一种气象相关的光伏组件工作温度预测的方法技术

本发明专利技术公开了一种气象相关的光伏组件工作温度预测的方法，从环境温度、太阳辐射强度、风速等因素出发，通过大量历史数据拟合的线性模型以及通过能量守恒定律推倒出的非线性模型。并且设计了两种实验平台用于采集数据。本发明专利技术可深度揭示光伏组件工作温度的影响因素，充分反映气象因子对光伏组件工作温度的影响，有助于提高光伏电站发电预报的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种气象相关的光伏组件工作温度预测的方法
本专利技术涉及光伏组件温度预测发电
，具体涉及一种气象相关的光伏组件工作温度预测的方法。
技术介绍
太阳能光伏发电是利用太阳能电池的光伏效应将太阳辐射能直接转换为电能的一种发电形式。现阶段，太阳能的推广应用日益呈现方兴未艾的世界潮流，太阳能产业成为全球蓬勃兴起的新能源产业之一。开发利用清洁、安全、环保的太阳能成为人类社会缓解日益加剧的能源短缺的共同选择和治理严峻环境污染的有生力量。电网的稳定运行需要在供需双方之间保持一定的平衡，即根据用户的消耗变化，预先安排火电、水电等发电机组的开启和关停，从而相应地调整供应的总功率。由于光伏发电受天气的影响较大，且不能像火电及水电一样自由控制，所以光伏电站发电的输出功率具有剧烈变化及间歇性等特点。由此，光伏电站并入电网必将对电网的平衡产生巨大影响。1)调峰问题。随着天气的变化，光伏电站的输出功率剧烈变化，严重影响电网的调峰；2)电网稳定问题。在电网发生大扰动时，光伏电站由于不具备低电压穿越能力，容易退出运行从而对电网带来二次冲击，影响电网的暂态稳定性；所以对光伏电站输出功率进行有效监测和预测，把光伏电站输出功率纳入电网的发电计划编制，并参与实时调度，是保证电网稳定经济运行的重要措施之一。从而能够实施发电运行自动控制，实现多元电源联合调度。太阳能光伏发电功率预测的研究起步较晚。德国、丹麦、日本、美国、法国和加拿大等国均进行过相关研究。主要是在全国范围设立太阳能资源监测点，收集太阳能资源数据，并建立光伏发电功率预测模型，预测全国范围光伏发电出力的时空分布。国外虽然已经开展了太阳能资源布点监测和光伏电站功率预测系统的相关研究，但仍然属于起步阶段，目前还没有成熟的光伏电站功率预测系统方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种气象相关的光伏组件工作温度预测的方法，能够采集实时天气数据信息和电信息来预测光伏组件的工作温度，提高了光伏电站发电预测精度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种气象相关的光伏组件工作温度预测的方法，建立光伏组件工作温度与环境温度、辐射强度和风速的非线性模型。根据能量守恒定律得到含参数的方程，再通过数据分析得到参数的值。根据大量数据通过数理统计的方法进行线性拟合，最终得到线性模型。对于线性模型：PV电池的工作温度的最简单的显式公式表示随环境温度和入射太阳辐射强度的变化这种线性表达仅适用于无电负载和无风，尺寸参数k，称为罗斯系数，它等于比率，也就是说，它是（）对的斜率。如下显式方程这些方程都可以写成其中A,B,C是系数。或者在无风地区，可以简化为因此可以使用最小二乘法对大量数据进行线性回归分析。从而直接得出工作温度的显式方程。对于非线性模型：由能量守恒定律，在单位面积的光伏组件上分离工作温度到等式右边当光伏组件运行于开路工况时，，则有以下标0代表光伏电池板在标称工作条件下（NOCT）并且工作在开路状态，以代表，上式可以改写为在实际运行时，光伏逆变器总是在最大功率跟踪，于是此时，联立即可得到和的表达式因此只需测量开路且工作在NCOT状态下的板温和环温，一系列辐射强度、板温、环温和光伏组件效率即可得到和的值。实际实验时可以不在NCOT状态记录开路时的数据。通过实验数据可以拟合关于辐射强度的回归方程。散热系数就复杂一些。它还与风速有关，还需要拟合风速和散热系数的方程。固定实验平台的设计如下：其中并网发电系统的运行数据由SMASunnyBoyControlPlus完成。各传感器输出信号不同，有数字信号也有模拟输出，有电压信号也有电流信号。考虑到信号的传输距离较远，电流以外的其他信号容易在传输中受到干扰，因此所有输出信号都采用相应的信号变送器将信号统一调理为4~20mA的电流信号，数据采集装置采用数据记录仪完成，数据记录仪既可独立工作存储历史数据也可与监控计算机保持连接，可以持续记录传感器数据并保存到数据库中。固定测量实验平台可记录板温，环境温度，相对湿度，风速，风向，气压，斜面辐射强度，水平辐射强度和三相功率。所用传感器及变送器如下表。数据记录仪与PC机连接，可以在数据记录仪显示屏上读出当前各气象参数数据，也可以从PC机上得到历史记录曲线和历史记录数据。PC机使用LabVIEW软件管理数据。