一种光伏发电功率输出减少率测量装置及其估计方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种积灰条件下的光伏发电功率输出减少率测量装置及估计方法，所述装置由光线产生装置、光度计、光伏电池板、最大功率跟踪电路、最大功率跟踪MCU构成，可提供不同的光照强度并测量光伏电池板的最大功率，从而得到积灰条件下的光伏发电功率输出减少率；所述估计方法在构造大量气溶胶光学厚度累计值—相对湿度累计值—光照强度—光伏发电功率输出减少率的实际样本数据的基础上，利用和声神经网络建立光伏发电功率输出减少率的预测模型，并利用该模型进行积灰下的光伏发电功率输出减少率的估计。本发明专利技术能够解决光伏电池面板积灰浓度难以测量、对光伏发电的影响难以定量分析的问题，从而有助于提高光伏发电的预测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏发电功率输出减少率测量装置及其估计方法
本专利技术涉及光伏发电
，具体是一种光伏发电功率输出减少率测量装置及其估计方法。
技术介绍
当前，化石能源日益枯竭，环境问题突出，太阳能光伏发电作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，得到了各国的重视。光伏发电功率预测技术对于保证电力系统的稳定运行具有重要意义，迄今仍面临巨大挑战。覆盖在光伏电池板表面的积灰对光伏电池板的输出功率具有显著影响。已有研究表明，积灰通过遮挡效应、腐蚀效应，可间接削弱光伏电池板吸收的太阳辐射，从而降低其发电功率。国内外已有部分学者开展了积灰对光伏电池发电功率影响的相关研究工作，集中于分析光伏电池板的积灰浓度与光伏发电功率输出减少率的关系。方法一根据红土、石灰石和灰烬的模拟实验结果，建立了理论模型，可根据积灰浓度估算光伏电池功率输出减少率；方法二通过在室内模拟自然灰尘，提出了积灰浓度与光伏电池功率输出减少率的线性拟合模型。在实际工程中，测量光伏电池板的积灰浓度需借助于高精度的称量设备，进行连续性测量较为困难，从而影响了上述模型的实用性。由于光伏电池面板的积灰浓度难以开展实时测量，需寻找更加有效地表征方法，以用于计算光伏发电的功率输出减少率。本专利技术提出一种积灰条件下的光伏发电功率输出减少率测量装置及估计方法，以更好的进行光伏发电功率的预测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光伏发电功率输出减少率测量装置及其估计方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种光伏发电功率输出减少率测量装置，包括光线产生装置、光度计、光伏电池板、最大功率跟踪电路和最大功率跟踪MCU，所述光线产生装置包括调光器、稳压电源、触发器、高压氖灯、220V电源；所述调光器由220V电源供电，并与所述稳压电源相连接，所述稳压电源由所述220V电源供电，其正极与所述触发器的一端相连，其负极与所述高压氖灯的负极相连，所述触发器的一端与所述稳压电压的正极相连，另一端与高压氖灯的正极相连，所述高压氖灯的正极与所述触发器相连，负极与所述稳压电源相连，所述光度计与所述最大功率跟踪MCU连接，所述最大功率跟踪电路包括电压传感器、电流传感器、电感、电容、功率管、驱动和负载，电压传感器正极与所述光伏电池板的正极、电感相连，负极与光伏电池板的负极、电容、功率管的源极、负载相连，输出0-5V的测量信号到所述最大功率跟踪MCU中；电流传感器正极与电感、电容相接，负极与功率管的漏极、负载相接，输出0-5V的测量信号到所述最大功率跟踪MCU中；电感一端与所述光伏电池板的正极、电压传感器相连，另一端与电流传感器的正极、电容相连，电容一端与电感、电流传感器的正极相连，另一端与所述光伏电池板的负极、电压传感器的负极、功率管的源极、电容相接；功率管漏极与电流传感器的负极、负载相连，负极与所述光伏电池板的负极、电容、负载相连，栅极与所述驱动相连，所述驱动与功率管的栅极相连，负载一端与电流传感器的负极、功率管的正极相连，另一端与所述光伏电池板的负极、电压传感器的负极、电容、功率管的源极相接。作为本专利技术的进一步技术方案：所述最大功率跟踪MCU包括功率模块、MPPT算法模块、PID控制器模块、衰减率模块；所述功率模块接收所述电流传感器输出0-5V的电信号与所述电压传感器输出的0-5V的电信号，并将功率输出到所述MPPT算法模块和所述PID控制器模块中；所述MPPT算法模块接收所述功率模块的功率信号，产生功率设定值信号输出给PID模块，找到最大功率点后输出最大功率值到所述衰减率模块；所述PID控制器模块接收到所述MPPT算法的功率设定值信号与所述功率模块的功率信号，运算输出方波宽度信号到所述驱动模块中；所述衰减率模块接收所述光度计通过I2C接口传入的光照强度信号及所述MPPT算法模块的最大功率值，计算当前光照强度下的衰减率。