国内企业的栖身宝地；光伏产业对外高依存度；2012年，欧美发起光伏“双反”，盲目扩张和“橄榄球型”产业结构的可持续性首遇挑战；11家在美上市公司负债1500亿，过半企业停产或半停产。2013年，光伏企业重新发展。首先，产业链向高附加值的上、下游拓展；标志性成果，太阳能电池效率的持续提升，报价的不断下降：2009年2013年2015年2020年其次，国内市场驶入高速道；代表性成果，近5年中国光伏装机：2011年2.9GW、2012年6.1GW、2013年9.3GW、2014 年12.8GW、2015年16.6GW；2013年，荣获全球第一大光伏装机市场。规划期间，产业发展的可持续性再遇挑战，内生的挑战！光伏发电量的陡增带动补贴资金的剧增，规划期间光伏补贴6000亿，电价附加费征4300亿，缺口1700亿；增附加费填补资金缺口有悖国家大政方向，走不通；2030年，光伏补贴将要终结；急需对光伏技术进行改进。

综观光伏的全产业链，现有技术条件下，光伏组件成本的下降空间有限，压缩光伏电站投资的空间亦不大。提升光伏竞争力的抓手是运维，降低设备故障率。另一方面，光伏受辐照、温度等气象因素影响，出力具有明显的间歇性和随机波动性，大规模光伏并网增加了电网调度难度；企及电网消纳更多的光伏发电量，很大程度上有赖高精度的功率预测方法。min旋转备用容量是高效电网的基本特征，高精度预测冲抵光伏的不确定性，有助于旋转备用容量的min。

降低设备故障率是减少光伏电站非计划电量损失，经济效益更上一层楼的前提。逆变器曾是电站的薄弱环节、主故障源。时至今日，标配自检功能的逆变器不背“主故障源”锅。相反，数量众多、分布广泛的光伏组件和直流汇流箱故障率呈现增加态势。追根溯源，逆变器功率器件、结构设计取得重大突破，故障率一降再降；与主故障源渐行渐远。2012年是中国光伏电站大规模建设的元年；当年投运的电站历时数年，组件的瑕疵隐患逐渐浮出水面，演变成故障源主角。以 30MW电站为例，设计配置120000块250W/块的光伏组件；组件室外安装，常年与风沙雨雪为伴。组件故障类型共三种：组件老化、裂片和热斑；应对技术是组件接线盒中内嵌检测模块，检测组件的工况参数。注意，组件级工况参数经“120000”对专线上传，电站监控系统的复杂度将达难以置信的高度，可靠性的大利空！不妨求助直流载波技术解困。电站运行表明，组件上传的工况参数通过Modbus和TCP 至监控中心；Modbus星形网络架构的网线長度过長，减小网线長度和工程造价，提高系统可靠性的解决方案是设计手拉手级联Modbus。