基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置及其方法制造方法及图纸

一种基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置，其特点是：包括现场数据采集系统和主控室数据处理系统，现场数据采集系统包括结构相同的第一至第N个监测单元，监测单元包括光伏子阵与汇流箱连接，汇流箱与智能电表相连，智能电表与监测仪相连，第一至第N个监测单元的监测仪之间通过无线串口模块进行通信；主控室数据处理系统包括数据接收处理器与采集卡相连，采集卡与工控机相连，气象仪的传感器与机箱相连，现场数据采集系统的第一至第N个监测单元的监测仪均与主控室数据处理系统的数据接收处理器之间通过无线串口模块进行通信。

Photovoltaic system generation power prediction device and method based on meteorological parameter and solar panel operation state parameter

A running state parameters of meteorological parameters and solar panels based on the power generation of photovoltaic system prediction device, which includes a field data acquisition system and the main control room of a data processing system, data acquisition system including the same structure first to the N monitoring unit, the monitoring unit includes a photovoltaic sub array is connected with the junction box and the junction box is connected with the smart meter, smart meter and monitor is connected between the first to the N monitoring unit monitors communicate through the wireless serial port module; the main control room of a data processing system includes a data acquisition card is connected with the receiving processor, connected with the acquisition card and IPC, meteorograph sensor connected with the case, the first to the N monitoring unit field data collection system with the main control room monitor data processing system through wireless receiving processor Serial module communication.

【技术实现步骤摘要】
基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置及其方法
本专利技术涉及光伏系统发电功率预测技术，特别是涉及一种基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置及其方法。
技术介绍
近年来，在应对全球气候变暖的大背景下，大力发展可再生能源以替代化石能源已成为众多国家能源转型的大势所趋，节能环保的发电方式越来越受到各国的青睐。在目前众多备选的可再生能源类型中，太阳能无疑是未来世界最理想的能源之一，在各国中长期能源战略中占有重要地位，尤其是我国日渐严重的雾霾天气，促使我国在《电力发展“十三五”规划》中明确提出：十三五”期间，取消和推迟煤电建设项目1.5亿千瓦以上。到2020年，全国煤电装机规模力争控制在11亿千瓦以内，太阳能发电装机达到1.1亿千瓦以上，其中分布式光伏6000万千瓦以上、光热发电500万千瓦。但是，太阳光不稳定对电网产生冲击的缺点，这也是光伏发电面临的发展瓶颈。随着我国太阳能光伏装机容量的不断增加，发电规模也逐步扩大，当发电规模积累到一定数量级后，在电网中势必会影响其他传统旋转机组的调度，因此，如何精确的预测太阳能光伏系统发电功率成为亟待解决的技术问题。预测光伏系统发电功率的关键在于获取气象参数和太阳电池板运行状态参数，后者包括积灰影响、热斑效应和自然衰减等。我国现有运行的光伏系统发电功率预测装置较少考虑太阳能电池板积灰影响、热斑效应和自然衰减。以积灰影响为例，NASA曾对来自火星和月球表面的灰尘颗粒物沉降对太阳能电池板的影响作了研究，并推导出当灰尘颗粒沉积量达到3mg/cm2时，太阳能电池板的太阳透射率会降到50％。