一种光伏发电系统评估方法及装置

技术领域

本公开涉及综合能源利用技术领域，更具体地，涉及一种光伏发电系统评估方法及装置。

背景技术

近年来，随着人们对能源需求量的增加，能源的供需矛盾日益突出。由于化石能源越来越紧缺，人们对能源危机和气候危机的认识也越来越清晰，全球范围内以能源结构改革和新能源高效利用为中心的综合能源系统(Integrated Energy System，IES)发展已经成为世界能源研发的必然要求。

基于能源互联网技术的综合能源系统是一个集电力、天然气、热网等不同能源部门为一体的系统，由于其广泛的适用性和建设的灵活性，受到了越来越多的关注。光伏能源因其清洁无碳的特点，在电力供应中存在明显的碳中和的优势，但光伏发电系统其损失也是很明显的，相比于火电、水电以及风电，其有明显的损耗，而现有技术中缺乏一种能够对光伏发电系统进行评估的统一的方法。

发明内容

本公开提供了一种光伏发电系统评估方法及装置，以解决现有技术中存在的上述问题。

本公开需要一种光伏发电系统评估方法及装置。该光伏发电系统评估方法包括贴合于光伏发电系统的使用环境以及自身损耗来实现对光伏发电系统的综合评估，从而能够对光伏发电系统的发电量进行估计，并为光伏发电系统提供设计参考。

根据本公开的第一方面，提供了一种光伏发电系统评估方法，包括：根据目标装机容量确定光伏发电系统需要配置的光伏方阵的数量；对各光伏方阵，分别确定该光伏方阵在预设光照条件下的第一效率；确定光伏发电系统向外供电的第二效率；以及根据设计年限，确定所述光伏发电系统的第三效率，所述第三效率是根据单个光伏组件的衰减率来确定的；根据所述第一效率、所述第二效率和第三效率确定所述光伏发电系统的在设计年限内的估算发电量。

根据本公开的第二方面，提供了一种光伏发电系统评估装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器被配置为执行存储器中存储的一个或者多个计算机程序实现本公开各实施例所述的光伏发电系统评估方法的步骤。

利用根据本公开各个实施例的该光伏发电系统评估方法包括贴合于光伏发电系统的使用环境以及自身损耗来实现对光伏发电系统的综合评估，从而能够对光伏发电系统的发电量进行估计，并为光伏发电系统提供设计参考。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1示出根据本公开的光伏发电系统评估方法的基本流程示意图；

图2示出根据本公开的光伏发电系统的电气原理图；

图3示出根据本公开的光伏发电系统评估方法的检测遮挡的流程示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面将结合附图详细说明根据本公开实施例的用于园区的综合能源系统及其调控方法。

图1示出了本公开的一种光伏发电系统评估方法的基本流程图，本公开的光伏发电系统评估方法始于步骤S101、根据目标装机容量确定光伏发电系统需要配置的光伏方阵的数量。例如建设460MW的光伏发电站，则光伏电站可以配置150个3.15MW光伏方阵。对各光伏方阵，在步骤S102中分别确定该光伏方阵在预设光照条件下的第一效率。本示例中，预设光照条件可以根据评估周期的粒度来确定，例如可以设定为按照季节来确定对应季节下的光照条件，也可以按照年进行平均来确定，具体在此不一一限定。在步骤S103中确定光伏发电系统向外供电的第二效率。本示例中还进一步考虑了光伏发电系统自身向外供电的效率，从而能够评估获得一个可靠的评估数据。在步骤S103中还需要根据设计年限，确定所述光伏发电系统的第三效率，所述第三效率是根据单个光伏组件的衰减率来确定的。本示例中进一步考虑了在运行年限中单个光伏组件的衰减率，从而能够让评估确定的值更具有参考意义。最后可以在步骤S104中根据所述第一效率、所述第二效率和第三效率确定所述光伏发电系统的在设计年限内的估算发电量。通过这种评估方法能够贴合于光伏发电系统的使用环境以及自身损耗来实现对光伏发电系统的综合评估，从而能够对光伏发电系统的发电量进行估计，并为光伏发电系统提供设计参考。

在一些实施例中，根据目标装机容量确定光伏发电系统需要配置的光伏方阵的数量之前，所述光伏发电系统评估方法还包括：

根据与光伏方阵连接的逆变器的最大允许输入电压、最大功率点跟踪电压限值、光伏方阵的光伏组件的温度系数、单体光伏组件的容量以及光伏组件的工作电压，确定串联或者并联的光伏组件的数量。示例性的，以配置150个3.15MW光伏方阵为例进行举例说明，如图2所示，形成的各光伏回路201需要连接在逆变器202上然后汇接到升压变压器的400V低压侧。例如采用535Wp的光伏组件来组成目标的3.15MW的光伏方阵203，需要确认各光伏回路201串联、并联的光伏组件数量。为保证系统安全可靠运行，可以根据建设地的气象资料，光伏系统在-20℃～60℃的情况下应正常工作。(条件：辐照强度1000W/m2、冬季白天最低组件工作温度-17℃，最高温度为60℃)。由此本公开实施例中串联或者并联的光伏组件的数量满足如下公式(1)-公式(2)：