作为本专利技术的进一步技术方案：所述功率模块按以下算法计算光伏电池板的输出功率P：P＝Ipv·kI·Vpv·kV，其中，Ipv为所述电流传感器传入的电流信号，kI为电流信号计算放大倍数，Vpv为电压传感器传入的电压信号，KV为电压信号计算放大倍数。作为本专利技术的进一步技术方案：所述MPPT算法模块按照以下方式运作：a.在k时刻，记录下光伏电池板的输出功率P(k)，并与前一时刻的光伏电池板的输出P(k-1)进行比较；b.若P(k)小于P(k-1)，则判断光伏电池板的输出电压U(k)与前一时刻光伏电池板的输出电压U(k)的大小。若U(k)大于U(k-1)，则增大功率设定值Ure，若U(k)小于U(k-1)，则减小输出电压设定值Urec.若P(k)大于P(k-1)，则判断光伏电池板的输出电压U(k)与前一时刻光伏电池板的输出电压U(k)的大小。若U(k)大于U(k-1)，则减小功率设定值Ure，若U(k)小于U(k-1)，则增大输出电压设定值Ured.若P(k)在多次迭代后稳定，则输出P(k)到衰减率模块。作为本专利技术的进一步技术方案：一种积灰条件下的光伏发电功率输出减少率估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：A、在实验室一系列固定的光照强度{Isk}下，测量擦拭干净后的光伏电池板的输出功率，记录为{P0sk}，其中k＝1，2，...，N；然后，将光伏电池板置于室外空旷处，使其与水平地面的倾角为α，进行自然积灰，并以ΔT为时间间隔，定期在实验室一系列固定的光照强度{Isk}下测量其输出功率，同时记录相应时刻440nm气溶胶光学厚度440、1020nm气溶胶光学厚度1020、相对湿度RH、光照强度Is；对于第i次测量，记录光伏电池板输出功率为Psi，440nm气溶胶光学厚度为440i、1020nm气溶胶光学厚度为1020i，相对湿度为RHi，光照强度为Isi，相同光照强度下擦拭干净后的光伏电池板的输出功率为P0si；通过长期的数据记录，形成原始样本集{(τ440i，τ1020i，RHi，Isi，P0si，P0si)}，i＝1，2，...，M，M为样本总个数；B、对原始样本集进行处理，构成训练样本集：基于原始样本集{(τ440i，τ1020i，RHi，Isi，Pi，P0si)}以及光伏电池板与水平地面所呈倾角α，计算440nm气溶胶光学厚度累积值τ*440i、1020nm气溶胶光学厚度累积值τ1020*i与相对湿度累积值RHi*，以及第i次测量对应的光伏发电功率输出减少率ηi：从而得到训练样本集C、建立三层和声神经网络预测模型，其中，输入层神经元节点数为4个，隐含层神经元节点数为5个，输出层神经元节点数为1个，隐含层神经元转移函数使用双曲正切函数，输出层神经元转移函数使用S型函数；对于样本取BP神经网络预测模型的第一个输入为第二个输入为第三个输入为第四个输入为Isi，输出为ηi；D、利用和声神经网络预测模型进行光伏发电功率输出减少率的估计，即将某一环境下获取的440nm气溶胶光学厚度累积值1020nm气溶胶光学厚度累积值相对湿度累积值光照强度Isi作为和声神经网络预测模型的输入，预测模型的输出即为当前环境下光伏发电功率输出减少率的估计值与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)测量装置可调节光照强度，且当光照强度发生变化时最大功率跟踪MCU将跟踪光伏电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏发电功率输出减少率测量装置，其特征在于，包括光线产生装置、光度计、光伏电池板、最大功率跟踪电路和最大功率跟踪MCU，所述光线产生装置包括调光器、稳压电源、触发器、高压氖灯和220V电源；所述调光器由220V电源供电，并与所述稳压电源相连接，所述稳压电源由所述220V电源供电，其正极与所述触发器的一端相连，其负极与所述高压氖灯的负极相连，所述触发器的一端与所述稳压电压的正极相连，另一端与高压氖灯的正极相连，所述高压氖灯的正极与所述触发器相连，负极与所述稳压电源相连，所述光度计与所述最大功率跟踪MCU连接，所述最大功率跟踪电路包括电压传感器、电流传感器、电感、电容、功率管、驱动和负载，电压传感器正极与所述光伏电池板的正极、电感相连，负极与光伏电池板的负极、电容、功率管的源极、负载相连，输出0‑5V的测量信号到所述最大功率跟踪MCU中；电流传感器正极与电感、电容相接，负极与功率管的漏极、负载相接，输出0‑5V的测量信号到所述最大功率跟踪MCU中；电感一端与所述光伏电池板的正极、电压传感器相连，另一端与电流传感器的正极、电容相连，电容一端与电感、电流传感器的正极相连，另一端与所述光伏电池板的负极、电压传感器的负极、功率管的源极、电容相接；功率管漏极与电流传感器的负极、负载相连，负极与所述光伏电池板的负极、电容、负载相连，栅极与所述驱动相连，所述驱动与功率管的栅极相连，负载一端与电流传感器的负极、功率管的正极相连，另一端与所述光伏电池板的负极、电压传感器的负极、电容、功率管的源极相接。...

