一種基于特征聚類分析的光伏電站運(yùn)行狀態(tài)劃分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于特征聚類分析的光伏電站運(yùn)行狀態(tài)劃分方法，屬于光伏發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏發(fā)電作為清潔能源的一種，在世界范圍內(nèi)都受到了廣泛的重視，我國(guó)大型地 面光伏電站，分布式屋頂光伏電站已經(jīng)越來(lái)越多，但是光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)，合適的運(yùn)維時(shí) 間，成了光伏電站提高發(fā)電量亟需解決的重要問(wèn)題。
[0003] 不同的時(shí)間、環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)都會(huì)對(duì)光伏電站的運(yùn)行狀況產(chǎn)生影響，因此光伏電站 呈現(xiàn)出不同的運(yùn)行狀態(tài)。申請(qǐng)?zhí)枮?01410618987. 3的專利，提出一種光伏電站運(yùn)行特性的 評(píng)估方法，其中涉及光伏電站發(fā)電量、光伏電站能量消耗分析、光伏電站系統(tǒng)效率分析、光 伏電站等效發(fā)電時(shí)間以及光伏電站健康經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間系數(shù)等重要指標(biāo)，并利用反熵權(quán)的方 法量化評(píng)估結(jié)果，可為光伏電站運(yùn)營(yíng)商提供技術(shù)支撐，該方法的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于可量化評(píng) 估結(jié)果，但是根據(jù)量化結(jié)果僅可提供優(yōu)越、良好、一般、較差這類宏觀判斷結(jié)果，而無(wú)法反映 光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于特征聚類分析的光伏電站運(yùn)行狀態(tài)劃分方法，以實(shí) 現(xiàn)對(duì)光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的劃分。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的提供了一種基于特征聚類分析的光伏電站運(yùn)行狀態(tài)劃分 方法，該劃分方法包括以下步驟：
[0006] 1)提取表征光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的特征量作為樣本數(shù)據(jù)，所選取的特征量包括方陣 轉(zhuǎn)換效率、逆變轉(zhuǎn)換效率、PV方陣日等價(jià)發(fā)電時(shí)間和PV系統(tǒng)日等價(jià)發(fā)電時(shí)間；
[0007] 2)采用聚類分析算法對(duì)步驟1)所得到的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電 站運(yùn)行狀態(tài)的劃分。
[0008] 所述步驟2)中采用的特征聚類分析過(guò)程如下：
[0009] A.根據(jù)光伏電站運(yùn)行特點(diǎn)確定光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的個(gè)數(shù)k，以該個(gè)數(shù)作為樣本數(shù) 據(jù)的聚類個(gè)數(shù)；
[0010] B.從步驟1)的樣本數(shù)據(jù)中隨機(jī)選擇k個(gè)初始數(shù)據(jù)對(duì)象點(diǎn)作為初始聚類中心；
[0011] C.計(jì)算樣本數(shù)據(jù)中其余各個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象到k個(gè)初始聚類中心的距離，并將各數(shù)據(jù)對(duì) 象劃歸到距離其最近的那個(gè)初始聚類中心所在的聚類；
[0012] D.計(jì)算出各個(gè)初始聚類的中心位置，以該位置作為聚類中心重新聚類，直至得到 聚類中心不再變化，且平均誤差準(zhǔn)則函數(shù)呈現(xiàn)收斂狀態(tài)，以該聚類中心得到聚類結(jié)果作為 光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的分類結(jié)果。
