一种光伏发电系统可靠性的检测方法

摘要

本发明提供了一种光伏发电系统可靠性的检测方法，属于光伏电站检测技术领域。所述方法包括：获取待测光伏发电系统中各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测参数，所述可靠性检测参数包括实际可利用率、平均无故障运行时间或平均故障修复时间中的任意一种；根据所述预定统计周期内的可靠性检测参数的离散率对所述待测光伏发电系统的可靠性进行检测。本发明能够实现对光伏发电系统及其发电设备的可靠性进行准确和快速的检测，分等级、分层次的规范化指导光伏发电系统的运行维护，保障光伏发电系统稳定、高效和安全运行，为大型地面光伏发电系统和分布式光伏运营商提升经济效益和建立电网友好型光伏发电系统奠定了坚实的基础。

权利要求

1.一种光伏发电系统可靠性的检测方法，其特征在于，包括：

获取待测光伏发电系统中各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测参数，所述可靠性检测参数包括实际可利用率、平均无故障运行时间或平均故障修复时间中的任意一种；

根据所述预定统计周期内的可靠性检测参数的离散率对所述待测光伏发电系统的可靠性进行检测，具体包括：如果所述预定统计周期内的可靠性检测参数的离散率在0-5％之间，则所述待测光伏发电系统的可靠性检测结果为可靠，反之，则所述待测光伏发电系统的可靠性检测结果为不可靠。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实际可利用率和所述平均无故障运行时间通过光伏在线监控系统监测获得，所述平均故障修复时间通过光伏电站例行维护记录获得。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实际可利用率通过以下公式计算获得：

其中，PVavailable表示实际可利用率；T表示统计时间长度，单位为小时；TL表示统计时间长度内因光伏发电单元停电维护造成的停机时间，单位为小时；TN表示统计时间长度内因夜间停机或电网、外部电气设备故障造成的光伏发电单元停机时间，单位为小时；Trepair,i表示统计时间长度内光伏发电单元每次故障的修复时间，单位为小时。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平均无故障运行时间通过以下公式计算获得：

其中，MRTBF表示统计时间长度内光伏发电单元的平均无故障运行时间，单位为小时；T表示统计时间长度，单位为小时；TL表示统计时间长度内因光伏发电单元停电维护造成的停机时间，单位为小时；TN表示统计时间长度内因夜间停机或电网、外部电气设备故障造成的光伏发电单元停机时间，单位为小时；Nr表示统计时间长度内因光伏发电单元自身原因导致的可远程复位故障次数；Nl表示统计时间长度内因光伏发电单元自身原因导致的不可远程复位故障次数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平均故障修复时间通过以下公式计算获得：

其中，MTTR表示统计时间长度内光伏发电单元的故障平均修复时间，单位为小时；

Trepair,i表示统计时间长度内光伏发电单元每次故障的修复时间，单位为小时；Nr表示统计时间长度内因光伏发电单元自身原因导致的需现场修复次数。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离散率为各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的标准差与平均值的比值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的标准差通过以下公式计算获得：其中，S表示各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的标准差；P1、P2、…Pn表示各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果；P表示各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的平均值；n为自然数，表示各光伏发电单元在预定统计周期内进行可靠性检测的光伏发电单元的总数。

说明书

一种光伏发电系统可靠性的检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光伏发电系统可靠性的检测方法，属于光伏电站检测技术领域。

背景技术

[0002] 现有的光伏发电系统通常由光伏发电单元、直流汇集回路、汇流箱、直流配电柜、逆变器以及光伏在线监控系统等设备组成。图1所示的是光伏发电系统的典型电气结构，光伏发电单元输出的电能首先汇聚到汇流箱，然后再汇聚到直流配电柜，最后经AC/DC转换后输出。

[0003] 引起光伏发电单元故障停机的部件主要是逆变器、汇流箱和直流汇集回路的电气故障，图2所示的是光伏发电单元的故障树，包括汇流箱故障、直流汇集回路故障、逆变器故障等类型的故障。

