光伏电站多功能智能管理方法及系统

摘要

本发明涉及光伏电站管理领域，尤其是一种光伏电站多功能智能管理方法及系统，综合组件当前输出功率、环境情况、天气状况等因素，参照经验数组做初步判断，输出结果，并执行清扫任务；再结合清扫后测量数据对上次判断结果的过程数据做精确度对照，修正判断函数的修正因数，依此周而复始，系统运行精度、可靠度与日俱增；同时采用多重刷毛组合，能有效去除各类粉尘、浮灰，杜绝灰尘吸附；采用柔性驱动能有效克服组件安装不平整、相邻阵列不对齐、坡地阵列高低起伏等实施难点；采用PV取电方式，兼容交直流输入，PV组串直接分支取电，整串取电几乎不影响发电效率，降低能耗。

权利要求

1.一种光伏电站多功能智能管理方法，其特征在于：采用仿生自学习修正判别，包括以下步骤：

1)采集当前环境参数，将采集到的环境参数与由多组历史数据组成的经验数据进行比对，计算当前电量的理论值；

2)采集当前组件的输出功率参数，计算出当前电量的实际值；

3)读取已修正过或初始预存的修正因数；

4)根据当前电量的理论值和实际值二者之间的差值，判断是否需要启动清扫作业；如不需，则退出判断；如需要，则执行；

5)清扫作业执行完毕后，检测当前组件的实际输出功率；

6)检测当前环境参数，将检测到的环境参数与由多组历史数据组成的经验数据进行比对，推算当前组件的理论输出功率；

7)将清扫前后的理论值与实际值四组数据做比对，由比对的差值判断是否需要修正当前的修正因数，然后退出作业程序；

8)下一次作业程序重复步骤1)-步骤7)，并由此循环。

2.如权利要求1所述的光伏电站多功能智能管理方法，其特征在于：所述的步骤7)中，若比对的差值小于等于0.5％，则不需要修正当前的修正因数；若比对的差值大于0.5％，则根据差值计算下一检测周期所需要的修正因数。

3.如权利要求1所述的光伏电站多功能智能管理方法，其特征在于：所述的步骤8)中，下一次作业程序的修正因数为上一次作业的步骤7)最后的修正因数。

4.一种光伏电站多功能智能管理系统，其特征在于：包括数据采集模块、智能处理模块、动作机构以及通讯单元模块；所述的数据采集模块分别采集当前组件的温度、湿度、电压、电流数据以及当前环境的温度、湿度、电压、电流数据；并将采集到的数据传送至智能处理模块；所述的智能处理模块对采集到的数据信息进行处理后控制动作机构进行清扫作业；所述的通讯单元模块与现场控制室和/或远程客户端进行信息通讯；

所述的动作机构包括设置在光伏组件表面的刷体、驱动刷体在光伏组件表面运动的柔性驱动机构以及供电单元；所述的供电单元提供柔性驱动机构的工作电压；所述的刷体两端与柔性驱动机构连接；

所述的刷体包括支架以及刷毛；所述的刷毛为多重刷毛，由中粗刷毛和细纤维刷毛组成；所述的刷毛固定于支架底部；所述的支架两侧具有折边；所述折边面向刷毛的一侧设置有万向滑轮；

所述的柔性驱动机构包括驱动电机、单根传动绳索、导轮、导向托辊以及导向压辊；所述的导向压辊和导向托辊错落间隔设置在固定光伏组件的框架上；导向压辊和导向托辊均为多个滑轮并列且互不干涉的滑轮组；所述的单根传动绳索与驱动电机的输出轴相连接且形成单向闭环；单根传动绳索通过导轮、导向托辊以及导向压辊实现支撑和导向；所述的柔性驱动机构还包括计数滑轮；所述的计数滑轮紧贴于单根传动绳索；并由单根传动绳索的移动而转动从而输出计数脉冲；

所述的供电单元采用组件阵列两端取电方式；供电单元的输入端连接光伏组件的电压输出端；供电单元的输出端连接柔性驱动机构的驱动电机的输入端；所述的供电单元包括主开关管、高频变压器和驱动变压器；所述的驱动变压器控制住开关管的通断。

说明书

光伏电站多功能智能管理方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光伏电站管理领域，尤其是一种光伏电站多功能智能管理方法及系统。

