一种分布式光伏发电集群智能调控系统及方法与流程

本发明涉及分布式能源，尤其涉及一种分布式光伏发电集群智能调控系统及方法。

背景技术：

1、分布式光伏发电集群是指将多个光伏发电系统进行集成和联网，通过分布式发电的方式将太阳能转化为电能，这种集群包括屋顶光伏发电系统、地面光伏电站等多种形式，通过集群化的方式，可以实现光伏发电系统之间的协同工作，提高整体发电效率，减少能源损耗，并且可以更好地应对电网波动和需求变化；

2、现有技术中，对分布式光伏发电集群进行调控时，存在以下缺陷：对发电集群的需求量和供给量无法获取实时的具体数值，调控缺乏针对性，导致电能资源利用效率低下；对发电集群中出现故障的太阳能发电板难以进行实时监测，对故障太阳能发电板的面积数值难以实时准确获取；难以根据故障太阳能发电板的面积数值来对光伏发电集群进行供需判断，对光伏发电集群的发电功率无法进行精准调控；

3、为此，我们提出分布式光伏发电集群智能调控系统。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种分布式光伏发电集群智能调控系统，本发明提供分布式光伏发电集群智能调控系统，为了实现上述目的，本发明基于获取调控基础数据，对调控基础数据进行分析，得到用电需求量、理论发电供给量和实时故障数据，并将用电需求量、理论发电供给量和实时故障数据定义为调控分析数据，对调控分析数据进行处理，得到供需平衡参考数值，根据供需平衡参考数值对光伏发电集群进行智能调控。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，种分布式光伏发电集群智能调控系统，包括，数据获取模块，分别获取需求基础数据、供给基础数据和故障基础数据，综合得到调控基础数据。

4、数据分析模块，对调控基础数据进行分析，得到用电需求量、理论发电供给量和实时故障数据，并将用电需求量、理论发电供给量和实时故障数据定义为调控分析数据。

5、数据处理模块，对调控分析数据进行处理，得到供需平衡参考数值。

6、智能调控模块，根据供需平衡参考数值对光伏发电集群进行智能调控。

7、作为本发明所述的一种分布式光伏发电集群智能调控系统的一种优选方案，其中：所述数据获取模块包括数据库中存储的数据包括光伏发电集群对应供电区域的用电单位数量和发电集群对应发电板面积数值。

8、数据获取模块包括需求单元、供给单元和故障单元。

9、所述需求单元获取需求基础数据，通过数据库获取光伏发电集群对应供电区域的用电单位数量，发电集群对应发电板面积数值，选取m个用电单位作为样本用电单位，通过智能电表分别获取样本用电单位日基准用电量，基于样本用电单位日基准用电量计算得到用电单位平均日基准用电量：

10、

11、其中，jp为用电单位平均日基准用电量，j1、j2、j3……jm分别为m个样本用电单位日基准用电量。

12、选取n个特征时间点，通过天气预报分别获取n个特征时间点的温度数值，将n个特征时间点的温度数值通过平均温度计算公式计算得到日平均温度数值：

13、

14、其中，t1、t2、t3……tn分别为n个特征时间点的温度数值，tp为日平均温度数值，n大于0。

15、将用电单位平均日基准用电量、用电单位数量以及日平均温度数值定义为需求基础数据。

16、所述供给单元获取供给基础数据，通过数据库获取发电集群发电板面积数值，在光伏发电集群随机选取p块太阳能发电板作为特征太阳板发电板，通过电功传感器分别获取特征太阳板发电板的实时发电功率，通过面积测量仪分别对特征太阳板发电板的面积数值进行获取，将特征太阳能发电板的实时发电功率和特征太阳板发电板的面积数值通过单位面积发电功率计算公式计算得到太阳能发电板的单位面积平均发电功率数值：

17、

18、其中，w1、w2、w3……wp分别为特征太阳能发电板的实时发电功率，s1、s2、s3……sn分别为特征太阳板发电板的面积数值，p为选取的特征太阳能发电板的数量数值且p大于0。

19、分别获取特征太阳板发电板的单日发电时长数值，将特征太阳板发电板的单日发电时长数值进行计算得到太阳能发电板当日平均发电时长数值：

20、

21、其中，scj为太阳能发电板当日平均发电时长数值，sc1、sc2、sc3……scp分别为特征太阳能发电板的单日发电时长数值，p为选取的特征太阳能发电板的数量数值且p大于0。

22、将发电集群发电板面积数值、太阳能发电板的单位面积平均发电功率数值和太阳能发电板当日平均发电时长数值定义为供给基础数据。

23、所述故障单元获取故障基础数据，通过电压传感器分别对光伏发电集群的每一块太阳能发电板的开路电压数值进行实时获取，通过电流传感器分别对光伏发电集群的每一块太阳能发电板的短路电流数值进行实时获取，通过温度传感器分别对光伏发电集群的每一块太阳能发电板的表面实时温度数值进行获取，将每一块太阳能发电板的开路电压数值、短路电流数值以及表面实时温度数值定义为故障基础数据。