式中：N表示光伏组件串联数(N取整)；K

N≤25.7公式(1)

9.96≤N≤29.47 公式(2)

根据以上计算结果，3.15MW的方阵的光伏组件串的串联数可以取24，每个组串的容量则为535Wp×24＝12.84kW。

并网逆变器的最大直流输入功率为225kW，据此确定组件并联数为18，即每24块光伏组件串联成1路，每18路并联后接入1台225kW组串式逆变器，每个3.15MW光伏方阵共配置14台225kW组串式逆变器。

在一些实施例中，确定该光伏方阵在预设光照条件下的第一效率包括：考虑温度、组件的匹配关系、遮挡以及干扰项来确定该光伏方阵在预设光照条件下的第一效率；其中所述第一效率，随着温度超过设定的温度阈值越多效率越低，随着组件匹配程度变差而降低，随着遮挡的增加而效率越低。本示例中可以首先确定出建设地的光照条件，例如建设地的年水平面辐射量为1412kWh/m2。在项目运行时，光伏方阵按照经验角度来进行安装，从而能够获得最大的辐射量，例如光伏方阵采取34°倾角发电，此时倾斜面年辐射量为1595kWh/m2。在实际估算中，可以通过计算光伏方阵在1000W/m2太阳辐射强度下，实际的直流输出功率与标称功率之比来确定光伏方阵效率，基于此可以加快计算速度，同时能够快速获得其他光照条件的方阵效率。本申请还考虑了温度、组件的匹配关系、遮挡以及干扰对光伏方阵效率的影响，从而更加贴合于实际投运后的环境。

在一些实施例中，所述遮挡包括灰尘，如图3所示，通过如下过程检测遮挡：在步骤S301中获取预设照明条件下的多个光伏组件的图像信息。本示例中可以在模拟环境下的固定位置设置一相机，用来拍摄目标范围内的光伏组件的图像信息，拍摄完成后切换角度拍摄另一组，如此，可以存储照片的过程中进行编号，例如可以获取拍摄时间的水印信息，并取图像范围内的横向排列或纵向排列的预设数量的光伏组件进行顺序编号，例如，选取图像中的五列(中间列和相邻的四列)，按照顺序对光伏组件进行编号。在角度偏转后，排出掉已经编号完成的光伏组件，即可实现对所有光伏组件的覆盖。也可以获取光伏组件自身的编号从而便于区分，例如光伏组件表面本身自带有编号，可以根据其自身的编号，与当前的拍照时间进行组合，来确定各光伏组件的图像信息的编号顺序，通过这种编号方式能够在完整覆盖所有的光伏组件的同时，还可以参考拍照时间来确定模拟的当前的天气状况，从而为后续的评估提供参考。对于边缘的无法清晰则可以舍去，在后续拍照中将在先被舍去的光伏组件重新拍清晰，保证所有的试验的光伏组件至少有一张清晰的图像。本步骤可以在模拟的建设地的使用环境下预先进行加速试验获得。对于投运后的环境中，也可以通过布设照相机的方式来定期进行图像的获取，从而在对应的图像采集时间节点来进行估算，来修正光伏发电系统的预期的发电量。

在步骤S302中基于所述图像信息与预先存储的无遮挡的光伏组件的图像信息进行对比。例如可以基于光伏组件的图像信息提取出单个的光伏组件的子图像，来与预先存储的无遮挡的光伏组件的图像信息进行对比。在S303中根据图像对比的结果确定各光伏组件是否被遮挡。由此可以确定出光伏组件的遮挡情况，在确定光伏组件被遮挡的情况下，基于该光伏组件的编号进行告警。

步骤S302基于所述图像信息与预先存储的无遮挡的光伏组件的图像信息进行对比具体可以采用如下的方式进行：

步骤S3021从所述图像信息中提取各个光伏组件的子图像。在光伏组件具备自身编号的情况下，可以基于该编号进行对应的存储。

步骤S3022对各子图像，在预设图像参数下转换成二值图像，其中所述预设图像参数至少包括如下中的一种：亮度，对比度以及色彩饱和度。例如可以在与存储的无遮挡的光伏组件的图像信息对应的亮度下，将子图像转换为二值图像，通过这种方式能够避免实际投运后一些情况下，云层遮挡对采集的图像的影响。本示例中二值图像并非灰度图像，是严格的黑白图像，具体可以对子图像进行去色，并通过与去色的子图像反相、叠加的方式来确定出所需的二值图像，通过这种方式能够进一步避免因环境问题引起的干扰。将无遮挡的光伏组件的图像信息对应的二值图像与该子图像的二值图像进行对比来检测该光伏组件是否被遮挡。具体的判定方式可以以无遮挡的光伏组件的图像信息的二值图像为参照，进行图像特征提取和对比，最终确定出两者的重合度，在重合度高于阈值的情况下，可以确定不存在遮挡。