【技术特征摘要】
1.一种光伏发电功率输出减少率测量装置，其特征在于，包括光线产生装置、光度计、光伏电池板、最大功率跟踪电路和最大功率跟踪MCU，所述光线产生装置包括调光器、稳压电源、触发器、高压氖灯和220V电源；所述调光器由220V电源供电，并与所述稳压电源相连接，所述稳压电源由所述220V电源供电，其正极与所述触发器的一端相连，其负极与所述高压氖灯的负极相连，所述触发器的一端与所述稳压电压的正极相连，另一端与高压氖灯的正极相连，所述高压氖灯的正极与所述触发器相连，负极与所述稳压电源相连，所述光度计与所述最大功率跟踪MCU连接，所述最大功率跟踪电路包括电压传感器、电流传感器、电感、电容、功率管、驱动和负载，电压传感器正极与所述光伏电池板的正极、电感相连，负极与光伏电池板的负极、电容、功率管的源极、负载相连，输出0-5V的测量信号到所述最大功率跟踪MCU中；电流传感器正极与电感、电容相接，负极与功率管的漏极、负载相接，输出0-5V的测量信号到所述最大功率跟踪MCU中；电感一端与所述光伏电池板的正极、电压传感器相连，另一端与电流传感器的正极、电容相连，电容一端与电感、电流传感器的正极相连，另一端与所述光伏电池板的负极、电压传感器的负极、功率管的源极、电容相接；功率管漏极与电流传感器的负极、负载相连，负极与所述光伏电池板的负极、电容、负载相连，栅极与所述驱动相连，所述驱动与功率管的栅极相连，负载一端与电流传感器的负极、功率管的正极相连，另一端与所述光伏电池板的负极、电压传感器的负极、电容、功率管的源极相接。2.根据权利要求1所述的一种光伏发电功率输出减少率测量装置及其估计方法，其特征在于，所述最大功率跟踪MCU包括功率模块、MPPT算法模块、PID控制器模块、衰减率模块；所述功率模块接收所述电流传感器输出0-5V的电信号与所述电压传感器输出的0-5V的电信号，并将功率输出到所述MPPT算法模块和所述PID控制器模块中；所述MPPT算法模块接收所述功率模块的功率信号，产生功率设定值信号输出给PID模块，找到最大功率点后输出最大功率值到所述衰减率模块；所述PID控制器模块接收到所述MPPT算法的功率设定值信号与所述功率模块的功率信号，运算输出方波宽度信号到所述驱动模块中；所述衰减率模块接收所述光度计通过I2C接口传入的光照强度信号及所述MPPT算法模块的最大功率值，计算当前光照强度下的衰减率。3.根据权利要求2所述的一种光伏发电功率输出减少率测量装置，其特征在于，所述功率模块按以下算法计算光伏电池板的输出功率P：P＝Ipv·kI·Vpv·kV，其中，Ipv为所述电流传感器传入的电流信号，kI为电流信号计算放大倍数，Vpv为电压传感器传入的电压信号，KV为电压信号计算放大倍数。4.根据权利要求2所述的一种光伏发电功率输出减少率测量装置及其估计方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚晓辉，王建伟，王晓明，郭俊超，吕晓宁，张婧，石健夫，
申请(专利权)人：国网冀北电力有限公司张家口供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13