对比于实验平台，非固定实验平台就需要性能更好的数据记录仪，可以直接保存数据为电子表格，且有内部时钟。最终选取日置电机公司的LR8431-30型数据采集仪，使用U盘为记录介质。这种数据记录仪体积小，功能强大。具备定时开始/结束记录数据功能。且内部集成热电偶测量电路，具备自动冷端补偿的能力。采用U盘记录数据方便后期处理。系统内部含有时钟模块，每一条数据都有年月日时分秒数据。辐射强度的测量采用的是Licor公司的硅光辐射计，这种辐射计对比于热电辐射计响应速度快，测量精度高且体积，重量更小，方便携带。板温测量采用T型热电偶，配合数据记录仪不需要其他信号处理电路。测量精度高。实际现场采用胶带粘贴到光伏阵列背板上即可。操作方便。风速，温度传感器与固定式实验平台相同。但是省略了风向，气压、湿度传感器。测量功率采用上海安科瑞公司的三相功率变送器测量。此变送器额定输入电压为380V，因此不需要电压互感器直接并联到市电即可采样电压信号。电流信号采用开合式电流互感器。考虑到逆变器最大输出电流不到20A而功率变送器额定输入电流为1A，因此采用变比20/1的电流互感器。功率变送器输出信号为4~20mA电流信号，于是在记录仪侧并联电阻转化为电压信号测量。采用0.5级精度的电流互感器，确保电流采样的精确度。另外考虑到户外复杂的天气状况，所有不防水的设备都必须固定于防水箱中。以免造成设备损坏。考虑到非固定实验平台需要精简设备，采用额定功率2500W的插线板，此插线板有三个插座，每个插座均有开关。固定插线板在防水箱给直流辅助电源和数据记录仪供电。考虑到直流电源和数据记录仪的功率很小，因此插线板上的开关满足要求。风速温度传感器需要直流电源。直流电源也固定在防水箱中。与固定实验平台不同，非固定实验平台要尽量减少设备。在选择传感器时尽量选择输出信号是模拟电压或模拟电流的。这样就可以省去信号变送器。且所所有设备都在实验现场安装，通常是楼顶。具体流程框图如图2。因此，预测光伏发电的功率，根据天气预报来预测光伏发电的发电量，这样就可以给电网提供可靠的信息，从而减小调度难度，良好保证了电网的经济运行。提高光伏组件模型的精度就必须建立精确的光伏组件工作温度模型。进一步提高光伏发电系统系统发电预测的精确性，为电网调度提供参考。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步描述：图1为固定实验平台示意图；图2为非固定实验平台示意图；图3为非固定实验平台现场接线图；图4为固定辐射计所用工件设计图；图5为固定风速传感器所用工件设计图；图6为一月七月辐射强度示意图；图7为回归系数A,B的示意图；图8为辐射强度线性回归图；图9为风速线性回归图；图10为郑州的数据。具体实施方式下面结合图1至图10对本专利技术技术方案进一步展示，具体实施方式如下：实施例一：一种气象相关的光伏组件工作温度预测的方法，建立光伏组件工作温度与环境温度、辐射强度和风速的非线性模型。根据能量守恒定律得到含参数的方程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气象相关的光伏组件工作温度预测的方法，其特征在于：建立光伏组件工作温度与环境温度、辐射强度和风速的非线性模型。

【技术特征摘要】
1.一种气象相关的光伏组件工作温度预测的方法，其特征在于：建立光伏组件工作温度与环境温度、辐射强度和风速的非线性模型。2.如权利要求1所述的气象相关的光伏组件工作温度预测的方法，其特征在于：根据能量守恒定律得到含参数的方程，再通过数据分析得到参数的值。3.根据权利要求1所述的气象相关的光伏组件工作温度预测的方法，其特征在于，由能量守恒定律，在单位面积的光伏组件上（1）分离工作温度到等式右边（2）当光伏组件运行于开路工况时，，则有（3）以下标0代表光伏电池板在标称工作条件下（NOCT）并且工作在开路状态，以代表，式（2-3）可以改写为（4）在实际运行时，光伏逆变器在最大功率跟踪，于是此时，（5）（6）。4.根据权利要求1所述的气象相关的光伏组件工作温度预测的方法，其特征在于，和的表达式（7）（8）。5.如权利要求1-3的光伏组件工作温度预测方法所使用的光伏组件工作温度预测系统，其特征在于：包括传感器单元、信号调理变送单元、固定实验平台、非固定实验平台、数据采集处理单元和辅助电源单元；所述的辅助电源单元用于给传感器单元、信号调理变送...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁允，李哲，孙芊，周宁，李帅，成驰，许沛华，崔杨，王必强，简仕略，蔡涛，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，湖北省气象服务中心，华中科技大学，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41