确定该光伏方阵在预设光照条件下的第一效率还包括：将低于预设辐射阈值的太阳辐射计入辐射损失来确定该光伏方阵在预设光照条件下的第一效率。考虑到低于预设辐射阈值的太阳辐射无法达到光伏发电的需求，因此可以将这部分辐射计入损失来确定该方阵的第一效率。

在一些实施例中，确定光伏发电系统向外供电的第二效率包括：

根据直流输电效率和交流并网效率确定光伏发电系统向外供电的第二效率。其中直流输电效率是根据直流网络损失和逆变器损失确定的，所述交流并网效率是根据升压变压器的效率和交流电气连接的线路损耗来确定的。直流系统可以包括直流电缆、汇流箱、直流防雷配电柜、逆变器等。直流系统损失可以包括直流网络损失和逆变器损失，网络损失则包含前述的设备损失。

所述组件的匹配关系是根据预设系统折减效率来确定的。这个可以根据经验值确定，也可以设置试验环境获得，例如经验值可以设定为85％。

在一些实施例中，根据设计年限，确定所述光伏发电系统的第三效率包括：在所述设计年限内，基于光伏组件的年衰减量来确定所述光伏发电系统的第三效率，且在所述设计年限内所述光伏发电系统的总衰减率不低于预设百分比阈值。例如以设计年限为25年为例，随着运营年限的增加，由于站内元器件设备老化导致系统效率降低，损耗加大，最终致使电站发电量减少。光伏组件第一年衰减率不大于2.5％，10年衰减率不大于7％，全生命周期的衰减率不低于84.8％。

最终可以据此估算出光伏电站的发电量的估计值，例如建设的460MW的光伏发电系统25年年均预估的发电量约582403.132MWh，25年总发电量约14560077.36MWh，25年年均等效利用小时数为1239.2h，其中首年等效利用小时数为1328.6h。在实际投运后，可以根据实际的投运情况按照本申请的方法进行修正，从而实现发电量的估计，例如在混合建设的发电系统中，可以确定出如火电风电等的设计容量等，从而为综合能源站的建设提供有价值的参考。在一些情况下，还可以在光伏电站投运后，通过本公开的评估方法来修正光伏发电系统的估计的发电量。

本公开还提出一种光伏发电系统评估装置，包括处理器和存储器，所述处理器被配置为执行存储器中存储的一个或者多个计算机程序实现本公开各实施例所述的光伏发电系统评估方法的步骤。存储器可以存储软件组件，例如，操作系统、通信模块、交互模块和应用程序。上述的每个模块和应用程序都对应于完成一个或多个功能和在发明实施例中描述的方法的一组可执行程序指令。

在一些实施例中，所述光伏发电系统评估装置可以处于某处，散布于多处，也可以是分布式的，例如设置于云端，本公开实施例对此不作限制。

上述根据本公开实施例的方法、系统和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应理解，流程图和/或框图的每个块以及流程图图例和/或框图中的块的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供至通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器，以产生机器，使得(经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的)指令创建用于实现流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的装置。

同时，如本领域技术人员将意识到的，本公开实施例的各个方面可以被实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开实施例的各个方面可以采取如下形式：完全硬件实施方式、完全软件实施方式(包括固件、常驻软件、微代码等)或者在本文中通常可以都称为“电路”、“模块”或“系统”的将软件方面与硬件方面相结合的实施方式。此外，本公开的方面可以采取如下形式：在一个或多个计算机可读介质中实现的计算机程序产品，计算机可读介质具有在其上实现的计算机可读程序代码。

可以利用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是如(但不限于)电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、设备或装置，或者前述的任意适当的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷尽列举)将包括以下各项：具有一根或多根电线的电气连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置或前述的任意适当的组合。在本公开实施例的上下文中，计算机可读存储介质可以为能够包含或存储由指令执行系统、设备或装置使用的程序或结合指令执行系统、设备或装置使用的程序的任意有形介质。

计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号，该传播的数据信号具有在其中如在基带中或作为载波的一部分实现的计算机可读程序代码。这样的传播的信号可以采用多种形式中的任何形式，包括但不限于：电磁的、光学的或其任何适当的组合。计算机可读信号介质可以是以下任意计算机可读介质：不是计算机可读存储介质，并且可以对由指令执行系统、设备或装置使用的或结合指令执行系统、设备或装置使用的程序进行通信、传播或传输。

可以使用包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等或前述的任意适当组合的任意合适的介质来传送实现在计算机可读介质上的程序代码。

用于执行针对本公开各方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任意组合来编写，编程语言包括：面向对象的编程语言如Java、Smalltalk、C++、PHP、Python等；以及常规过程编程语言如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以作为独立软件包完全地在用户计算机上、部分地在用户计算机上执行；部分地在用户计算机上且部分地在远程计算机上执行；或者完全地在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，可以将远程计算机通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN)的任意类型的网络连接至用户计算机，或者可以与外部计算机进行连接(例如通过使用因特网服务供应商的因特网)。

还可以将这些计算机程序指令存储在可以指导计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置以特定方式运行的计算机可读介质中，使得在计算机可读介质中存储的指令产生包括实现在流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的指令的制品。

计算机程序指令还可以被加载至计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上，以使在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行一系列可操作步骤来产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的过程。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。