[0004] 由于现有的光伏发电系统依靠光伏在线监控系统获取运行数据，仅能够横向比较不同光伏发电单元的运行状态，通过识别不同光伏发电单元在相同外部气象环境条件下的输出状态，发现其不一致性，从而判断出现故障或存在隐患的光伏发电单元。该方法基于光伏发电系统内大部分光伏发电单元处于正常发电状态，当光伏发电系统内光伏发电单元出现家族化缺陷时，则不能很好的识别故障设备。同时，虽然现有的相关标准给出了光伏发电系统的可靠性检测的相关实验方法和手段，但是由于光伏发电系统固有的设备分散性、数量多、类型多的特点，导致现有的日常检修和故障检修方式容易造成维护时间和精力的浪费。

发明内容

[0005] 本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种光伏发电系统可靠性的检测方法，以实现对光伏发电系统的可靠性进行有效检测。

[0006] 本发明提供的技术方案包括：

[0007] 一种光伏发电系统可靠性的检测方法，包括：

[0008] 获取待测光伏发电系统中各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测参数，所述可靠性检测参数包括实际可利用率、平均无故障运行时间或平均故障修复时间中的任意一种；

[0009] 根据所述预定统计周期内的可靠性检测参数的离散率对所述待测光伏发电系统的可靠性进行检测。

[0010] 在本发明所述的光伏发电系统可靠性的检测方法中，所述实际可利用率和所述平均无故障运行时间通过光伏在线监控系统监测获得，所述平均故障修复时间通过光伏电站例行维护记录获得。

[0011] 在本发明所述的光伏发电系统可靠性的检测方法中，所述实际可利用率通过以下公式计算获得：

[0012]

[0013] 其中，PVavailable表示实际可利用率；T表示统计时间长度，单位为小时；TL表示统计时间长度内因光伏发电单元停电维护造成的停机时间，单位为小时；TN表示统计时间长度内因夜间停机或电网、外部电气设备故障及其它原因等造成的光伏发电单元停机时间，单位为小时；Trepair,i表示统计时间长度内光伏发电单元每次故障的修复时间，单位为小时。

[0014] 在本发明所述的光伏发电系统可靠性的检测方法中，所述平均无故障运行时间通过以下公式计算获得：

[0015]

[0016] 其中，MRTBF表示统计时间长度内光伏发电单元的平均无故障运行时间，单位为小时；T表示统计时间长度，单位为小时；TL表示统计时间长度内因光伏发电单元停电维护造成的停机时间，单位为小时；TN表示统计时间长度内因夜间停机或电网、外部电气设备故障及其它原因等造成的光伏发电单元停机时间，单位为小时；Nr表示统计时间长度内因光伏发电单元自身原因导致的可远程复位故障次数；Nl表示统计时间长度内因光伏发电单元自身原因导致的不可远程复位故障次数。

[0017] 在本发明所述的光伏发电系统可靠性的检测方法中，所述平均故障修复时间通过以下公式计算获得：

[0018]

[0019] 其中，MTTR表示统计时间长度内光伏发电单元的故障平均修复时间，单位为小时；Trepair,i表示统计时间长度内光伏发电单元每次故障的修复时间，单位为小时；Nr表示统计时间长度内因光伏发电单元自身原因导致的需现场修复次数。

[0020] 在本发明所述的光伏发电系统可靠性的检测方法中，所述离散率为各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的标准差与平均值的比值。

[0021] 在本发明所述的光伏发电系统可靠性的检测方法中，所述各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的标准差通过以下公式计算获得：

[0022]

[0023] 其中，S表示各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的标准差；P1、P2、…Pn表示各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果；P表示各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的平均值；n为自然数，表示各光伏发电单元在预定统计周期内进行可靠性检测的光伏发电单元的总数。

[0024] 本发明的有意效果是：能够实现对光伏发电系统及其发电设备的可靠性进行准确和快速的检测，分等级、分层次的规范化指导光伏发电系统的运行维护，保障光伏发电系统稳定、高效和安全运行，为大型地面光伏发电系统和分布式光伏运营商提升经济效益和建立电网友好型光伏发电系统奠定了坚实的基础。