背景技术

[0002] 随着光伏电站建设规模越来越大，国家光伏发电补贴政策的改变以及光伏电站智能化程度的不断提高，广大的光伏电站业主为了最大化提高投资回报率、最大化提高光伏电站高效安全运行、最大限度降低运维管理成本及人工劳动强度和安全风险，如中暑、冻伤、电击以及人工作业损坏光伏组件等，对智能光伏电站的重要组成部分，即光伏电站全生命周期内的智能化运维管理工作提出了越来越强烈的需求。

[0003] 目前，太阳能发电主要分为屋顶和大规模的地面电站，空气中的灰尘落在光伏组件表面，会导致组件接受的阳光减少；热斑损坏不易被发现；大风、积雪导致的组件倒塌，不容易被及时发现；这些都导致发电量减少，影响经济效益。

[0004] 同时，随着光伏电站由沙漠、荒漠区域向居民集中的渔光互补、农光互补、荒山、屋顶等模式推进，更需要因地制宜的提出适用于不同类型光伏电站的智能运维管理方案，比如，对于大规模的沙漠光伏电站，由于沙尘影响强烈、沙尘中不含油渍等污染物、运维管理人员不方便常年值守等，因此适合开发具有低压中速气流吹拂除尘的运维管理工具，并且需要全面实时采集处理光伏电站基本信息并使用可靠的通信网络远传，以实现无人值守。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是：提出一种基于电站数据采集及分析处理实现光伏电站多功能智能管理的方法及系统。

[0006] 本发明所采用的技术方案为：一种光伏电站多功能智能管理方法，采用仿生自学习修正判别，包括以下步骤：

[0007] 1)采集当前环境参数，将采集到的参数与由多组历史数据组成的经验数据进行比对，计算当前电量的理论值；

[0008] 2)采集当前组件的输出功率参数，计算出当前电量的实际值；

[0009] 3)读取已修正过或初始预存的预存修正因数；

[0010] 4)根据当前电量的理论值和实际值二者之间的差值，判断是否需要启动清扫作业；如不需，则退出判断；如需要，则执行；

[0011] 5)清扫作业执行完毕后，检测当前组件的实际输出功率；

[0012] 6)检测当前环境参数，将采集到的参数与由多组历史数据组成的经验数据进行比对，推算当前组件的理论输出功率；

[0013] 7)将清扫前后的理论值与实际值四组数据做比对，由比对的差值判断是否需要修正当前的修正因数，然后退出作业程序；

[0014] 8)下一次作业程序重复步骤1)-步骤7)，并由此循环。

[0015] 进一步的说，为了提高检测精度，有效保障组件的清洁度，本发明所述的步骤7)中，若比对的差值小于等于0.5％，则不需要修正当前的修正因数；若比对的差值大于0.5％，则根据差值计算下一检测周期所需要的修正因数。

[0016] 再进一步的说，本发明所述的步骤8)中，下一次作业程序的预存修正因数为上一次作业的步骤7)最后的修正因数。

[0017] 同时，本发明还提供了一种用于光伏电站多功能智能管理方法的系统，包括数据采集模块、智能处理模块、动作机构以及通讯单元模块；所述的数据采集模块分别采集当前组件以及当前环境的温度、湿度、电压以及电流数据；并将采集到的数据传送至智能处理模块；所述的智能处理模块对采集到的数据信息进行处理后控制动作机构进行清扫作业；所述的通讯单元模块与现场控制室和/或远程客户端进行信息通讯。

[0018] 进一步的说，本发明所述的动作机构包括设置在光伏组件表面的刷体、驱动刷体在光伏组件表面运动的柔性驱动机构以及供电单元；所述的供电单元提供柔性驱动机构的工作电压；所述的刷体两端与柔性驱动机构连接。

[0019] 再进一步的说，本发明所述的刷体包括支架以及刷毛；所述的刷毛为多重刷毛，由中粗刷毛和细纤维刷毛组成；所述的刷毛固定于支架底部；所述的支架两侧具有折边；所述折边面向刷毛的一侧设置有万向滑轮。