24、将需求基础数据、供给基础数据以及故障基础数据定义为调控基础数据，数据获取模块对调控基础数据进行获取。

25、作为本发明所述的一种分布式光伏发电集群智能调控系统的一种优选方案，其中：所述数据分析模块包括对调控基础数据进行分析，得到调控分析数据，数据分析模块包括需求分析单元、供给分析单元和故障分析单元。

26、数据库中存储的数据还包括太阳能发电板的开路基准电压数值、短路基准电流数值以及表面基准温度数值，太阳能发电板的开路电压故障误差数值、短路电流故障误差数值以及表面温度故障误差数值。

27、所述需求分析单元对需求基础数据进行分析，根据需求基础数据获取用电单位平均日基准用电量、用电单位数量和日平均温度数值，将用电单位平均日基准用电量、用电单位数量和日平均温度数值通过用电需求量计算公式计算得到用电需求量：

28、xd＝jp*ds*1+|tp-25|

29、其中，xd为用电需求量，jp为用电单位平均日基准用电量，ds为用电单位数量，tp为日平均温度数值。

30、所述供给分析单元对供给基础数据进行分析，根据供给基础数据获取发电集群发电板面积数值、太阳能发电板的单位面积平均发电功率数值和太阳能发电板当日平均发电时长数值，将发电集群发电板面积数值、太阳能发电板的单位面积平均发电功率数值和太阳能发电板当日平均发电时长数值计算得到理论发电供给量：

31、fd＝mj*dw*scj

32、其中，fd为理论发电供给量，mj为发电集群发电板面积数据、dw为太阳能发电板的单位面积平均发电功率数值，scj为太阳能发电板当日平均发电时长数值。

33、故障分析单元对故障基础数据进行分析，得到实时故障数据。

34、将用电需求量、理论发电供给量和实时故障数据定义为调控分析数据，数据分析模块对调控分析数据进行获取。

35、作为本发明所述的一种分布式光伏发电集群智能调控系统的一种优选方案，其中：所述故障分析单元对故障基础数据进行分析包括根据故障基础数据获取每一块太阳能发电板的开路电压数值、短路电流数值以及表面实时温度数值。

36、根据数据库获取太阳能发电板的开路基准电压数值、短路基准电流数值以及表面基准温度数值。

37、将太阳能发电板的开路电压数值、短路电流数值、表面实时温度数值、太阳能发电板的开路基准电压数值、短路基准电流数值以及表面基准温度数值进行计算得到太阳能发电板故障判断参考数值：

38、tp＝|vk-vkj|*|id-idj|+|bw-bwj|*a1

39、其中，tp为太阳能发电板故障判断参考数值，vk为开路电压数值，id为短路电流数值，bw为表面实时温度数值，vkj为开路基准电压数值、idj为短路基准电流数值，bwj为表面基准温度数值，a1为设定的比例系数且a1大于0；

40、通过数据库分别获取太阳能发电板的开路电压故障误差数值、短路电流故障误差数值以及表面温度故障误差数值并进行计算得到太阳能发电板故障判断参考阈值，对太阳能发电板进行故障判断：

41、tp1＝vk1*id1+bw1*a1

42、其中，tp1为太阳能发电板故障判断参考阈值，vk1为开路电压故障误差数值、id1为短路电流故障误差数值，bw1为表面温度故障误差数值，a1为设定的比例系数且a1大于0。

43、当tp≥tp1时，判断太阳能发电板为故障太阳能发电板。

44、当tp1＞tp时，判断太阳能发电板为正常太阳能发电板。

45、对正常太阳能发电板进行实时面积统计，得到故障太阳能发电板实时面积数值。

46、将故障太阳能发电板实时面积数值定义为实时故障数据。

47、作为本发明所述的一种分布式光伏发电集群智能调控系统的一种优选方案，其中：所述数据处理模块包括对调控分析数据进行处理，得到供需调控数据，数据处理模块根据调控分析数据获取用电需求量、理论发电供给量和实时故障数据。

48、数据处理模块包括供给处理单元和供需平衡单元。

49、所述供给处理单元获取实际发电供给量，根据调控分析数据获取理论发电供给量，根据实时故障数据获取故障太阳能发电板实时面积数值，根据调控基础数据获取太阳能发电板的单位面积平均发电功率数值和太阳能发电板当日平均发电时长数值。

50、将理论发电供给量、故障太阳能发电板实时面积数值、太阳能发电板的单位面积平均发电功率数值以及太阳能发电板当日平均发电时长数值通过实际发电供给量计算公式计算得到实际发电供给量：

51、sg＝fd-(gb*dw*scj)

52、其中，sg为实际发电供给量，fd为理论发电供给量，dw为太阳能发电板的单位面积平均发电功率数值，scj为太阳能发电板当日平均发电时长数值，gb为故障太阳能发电板实时面积数值。