[0013] 所述步驟C中的距離計(jì)算采用歐式距離。
[0014] 所述步驟D得到的聚類結(jié)果將光伏電站運(yùn)行狀態(tài)劃分為4種運(yùn)行模式，即健康運(yùn) 行模式、方陣效率下降運(yùn)行模式、逆變效率下降運(yùn)行模式、低輻照度運(yùn)行模式。
[0015] 所述方陣平均效率為PV方陣的平均能量轉(zhuǎn)換效率，即PV方陣輸出到PV系統(tǒng)的能 量與入射到PV方陣內(nèi)的能量之比，
[0016] rI Amean= E J (AXHt)
[0017] Ea= Σ day (PinX Tr)
[0018] n Amean為所求的方陣平均效率；EA τ時(shí)段內(nèi)PV方陣的輸出能量，單位為kW _ h ; A為PV方陣的有效面積，單位為m2;H τ時(shí)段PV方陣傾斜面輻射量，單位為kW _ h/m 2; 符號(hào)Sday表示按日的求和；PinX τ彥示記錄間隔內(nèi)PV方陣中電池組件輸出的直流電量， Pin為監(jiān)測(cè)到的逆變器參數(shù)中的PV輸入功率。
[0019] 所述的逆變器轉(zhuǎn)換效率η INV表示逆變器將直流電量轉(zhuǎn)換為交流電量的轉(zhuǎn)換效率， 為逆變器輸出側(cè)功率與輸入側(cè)功率之比，
[0020] rI iNv - P 輸出 /P輸入
[0021] Pfsa基于逆變器的交流輸出功率計(jì)算，等于監(jiān)測(cè)到的逆變器參數(shù)中的有功功率，單 位為kw ;Ρ?|5λ基于逆變器的直流輸入功率計(jì)算，等于監(jiān)測(cè)到的逆變器參數(shù)中的PV輸入功率， 單位為kw。
[0022] 所述的PV方陣日等價(jià)發(fā)電時(shí)間Ya表示監(jiān)測(cè)到的PV方陣每日每kW方陣提供給PV 系統(tǒng)的能量，相當(dāng)于PV方陣以額定輸出功率Ptl運(yùn)行需要工作的小時(shí)數(shù)，
[0023] Ya= E A/P〇
[0024] 其中EaS PV方陣產(chǎn)出能量，單位為kW · h。P ^表示PV系統(tǒng)峰瓦功率，為各電池組 件峰瓦功率之和，即每個(gè)電池組件按額定功率運(yùn)行時(shí)PV系統(tǒng)的總功率，單位為kW。
[0025] 所述的PV系統(tǒng)日等價(jià)發(fā)電時(shí)表示監(jiān)測(cè)到的PV系統(tǒng)每日每kW方陣提供給變電站 輸入側(cè)的能量，相當(dāng)于PV系統(tǒng)以額定輸出功率P tl需要工作的小時(shí)數(shù)，
[0026] Yf= E AC/P〇
[0027] 其中Eac為PV系統(tǒng)輸出總能量，單位為kW _ h ;P ^表示PV系統(tǒng)峰瓦功率，為各電池 組件峰瓦功率之和，即每個(gè)電池組件按額定功率運(yùn)行時(shí)PV系統(tǒng)的總功率，單位為kW。
[0028] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明首先提取表征光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的特征量作為樣本 數(shù)據(jù)，包括方陣轉(zhuǎn)換效率、逆變轉(zhuǎn)換效率、PV方陣日等價(jià)發(fā)電時(shí)間和PV系統(tǒng)日等價(jià)發(fā)電時(shí) 間；然后采用聚類分析算法對(duì)得到的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的 劃分。本發(fā)明采用K-means算法對(duì)光伏電站的特征量進(jìn)行聚類分析，聚類結(jié)果表征了光伏 電站運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)得到運(yùn)行狀態(tài)可進(jìn)一步縮小光伏電站運(yùn)維范圍，縮短運(yùn)維時(shí)間，進(jìn)一步 保障光伏電站發(fā)電收益。為光伏電站運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估提供科學(xué)指導(dǎo)，促進(jìn)了光伏電站運(yùn)行維 護(hù)的發(fā)展。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是本發(fā)明所采用聚類算法的光伏電站運(yùn)行狀態(tài)模式劃分流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明