[0020] 再进一步的说，本发明所述的柔性驱动机构包括驱动电机、单根传动绳索、导轮、导向托辊以及导向压辊；所述的导向压辊和导向托辊错落间隔设置在固定光伏组件的框架上；导向压辊和导向托辊均为多个滑轮并列且互不干涉的滑轮组；所述的传动绳索与驱动电机的输出轴相连接且形成单向闭环；传动绳索通过导轮、导向托辊以及导向压辊实现支撑和导向；所述的柔性驱动机构还包括计数滑轮；所述的计数滑轮紧贴于传动绳索；并由传动绳索的移动而转动从而输出计数脉冲。

[0021] 再进一步的说，本发明所述的供电单元采用组件阵列两端取电方式；供电单元的输入端连接光伏组件的电压输出端；供电单元的输出端连接柔性驱动机构的驱动电机的输入端；所述的供电单元包括主开关管、高频变压器和驱动变压器；所述的驱动变压器控制住开关管的通断。

[0022] 本发明的有益效果是：

[0023] 1、与现有技术相比，对光伏组件故障隐患、清洁度、自然老化率等进行实时监测以及全智能、全自动清扫，达到光伏电站安全、高效、优质、智能、简便的运行管理；既降低了设备损坏率、提高了发电量，又提高了检测精度，有效保障组件清洁度，确保发电量；

[0024] 2、多重刷毛组合，模组式的搭接结构能有效去除各类粉尘、浮灰，杜绝灰尘吸附；并且可以适应多块组件现场，提高清洗效率；

[0025] 3、采用柔性驱动能有效克服组件安装不平整、相邻阵列不对齐、坡地阵列高低起伏等实施难点；

[0026] 4、采用PV取电方式，兼容交直流输入，PV组串直接分支取电，整串取电几乎不影响发电效率，降低能耗。

附图说明

[0027] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0028] 图1是本发明的系统结构框图；

[0029] 图2是本发明的使用运行状态图；

[0030] 图3是本发明刷体结构示意图；

[0031] 图4是本发明刷体结构截面图；

[0032] 图5是本发明传动绳索的绕向结构示意图；

[0033] 图6是图2中R处的局部放大图；

[0034] 图7是本发明导向托辊的结构示意图；

[0035] 图8是本发明驱动电机的驱动波形图；

[0036] 图9是本发明供电单元的电路原理图；

[0037] 图中：1、光伏组件；2、安装框架；3、刷体；4、柔性驱动机构；3-1、支架；3-2、中粗刷毛；3-3、细纤维刷毛；3-4、折边；3-5、万向滑轮；4-1、驱动电机；4-2、传动绳索；4-3、导轮；4-4、导向托辊。

具体实施方式

[0038] 现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

[0039] 如图1所示，系统包括数据采集模块、智能处理模块、动作机构、经验数据库以及通讯单元、与通讯单元模块进行信息通讯的现场控制室和/或远程客户端；数据采集模块分别采集当前组件的电压和电流数据以及当前环境的温度和湿度数据；并将采集到的数据传送至智能处理模块；智能处理模块对采集到的数据信息进行处理后控制动作机构进行清扫作业；处理方法采用仿生自学习修正判别，包括以下步骤：

[0040] 1)采集当前环境参数，将采集到的参数与由多组历史数据组成的经验数据进行比对，计算当前电量的理论值；记做A；

[0041] 2)采集当前组件的输出功率参数，计算出当前电量的实际值；记做B；

[0042] 3)读取已修正过或初始预存的预存修正因数；记做C；

[0043] 4)根据当前电量的理论值和实际值二者之间的差值，判断是否需要启动清扫作业；如不需，则退出判断；如需要，则执行；

[0044] 5)清扫作业执行完毕后，检测当前组件的实际输出功率；记做D；

[0045] 6)检测当前环境参数，将采集到的参数与由多组历史数据组成的经验数据进行比对，推算当前组件的理论输出功率；记做E；

[0046] 7)将清扫前后的理论值与实际值四组数据A、B、D、E做比对，由比对的差值判断是否需要修正当前的修正因数C，然后退出作业程序；

[0047] 8)下一次作业程序重复步骤1)-步骤7)，并由此循环。

[0048] 为了提高检测精度，有效保障组件的清洁度，步骤7)中，若比对的差值小于等于0.5％，则不需要修正当前的修正因数；若比对的差值大于0.5％，则根据差值计算下一检测周期所需要的修正因数。步骤8)中，下一次作业程序的预存修正因数为上一次作业的步骤
7)最后的修正因数。