附图说明

[0025] 图1是现有光伏发电系统的典型电气结构图。

[0026] 图2是现有光伏发电单元的故障树图。

[0027] 图3是现有光伏发电单元中的逆变器故障树图。

[0028] 图4以示例的方式示出本发明所述的光伏发电系统可靠性的检测方法的流程图。

[0029] 图5是实施例一提出的光伏发电系统可靠性的检测方法的流程图。

[0030] 图6是实施例一中的可靠性检测结果频次图，其中横坐标表示可靠性检测结果区间，纵坐标表示数量。

具体实施方式

[0031] 本具体实施方式以逆变器因为元器件故障导致的整个光伏发电单元非计划停机为例对光伏发电系统可靠性的检测方法进行说明，结合图3所示，该光伏发电单元可能发生的逆变器故障包括直流侧故障、设备故障、电网侧故障等故障类型。其中，直流侧故障包括母线过压、短路接地(包括灰尘未得到及时清理、直流正负极绝缘受损、电缆破损等情况)、光伏阵列过压、回路接线松动、过载、三相电流过流等故障；设备故障包括模块过温(包括散热风扇损坏、滤网未及时清洁等情况)、通讯故障(包括光纤接线松动、软件原因等情况)、相关元件损坏(包括IGBT老化等情况)等故障；电网侧故障包括三相电压不平衡、三相电流不平衡、过/欠频、过/欠压等故障。由于计算机和光伏在线监控系统故障不影响光伏发电单元的正常发电，因此其故障时间可不计入。因此本具体实施方式针对的光伏发电系统可靠性的检测方法的可靠性检测参数可采用实际可利用率、平均无故障运行时间或平均故障修复时间中的任意一种。

[0032] 本具体实施方式提出了一种光伏发电系统可靠性的检测方法，结合图4所示，包括：

[0033] 步骤41，获取待测光伏发电系统中各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测参数，该可靠性检测参数包括实际可利用率、平均无故障运行时间或平均故障修复时间中的任意一种。

[0034] 在预定统计周期内，待测光伏发电系统的电气与气象参数有效数据点可从光伏在线监控系统的运行数据与报表中获取，设备参数信息应可从厂家技术资料中获取。光伏在线监控系统是以光伏发电系统故障记录、数据传输和数据分析为核心功能的监控设备，采用具有开放性和可扩展性、抗干扰能力强的系统配置，能够实现对光伏发电系统可靠、合理、完善的监视、控制，具备遥测、遥信、遥调、遥控等全部的远动功能，适用于光伏发电系统运行维护，具有持续对光伏发电系统内运行的光伏发电单元进行实时和历史可靠性指标分析的能力，可用于光伏发电系统可靠性的多时间尺度检测(辐照强度大于逆变器启动条件)。在获取被测光伏发电系统及其光伏发电单元的可靠性检测参数的过程中，可以十分钟作为光伏在线监控系统采样时间间隔的最大宽度；在具备硬软件条件的光伏发电系统，可采用或设置每分钟采样的光伏在线监控系统。为了提高检测结果的准确性和保证运行维护人员能够及时实现对实时监测和历史数据的调用，可使光伏在线监控系统对故障信息的记录准确性和系统实时性优选满足如下的配置要求：

[0035] 1)系统可用性；

[0036] 2)双机系统年可用率：≥99.98％；

[0037] 3)系统运行寿命：≥10年；

[0038] 4)站控层平均无故障间隔时间(MTBF)：≥20000小时；

[0039] 5)间隔层装置平均无故障间隔时间：≥30000小时；

[0040] 6)控制操作正确率：≥99.99％；

[0041] 7)测控装置模拟量测量误差；

[0042] 8)有功、无功的测量误差：≤0.5％；

[0043] 9)电流、电压的测量误差：≤0.2％；

[0044] 10)电网频率测量误差：≤0.01Hz；

[0045] 11)光伏在线监控系统实时性：a)、模拟量越死区传送时间(至站控层)≤2秒；b)、状态量变位传送时间(至站控层)≤1秒；c)、模拟量信息响应时间(从I/O输入端至站控层)≤3秒；d)、状态量信息响应时间(从I/O输入端至站控层)≤2秒；e)、人工控制命令从生成到输出的时间：≤1秒；f)、画面整幅调用响应时间：实时画面≤1秒，其它画面≤2秒，画面实时数据刷新周期≤3秒；g)、站内事件顺序记录分辨率(SOE)：光伏发电间隔层测控装置≤2毫秒；