53、所述供需平衡单元获取供需平衡参考数值，分别获取实际发电供给量和用电需求量，将实际发电供给量和用电需求量获取供需平衡参考数值通过供需平衡参考数值计算公式计算得到供需平衡参考数值：

54、

55、其中，ph为供需平衡参考数值，xd为用电需求量，sg为实际发电供给量。

56、数据处理模块对供需平衡参考数值进行获取，并将供需平衡参考数值输送至智能调控模块。

57、作为本发明所述的一种分布式光伏发电集群智能调控系统的一种优选方案，其中：所述智能调控模块包括当供需平衡参考数值ph大于1时，此时用电需求量大于实际发电供给量，设定为第一调控区间。

58、当供需平衡参考数值ph等于1时，此时用电需求量等于实际发电供给量，设定为第二调控区间。

59、当供需平衡参考数值ph小于1时，此时用电需求量小于实际发电供给量，设定为第三调控区间。

60、针对第一调控区间，切换到高效工作模式，光伏发电集群通过协同控制系统提高光伏发电集群发电功率，并将存储的电能对用电单位进行临时供给，增大光伏电池板的倾角，增大接收太阳辐射，提高光伏电池的发电效率，通过最大功率点跟踪算法优化光伏电池的工作点，提高单工作点发电功率。

61、针对第二调控区间，光伏发电集群通过协同控制系统保持光伏发电集群的当前发电功率。

62、针对第三调控区间，切换到低功耗工作模式，光伏发电集群通过协同控制系统降低光伏发电集群发电功率，并将过剩的电能进行存储，减少光伏电池板的倾角，减少太阳辐射接收面积，降低发电功率。

63、本发明的另一个目的是提供一种分布式光伏发电集群智能调控方法，通过智能化的管理和调控，提高光伏发电系统的整体性能和经济效益。具体来说，它旨在通过实时监测和分析光伏电池板的运行状态和环境条件，调整光伏电池板的工作点至最大功率点，以最大化每块电池板的发电功率。同时，系统根据实时需求和发电能力，自动调整光伏发电集群的输出，确保供需平衡，减少能源浪费。此外，通过对故障数据的实时监控和分析，智能调控系统能够及时发现并处理潜在问题，减少系统故障和停机时间，使分布式光伏发电系统更加高效、稳定、可靠，并能够在不同的环境和需求条件下自动调整，以实现最佳的发电效果和经济效益，同时促进可持续发展。

64、作为本发明所述的一种分布式光伏发电集群智能调控系统的方法，其特征在于：获取调控基础数据。

65、对调控基础数据进行分析，得到调控分析数据。

66、对调控分析数据进行处理，得到供需平衡参考数值。

67、根据供需平衡参考数值对光伏发电集群进行智能调控，通过最大功率点跟踪算法优化光伏电池的工作点。

68、作为本发明所述的一种分布式光伏发电集群智能调控方法的一种优选方案，其中：所述最大功率点跟踪算法包括优化光伏电池的工作点，具体模型为：

69、

70、其中，popt是光伏电池板在最大功率点跟踪算法优化后的最优发电功率，θmin和θmax分别是电池板倾角的最小值和最大值，isc是电池板的短路电流，ipgc是光生电流，pmpp(θ)是在倾角为θ时的最大功率点功率，n是光伏电池板的总数量，pmpp,i(θ)是第i块电池板在倾角为θ时的最大功率点功率。

71、当popt接近于pmpp(θ)的最大值时，表示光伏电池板在最大功率点跟踪算法优化后，达到了最优发电状态；当popt接近于0时，表示光伏电池板发电效率极低，因为电池板倾角设置不当，考虑到电池板倾角和方位角对发电效率的影响，计算电池板倾斜角的合适角度：

72、

73、考虑最大功率点跟踪算法mppt算法对发电效率的影响，表示mppt算法的输出功率：

74、

75、ppv(t)＝ipv(t)×vpv(t)

76、优化后计算电池板倾斜角的合适角度：

77、ppv,opt(t)＝fmppt(ipv(t)×vpv(t))

78、

79、其中，ipv(t)表示光伏电池板在时间t时的电流，vpv(t)光伏电池板在时间t时的电压，ppv(t)表示光伏电池板在时间t时的功率，αopt表示光伏电池板与地面的倾角，β表示光伏电池板的方位角，θ(t)表示太阳的高度角，表示太阳的方位角，g(t)表示太阳辐射强度，fmppt(ppv)表示最大功率点跟踪算法的输出功率，ppv,max是光伏电池板的最大功率点功率。

80、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种分布式光伏发电集群智能调控系统的步骤。

81、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现一种分布式光伏发电集群智能调控系统的步骤。

82、本发明的有益效果：本发明对故障太阳能发电板的面积数值实时准确获取，实现对发电集群中的太阳能发电板进行实时故障监测；本发明根据故障太阳能发电板的面积数值来对光伏发电集群进行供需判断，对光伏发电集群的发电功率进行精准调控。