通过对全球范围内大规模光伏发电系统统计表明，积灰可导致太阳能电池板发电效率大幅度下降，光伏系统的年累计发电量降低10％～25％。太阳电池板运行状态对光伏系统发电效率和发电量的影响包括以下三个方面：(1)未考虑太阳能电池板运行状态参数来预测光伏系统发电功率是不精确的；(2)在太阳能电池板表面积灰污染程度不同的情况下，使用单一恒定的发电效率值计算得到的发电功率也是不准确的；(3)温度也是影响发电效率的一大因素，因为太阳能电池板工作温度不同，冬夏两个季节在相同的辐照度下，光伏系统发电功率相差也比较明显。因此，既考虑气象参数，又考虑太阳能电池板运行状态参数，提供一种根据太阳能电池板运行状态参数和气象参数的光伏系统电功率预测装置及其方法，将有助于提高大规模光伏系统电功率的预测时效性、精确性。
技术实现思路
本专利技术的构思基础是，针对光伏系统发电功率输出不稳定的特性，对传统光伏系统调度的影响以及现有光伏发电预测系统不准确的现状，1)本专利技术提出以太阳能电池板运行状态参数和气象参数为预测基础，运行状态参数包括太阳能电池板背板温度、其组成的光伏阵列的电压和电流，气象参数包括太阳能辐照度、环境温湿度、风速、风向、大气压力等，以此设计太阳能电池板运行状态参数和气象参数监测系统，为光伏系统发电功率预测系统提供参数支撑；2)本专利技术提出将太阳能电池板自然衰减、表面积灰和积灰状态下太阳能电池板热斑效应作为影响发电效率重要因素，通过太阳能电池板运行状态参数实时分析其发电效率，将其与电池额定工作温度条件发电效率对比分析，获取运行工况发电效率修正参数；基于实时气象参数，采用人工智能机器学习算法，实时预测基于气象参数的光伏系统发电功率，再联合太阳能光伏系统发电效率的修正参数，得到实时运行工况下光伏系统发电功率的精确预测值。本专利技术的目的是，针对光伏系统，提供一种基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置，并提供其方法，在基于气象参数的光伏系统发电功率预测的基础上，将太阳能电池板运行状态参数(包括电压、电流、背板温度等)作为影响发电效率的补充因素，旨在提高预测精度，建立更加精确的发电功率预测系统，让电力调度部门统筹规划常规能源发电与光伏系统发电之间的关系，准确及时调整发电计划，为科学发电优化调管设备提供依据，实现发电收益最大化。实现本专利技术目的所采取的技术方案之一是：一种基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置，其特征在于：它包括现场数据采集系统和主控室数据处理系统，所述现场数据采集系统包括结构相同的第一至第N个监测单元，所述监测单元包括光伏子阵与汇流箱连接，汇流箱与智能电表相连，智能电表与监测仪相连，在光伏子阵上设置的贴片式温度传感器与监测仪相连，第一至第N个监测单元的监测仪之间通过无线串口模块进行通信；所述主控室数据处理系统包括数据接收处理器与采集卡相连，采集卡与工控机相连，气象仪的风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、散射辐射传感器、直接辐射传感器、太阳总辐射传感器与机箱相连，电池箱负责气象仪的供电，机箱与所述第N个监测单元的监测仪相连；所述现场数据采集系统的第一至第N个监测单元的监测仪均与所述主控室数据处理系统的数据接收处理器之间通过无线串口模块进行通信。所述监测仪是采集现场数据的核心器件，使用STM32F103ZET6作为主控芯片，液晶显示器作为屏幕显示监测数据，使用智能电表监测光伏子阵的发电电压和电流，使用贴片式温度传感器监测光伏子阵的板背面温度，使用无线串口模块发射数据，数据传输顺序从第一至N个监测单元的监测仪依次传输，发送给数据接收处理器。所述智能电表串接入汇流箱监测电流，并接汇流箱输出端监测整个光伏子阵电压，智能电表与监测仪通过RS485的A、B信号线连接，使用ModbusRtu协议进行通信。所述贴片式温度传感器通过单总线的通信方式实现数据传输。所述气象仪的风速传感器监测光伏系统风速，风向传感器监测光伏系统风向，温湿度传感器监测光伏系统空气温湿度，散射辐射传感器监测光伏系统的散射辐射量，直接辐射传感器监测光伏系统的实时辐照度，太阳总辐射传感器监测光伏系统总的辐照度，电池箱负责气象仪的供电，机箱负责收集这些气象数据，并且将这些气象参数发送到第N个监测单元的监测仪，机箱与第N个监测单元的监测仪通过RS485的A、B信号线连接，使用ModbusRtu协议进行通信，然后由第N个监测单元的监测仪将气象参数发送给数据接收处理器。所述采集卡包括数模转换模块和串口转换模块，其中数模转换模块将数据接收处理器发送来的电压信号转换成数字信号，然后通过RS485串行总线发送给串口转换模块，最后串口转换模块通过RS232串行总线将太阳能电池板的运行状态参数和气象参数发送给工控机。所述工控机上安装有组态软件和人工智能机器学习计算软件，可以识别串口转换模块作为输入信号源，然后在组态软件上设置输入口的对应的参数类别，即可在工控机中显示、存储太阳能电池板的运行状态参数和气象参数，并基于这两类参数实时预测光伏系统发电功率。