[0046] 12)系统资源：a)、模拟量≥8000点；b)、状态量≥10000点；c)、遥控≥500点；d)、计算量≥2000点；

[0047] 13)气象监测数据采集器性能指标；

[0048] 14)连续无日照正常工作时间≥15天；

[0049] 15)数据畅通率≥95％；

[0050] 16)采集数据量存储时间≥3个月。

[0051] 在本发明一可选实施例中，以实际可利用率(PVa)作为光伏发电系统的可靠性检测参数，计入所有因为光伏发电单元自身故障造成的停机时间，且能够在多时间维度对光伏发电单元的实际运行能力进行分析，不受光伏电站投运时间或故障信息统计时间长度的影响，能够直观说明预定统计周期内各光伏发电单元运行和故障停机情况。因此，根据光伏在线监控系统的故障记录，获取在预定统计周期长度的每次检修故障修复时间Trepair、例行维护时间TL、不计入时间TN等参数，该实际可利用率可通过以下公式计算获得：

[0052]

[0053] 其中，PVavailable表示实际可利用率；T表示统计时间长度，单位为小时；TL表示统计时间长度内因光伏发电单元停电维护造成的停机时间，单位为小时；TN表示统计时间长度内因夜间停机或电网、外部电气设备故障及其它原因等造成的光伏发电单元停机时间，单位为小时；Trepair,i表示统计时间长度内光伏发电单元每次故障的修复时间，单位为小时。

[0054] 在本发明一可选实施例中，将光伏发电单元的平均无故障运行时间(MRTBF)作为光伏发电系统的可靠性检测参数，体现了光伏发电单元在规定时间内保持功能的一种能力。其中，平均无故障运行时间具体是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。根据光伏在线监控系统的故障记录，获取在统计时间长度内每台光伏发电单元的总故障次数N、可远程复位故障次数Nr、检修故障次数Nl、检修故障修复时间Tm、例行维护时间TL、不计入时间TN等参数，该平均无故障运行时间可通过以下公式计算获得：

[0055]

[0056] 其中，MRTBF表示统计时间长度内光伏发电单元的平均无故障运行时间，单位为小时；T表示统计时间长度，单位为小时；TL表示统计时间长度内因光伏发电单元停电维护造成的停机时间，单位为小时；TN表示统计时间长度内因夜间停机或电网、外部电气设备故障及其它原因等造成的光伏发电单元停机时间，单位为小时；Nr表示统计时间长度内因光伏发电单元自身原因导致的可远程复位故障次数；Nl表示统计时间长度内因光伏发电单元自身原因导致的不可远程复位故障次数。

[0057] 在本发明一可选实施例中，将平均故障修复时间(MTTR)作为光伏发电系统的可靠性检测参数。该评价故障修复时间包括确认失效发生所需的时间以及维护所需要的时间，即指系统修复一次故障所需要的时间。由于其中也包含获得配件的时间、维修团队的响应时间、还有将设备重新投入使用的时间，该指标除了反映故障的大小和易修复程度，还反映了业主的运维管理水平。该平均故障修复时间根据光伏电站例行维护记录，统计在统计时间长度内每个光伏发电单元内总修复次数N、可远程复位修复次数Nr、现场修复次数Nl、故障修复总时间Tm、每次修复时间Ti等参数，该平均故障修复时间可通过以下公式计算获得：

[0058]

[0059] 其中，MTTR表示统计时间长度内各光伏发电单元的故障平均修复时间，单位为小时；Trepair,i表示统计时间长度内各光伏发电单元每次故障的修复时间，单位为小时；Nr表示统计时间长度内因光伏发电单元自身原因导致的需现场修复次数。

[0060] 步骤42，根据预定统计周期内的可靠性检测参数的离散率对待测光伏发电系统的可靠性进行检测。

[0061] 光伏发电单元主要受到辐照度和温度两个环境因素的影响，通过对比在同一时间段、相邻区域内的不同光伏发电单元的可靠性，对不同光伏发电单元的性能做出离散率比较分析差异，能够准确的查找出单个或少部分出现性能退化或发生故障的光伏发电单元。离散率是反映测量数据离散程度的相对指标，离散率即离散系数，可由各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的标准差与平均值的比值计算获得。其中，各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的标准差通过以下公式计算获得：