[0049] 如图2所示，光伏组件1列式分布在安装框架2；阵列的长度与宽度根据实际需求决定；用于清扫作用的动作机构安装在光伏组件的表面，包括刷体3驱动刷体4光伏组件表面运动的柔性驱动机构以及供电单元。刷体在光伏组件表面来回运动，供电单元提供柔性驱动机构的工作电压。

[0050] 如图3所示，刷体两端与柔性驱动机构连接；刷体包括支架3-1毛为多重刷毛组合，模组式搭接；由于清扫作业为无水清扫模式(无水作业，雨天尤佳)，因此刷毛选择尤为重要。而中粗刷毛3-2和细纤维刷毛3-3组合，相得益彰，能够有效去除各类粉尘、浮灰。中粗刷毛和细纤维刷毛均为防静电材质，杜绝灰尘吸附。中粗刷毛硬度适中，经业内多家标杆企业长期实验，未见损伤组件表面。中粗刷毛为PET聚合细刷，温度范围-70-120℃，适用于室外任何温度环境；细纤维刷毛为锦纶丝线，成绒状；刷毛由铝合金成型刷边固定，简单可靠。刷体尺寸参照市售组件尺寸设计，电站现场组件排列方式多样，刷体依次积木化搭接即可适应各种场合，超长组件阵列也能拼接适用。如图4所示，刷毛固定于支架底部；支架两侧具有折边3-4；折边面向刷毛的一侧设置有万向滑轮3-5，能够增强整体平稳性能，可以应用于屋顶翻越或阵列大幅度起伏。

[0051] 柔性驱动机构包括驱动电机4-1、单根传动绳索4-2、导轮4-3、导向托辊4-4以及导向压辊；如图5所示，传动绳索只有一个单向闭环。导向压辊和导向托辊错落间隔设置在固定光伏组件的安装框架上；传动绳索通过导轮、导向托辊以及导向压辊实现支撑和导向；如图6所示，传动绳索与驱动电机的输出轴相连接；针对较长阵列，可以采用双槽驱动，对往复两根绳索分开绕向，有效克服长距离间隙带来的不稳定。驱动电机的驱动波形如图8所示。

[0052] 由于所托绳索为往返2根，走向迥异，故而导向压辊和导向托辊均为多个滑轮并列且互不干涉的滑轮组。导向压辊和导向托辊的结构相同，如图7所示。

[0053] 柔性驱动机构还包括计数滑轮；计数滑轮紧贴于传动绳索；绳索移动则滑轮转动，由此输出计数脉冲，用以记录行进距离，作为系统运行判别信号；该信号也用于判断系统动作正常与否，绳索打滑、电机堵转皆可由此判断。

[0054] 采用柔性驱动能有效克服组件安装不平整、相邻阵列不对齐、坡地阵列高低起伏等实施难点。超长阵列使用托辊、压辊做导向、支撑。有效导向可以实现起伏阵列翻越，譬如屋顶等。

[0055] 供电单元采用组件阵列两端取电方式；即PV取电方式；供电单元的输入端连接光伏组件的电压输出端；供电单元的输出端连接柔性驱动机构的驱动电机的输入端；系统取电因地制宜，兼容交直流输入，就近可以PV组串直接分支取电，整串取电几乎不影响发电效率。系统待机功耗5W，按正常700V计，电流7mA，小于组串组合损失，整组取高压直流电，对逆变器MPPT影响最小。如图9所示，供电单元包括主开关管Q1、Q3、高频变压器TR1和高压开关管驱动变压器TR2；直流高压经左上方端子输入，滤波电解由EH1-EH3三只电解电容串联构成(输入电压太高，目前没有这么高电压的电解电容，RH1-RH3为高精度电阻，确保电压均衡)。由于输入电压太高(业内已出现1500V直流系统，大功率系统成本高可以采用多电平技术，此处功率不大，出于成本考虑，仍旧采用两电平)，主开关管Q1、Q3采用两只高压管，配合驱动变压器TR2(绕组在同一个磁芯上，互感以保证同步)确保两管同时开通、关断，确保可靠性。

[0056] 以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。