[0031] 光伏電站特征量變化對(duì)電站運(yùn)行狀態(tài)的影響，表征光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的特征量主 要由方陣轉(zhuǎn)換效率、逆變轉(zhuǎn)換效率、PV方陣日等價(jià)發(fā)電時(shí)間、PV系統(tǒng)日等價(jià)發(fā)電時(shí)間構(gòu)成， 通過(guò)提取表征光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的特征量，對(duì)特征量變化引起的光伏電站運(yùn)行狀態(tài)變化進(jìn) 行分析，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行光伏電站樣本數(shù)據(jù)聚類分析，該方法的具體實(shí)施過(guò)程如下：
[0032] 1.獲取表征光伏電站運(yùn)行狀態(tài)特征量
[0033] 1)方陣平均效率n A^an表示PV方陣的平均能量轉(zhuǎn)換效率，即PV方陣輸出到PV系 統(tǒng)的能量與入射到PV方陣內(nèi)的能量之比。該效率表示PV方陣轉(zhuǎn)換能量的能力，數(shù)值高，表 示PV方陣轉(zhuǎn)換能量的能力強(qiáng)，在其他設(shè)備無(wú)故障情況下，由PV方陣提供給整個(gè)系統(tǒng)的能量 多。陣平均轉(zhuǎn)換效率主要反映光伏陣列經(jīng)連線損失、低輻射損失、遮擋損失、電池板表面污 損、角度損失、MPPT跟蹤損失、輻射量測(cè)量錯(cuò)誤、頻譜損失等損失后輸送到逆變器的能量轉(zhuǎn) 換效率，主要反映 PV方陣運(yùn)行狀態(tài)，與PV方陣的日等價(jià)發(fā)電時(shí)間有很強(qiáng)的相關(guān)性，可為判 斷光伏陣列連線損失、低輻射損失、遮擋損失、電池板表面污損、角度損失、MPPT跟蹤損失、 輻射量測(cè)量錯(cuò)誤等原因造成的方陣低效運(yùn)行提供數(shù)據(jù)參考。
[0034] 在記錄時(shí)段τ內(nèi)，方陣平均效率定義為：
[0035] n Amean= E V(AXHt)
[0036] Ea= Σ day (PinX Tr)
[0037] EaS τ時(shí)段內(nèi)PV方陣的輸出能量，單位為kW _ h ;符號(hào)Σ day表示按日的求和； PinX τ彥示記錄間隔內(nèi)PV方陣中電池組件輸出的直流電量，忽略電池組件到逆變器的線 損，Pin為監(jiān)測(cè)到的逆變器參數(shù)中的"PV輸入功率";A為PV方陣的有效面積，單位為m 2;Η Τ 為τ時(shí)段PV方陣傾斜面輻射量，單位為kW _ h/m2。
[0038] 2)逆變器轉(zhuǎn)換效率n INV表示逆變器將直流電量轉(zhuǎn)換為交流電量的轉(zhuǎn)換效率，反 映逆變器轉(zhuǎn)換能量的能力，數(shù)值為逆變器輸出側(cè)功率與輸入側(cè)功率之比。數(shù)值高，表示逆變 器轉(zhuǎn)換能量的能力強(qiáng)，由PV系統(tǒng)提供給箱式變輸入側(cè)的能量多。逆變效率是評(píng)價(jià)逆變器的 運(yùn)行狀態(tài)，評(píng)估逆變器運(yùn)行環(huán)境是否良好的重要指標(biāo)，可為判斷逆變器的運(yùn)行狀態(tài)，評(píng)估逆 變器運(yùn)行環(huán)境是否良好提供重要參考依據(jù)。且PV方陣能量的輸出與逆變器MPPT跟蹤狀態(tài) 有著很強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此該指標(biāo)的變化會(huì)連帶影響方陣效率以及等價(jià)發(fā)電時(shí)間的變化， 與其他參數(shù)具有很強(qiáng)的相關(guān)性。
[0039] rI iNv - P 輸出 /P輸入
[0040] Pfsa基于逆變器的交流輸出功率計(jì)算，等于監(jiān)測(cè)到的逆變器參數(shù)中的"有功功 率"，單位為kW;P il5A基于逆變器的直流輸入功率計(jì)算，等于監(jiān)測(cè)到的逆變器參數(shù)中的"PV輸 入功率"，單位為kW。
[0041] 3) PV方陣日等價(jià)發(fā)電時(shí)間Ya表示監(jiān)測(cè)到的PV方陣每日每kW方陣提供給PV系統(tǒng) 的能量，相當(dāng)于PV方陣以額定輸出功率P tl運(yùn)行需要工作的小時(shí)數(shù)。