[0062]

[0063] 其中，S表示各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的标准差；P1、P2、…Pn表示各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果；P表示各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果的平均值；n为自然数，表示各光伏发电单元在预定统计周期内进行可靠性检测的光伏发电单元的总数。

[0064] 基于光伏发电系统实时和历史可靠性检测结果，进而求出相应时刻点的离散率，然后对各时刻点离散率加权平均计算得出一天的离散率。离散率越小说明该光伏发电系统整体运行的一致性越好。可靠性检测结果的离散率一般在0-5％之间，如超过该范围，则需要查找引起系统离散率偏大的原因，及时排除故障，保证光伏发电系统的稳定运行。

[0065] 下面通过以实际可利用率作为可靠性检测参数的实施例对本发明提出的光伏发电系统可靠性的检测方法进行详细说明。

[0066] 实施例一

[0067] 结合图5所示，该方法首先可通过光伏在线监控系统获取待测光伏发电系统中各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测参数，当光伏在线监控系统通讯正常时，则可以认为自检完成。然后计算获得各光伏发电单元在预定统计周期内的可靠性检测结果，并计算获得各光伏发电单元的可靠性检测结果的离散率。最后判断离散率是否处于合格区间，若是则本次检测结果分析结束，若否则转入现场检修步骤。该现场检修步骤包括：寻找可靠性偏离整体运行状态的光伏发电单元，在确定异常的光伏发电单元后发出报警，根据报警对相应的光伏发电单元进行检查，排除非合理性评估结果(如负值、极大值等)，最后由运行维护人员实施现场检修，维修完成后则本次检测结果分析结束。在则本次检测结果分析结束后，可在光伏发电系统运行周期内，通过光伏在线监控系统对可靠性检测参数进行不间断检测，并将检测获得的可靠性检测参数用于下次光伏发电系统可靠性的检测。

[0068] 下面以某典型大规模地面光伏发电系统可靠性的检测过程进行说明，该光伏发电系统的光伏在线监控系统记录了全年的各光伏发单元的故障信息，以某月份日运行监测数据作为整个光伏发电系统的可靠性检测参数的数据源，得到G001-G046光伏发电单元的可靠性检测结果，结合表1所示。

[0069] 表1

[0070]

[0071]

[0072] 可以看出，在不同运行工况下，结合图6所示，处于正常运行状态的光伏发电单元的实际可利用率基本处于同一趋势，偏差较小。而因为设备故障或缺陷导致的光伏发电单元可利用率值降低，通过本实施例提出的光伏发电系统可靠性的检测方法，可以在发电性能退化初期尽早发现，及时对设备进行维护，结合表2所示。

[0073] 表2

[0074]

[0075] 可以看出，所有光伏发电单元的可靠性标准差为9.44％，超过了不需要进行进一步分析的设定值0-5％的区间，需要对可靠性出现异常的光伏发电单元进行深入分析。从各光伏发电单元的可靠性检测参数来看，实际可利用率最低的光伏发电单元仅为56.51％，46个光伏发电单元可利用率平均值为96.59％，近一半的光伏发电单元的可靠性处于亚健康或者严重状态。通过分析光伏在线监控系统的故障记录，可靠性最低的G001和G015的光伏发电单元反复发生同一故障，严重影响了发电量，需要详细分析其产生的根本原因。从该月份光伏发电系统各光伏发电单元的同一故障发生频次分析确定故障频次最高的“模块过温”和“直流接地”发生次数占了全部故障信息的90％，则可以根据该故障原因对相应的光伏发电单元进行调整或维修，从而提高整个光伏发电系统的发电效率。

[0076] 采用本发明提出的技术方案，能够实现对光伏发电系统及其发电设备的可靠性进行准确和快速的检测，分等级、分层次的规范化指导光伏发电系统的运行维护，保障光伏发电系统稳定、高效和安全运行，为大型地面光伏发电系统和分布式光伏运营商提升经济效益和建立电网友好型光伏发电系统奠定了坚实的基础。

[0077] 虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。