实现本专利技术目的所采取的技术方案之二是：一种基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测方法，其特征在于：组合利用气象参数和太阳能电池板运行状态参数，通过人工智能机器学习算法和太阳能电池板发电效率计算方法，实时预测光伏系统发电功率，实现光伏系统发电功率短期精确预测、长期预报功能，整个预测方法由下述方程组定量描述：运行工况太阳能电池板输出功率均值pout：pout＝U1I1+U2I2+…+UnIn(1)太阳能电池板面积Sa：S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置，其特征在于：它包括现场数据采集系统和主控室数据处理系统，所述现场数据采集系统包括结构相同的第一至第N个监测单元，所述监测单元包括光伏子阵与汇流箱连接，汇流箱与智能电表相连，智能电表与监测仪相连，在光伏子阵上设置的贴片式温度传感器与监测仪相连，第一至第N个监测单元的监测仪之间通过无线串口模块进行通信；所述主控室数据处理系统包括数据接收处理器与采集卡相连，采集卡与工控机相连，气象仪的风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、散射辐射传感器、直接辐射传感器、太阳总辐射传感器与机箱相连，电池箱负责气象仪的供电，机箱与所述第N个监测单元的监测仪相连；所述现场数据采集系统的第一至第N个监测单元的监测仪均与所述主控室数据处理系统的数据接收处理器之间通过无线串口模块进行通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置，其特征在于：它包括现场数据采集系统和主控室数据处理系统，所述现场数据采集系统包括结构相同的第一至第N个监测单元，所述监测单元包括光伏子阵与汇流箱连接，汇流箱与智能电表相连，智能电表与监测仪相连，在光伏子阵上设置的贴片式温度传感器与监测仪相连，第一至第N个监测单元的监测仪之间通过无线串口模块进行通信；所述主控室数据处理系统包括数据接收处理器与采集卡相连，采集卡与工控机相连，气象仪的风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、散射辐射传感器、直接辐射传感器、太阳总辐射传感器与机箱相连，电池箱负责气象仪的供电，机箱与所述第N个监测单元的监测仪相连；所述现场数据采集系统的第一至第N个监测单元的监测仪均与所述主控室数据处理系统的数据接收处理器之间通过无线串口模块进行通信。2.根据权利要求1所述的基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置，其特征在于：所述监测仪是采集现场数据的核心器件，使用STM32F103ZET6作为主控芯片，液晶显示器作为屏幕显示监测数据，使用智能电表监测光伏子阵的发电电压和电流，使用贴片式温度传感器监测光伏子阵的板背面温度，使用无线串口模块发射数据，数据传输顺序从第一至N个监测单元的监测仪依次传输，发送给数据接收处理器。3.根据权利要求2所述的基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置，其特征在于：所述智能电表串接入汇流箱监测电流，并接汇流箱输出端监测整个光伏子阵电压，智能电表与监测仪通过RS485的A、B信号线连接，使用ModbusRtu协议进行通信。4.根据权利要求2所述的基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置，其特征在于：所述贴片式温度传感器通过单总线的通信方式实现数据传输。5.根据权利要求1所述的基于气象参数与太阳能电池板运行状态参数的光伏系统发电功率预测装置，其特征在于：所述气象仪的风速传感器监测光伏系统风速，风向传感器监测光伏系统风向，温湿度传感器监测光伏系统空气温湿度，散射辐射传感器监测光伏系统的散射辐射量，直接辐射传感器监测光伏系统的实时辐照度，太阳总辐射传感器监测光伏系统总的辐照度，电池箱负责气象仪的供电，机箱负责收集这些气象数据，并且将这些气象参数发送到第N个监测单元的监测仪，机箱与第N个监测单元的监测仪通过RS485的A、B信号线连接，使用ModbusRtu协议进行通信，然后由第N个监测单元的监测仪将气象参数发送给数据接收处理器。6.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板发电效率在线监测系统，其特征在于：所述采集卡包括数模转换模块和串口转换模块，其中数模转换模块将数据接收处理器发送来的电压信号转换成数字信号，然后通过RS485串行总线发送给串口转换模块，最后串口转换模块通过RS232串行总线将太阳能电池板的运行状态参数和气象参数发送给工控机。7.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板发电效率在线监测系统，其特征在于：所述工控机上安装有组态软件和人工智能机器学习计算软件，可以识别串口转换模块作为输入信号源，然后在组态软件上设置输入口的对应的参数类别，即可...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵波，王志，丁若恒，范思远，曹生现，王恭，吕昌旗，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22