一種光伏陣列運行狀態預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光伏發電領域，具體設及一種光伏陣列運行狀態預測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著世界光伏發電規模的日益擴大，太陽能電站中光伏陣列的狀態監控和故障診 斷與定位變得日益重要。目前，光伏系統故障診斷方法有在線診斷和離線診斷兩大類。比 較有代表性的在線診斷法有紅外圖像檢測法和多傳感器法等。紅外圖像檢測法利用光伏模 塊在正常和故障兩種狀態時具有明顯溫差的特點，通過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型和故障位置。多傳感器法的原理是為一 個或數個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據就可W判斷光伏 陣列的故障類型和故障位置。對于大規模的光伏發電系統而言，采用運兩種方法需要安裝 數量不小的紅外攝像儀和傳感器，運會增加光伏發電系統的發電成本。同時由于光伏陣列 通常安裝在環境惡劣的地方，對紅外攝像儀和傳感器的正常工作也會有一定的影響，運在 某種程度上也會增加光伏陣列故障診斷的復雜性和影響故障診斷的精確性。
【發明內容】
[0003] 本發明提供了一種光伏陣列運行狀態預測方法，旨在解決現有的光伏陣列狀態監 測方法由于需要安裝較多的測量裝置，增加光伏系統發電成本且測量結果容易受到環境影 響的問題。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明的光伏陣列運行狀態預測方法包括：
[0005] 1) W IMWp為基本單位進行光伏陣列區域劃分，建立IMWp光伏陣列的節點支路矩 陣；
[0006] 2)測得各個IMWp光伏陣列電氣網絡首端電壓、末端功率及環境參數，針對IMWp光 伏陣列的節點支路矩陣，根據分層前推回代算法和多叉數遍歷捜索法，計算各個IMWp光伏 陣列電氣網絡首端功率及末端電壓；
[0007] 3)根據實時檢測得到的各個IMWp光伏陣列電氣網絡的末端電流，結合步驟2)計 算得到的各個IMWp光伏陣列電氣網絡首端功率及末端電壓，計算各個IMWp光伏陣列發電 效率和功率因數；
[0008] 4)根據計算得到的各個IMWp光伏陣列發電效率和功率因數數據，采用概率統計 方法計算整體光伏陣列發電效率和功率因數的概率密度和分布函數；
[0009] 5)根據發電效率和功率因數的概率密度和分布函數的統計規律判斷光伏陣列整 體運行狀態。
[0010] 所述IMWp光伏陣列電氣網絡分為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，ri,和AS1,分別為節點i和j對應支路的電阻和功率損耗， Pj和Psum,i分別為節點J有功功率和節點J所有支路總功率，SU為節點j流向節點i的功 率，V，為節點j的電壓，巧;是第k次迭代時節點j所有支路總功率。
[0014] 所述前推回代算法中計算末端電壓的公式為：
[0016] 其中，k為迭代次數，AV,為節點縱向電壓分量，Pi為節點j流向節點i的功率，V, 為節點j的電壓。
[0017] 所述光伏陣列發電效率或功率因數的概率分布函數的計算公式為：
[0019] 其中，F(X)為發電效率或功率因數的概率分布函數，X為發電效率或功率因數的 計算值，a和0是發電效率或功率因數的上、下限值。
[0020] 所述環境參數包括福照度、溫度、濕度和風向。
[0021] 本發明的光伏陣列運行狀態預測方法對單個光伏陣列建立節點支路矩陣，利用前 推回代方法，計算出單個光伏陣列電氣網絡首端功率和末端電壓，計算出光伏陣列的發電 功率和功率因數，采用概率統計方法預測整個光伏陣列的運行狀態。由于對于各節點功率 及各支路功率及電壓的獲取時通過計算得到的，減少了光伏發電系統中電壓、電流測量裝 置的安裝數量，降低了光伏陣列狀態監測系統的復雜度和發電成本，并且降低了環境對監 測系統的影響程度，提高了光伏陣列運行狀態判斷的準確性和可靠性。
[0022] 本發明將前推回代法運用到光伏陣列運行狀態評估，該方法具有收斂性好、計算 速度快、數值穩定性高等優勢，有效避免了現有光伏陣列故障檢測方法中存在的難題，
【附圖說明】
[0023] 圖1是單個光伏陣列并聯運行電氣網絡結構圖；
[0024] 圖2是前推回代計算簡化電路圖；
[00巧]圖3是前推回代法算法計算流程圖； 陽0%] 圖4是光伏陣列運行狀態評估流程圖；
[0027] 圖5是5個光伏陣列功率因數W及發電效率計算結果；
[0028] 圖6是5MWp陣列運行狀態評估數據概率分布區圖；
[0029] 圖7是光伏陣列運行狀態評估結果概率分布圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖，對本發明的技術方案做進一步詳細說明。
[0031] 本實施例的光伏陣列運行狀態預測方法包括如下步驟：
[0032] 1)WIMWp為基本單位進行光伏陣列區域劃分，建立IMWp光伏陣列的節點支路矩 陣；
[0033] 2)測得各個IMWp光伏陣列電氣網絡首端電壓、末端功率及環境參數，針對IMWp光 伏陣列的節點支路矩陣，根據分層前推回代算法和多叉數遍歷捜索法，計算各個IMWp光伏 陣列電氣網絡首端功率及末端電壓；
[0034] 3)根據實時檢測得到的各個IMWp光伏陣列電氣網絡的末端電流，結合步驟2)計 算得到的各個IMWp光伏陣列電氣網絡首端功率及末端電壓，計算各個IMWp光伏陣列發電 效率和功率因數；
[0035] 4)根據計算得到的各個IMWp光伏陣列發電效率和功率因數數據，采用概率統計 方法計算整體光伏陣列發電效率和功率因數的概率密度和分布函數；
[0036] 5)根據發電效率和功率因數的概率密度和分布函數的統計規律判斷光伏陣列整 體運行狀態。
[0037] 下面詳細介紹上述步驟： 陽03引單個光伏陣列（IMWP)電氣網絡結果如圖1所示，共3層、274個節點、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，可W并行計算海層支路及 支路的送端和受端節點相互獨立，可W分層計算。
[0039] 前推回代評估算法主要內容包括節點支路矩陣、前推回代算法和運行評估方法。 建立節點支路矩陣，定位參與計算的支路和節點；根據已知支路和節點電氣參數及網絡結 構系統參數，計算評估運行狀態的指標參數；根據指標評估標準，綜合評估光伏陣列運行狀 態。 W40] (1)節點支路矩陣
[0041] 在節點支路矩陣中，行表示節點號，列表示支路號；矩陣元素為1，則節點i和支路 j相連諾元素為0,則不相連海列有2個元素1，行號分別為支路的2個節點。IMWp光伏 陣列節點支路矩陣A是1個274X273矩陣，如式2 ;基于矩陣A，查詢參與計算的節點和支 路，W元素為例，展開矩陣如式2,從節點2出發，即矩陣A第2行出發，各列均有元素1，表 示該節點與1-12支路均相連；各列非零元素表示該支路兩端節點，上節點為送端節點，下 節點為受端節點，如第3列送端節點是2,受端節點是4。沿著既定路徑依次查找，可W定