本發(fā)明涉及光電發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種光伏發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)運行優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，傳統(tǒng)能源在為我們帶來優(yōu)質(zhì)生活的同時，也越來越嚴重地危害著我們的生存環(huán)境，越來越多的國家開始關(guān)注清潔能源的利用。傳統(tǒng)能源將逐漸被可再生清潔能源所替代。人類對能源需求量不斷增長，太陽能發(fā)電因其環(huán)保經(jīng)濟的特點受到各國的關(guān)注和青睞。
并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指與交流電網(wǎng)聯(lián)接的光伏發(fā)電系統(tǒng)，目前，傳統(tǒng)光伏發(fā)電領(lǐng)域，并網(wǎng)的方法是通過功率調(diào)節(jié)器將光伏方陣的直流電能裝換為交流電實現(xiàn)并網(wǎng)。
目前，常見的計算光伏電站并網(wǎng)參考功率的方法，如低通濾波，具有一定的延時性，且跟蹤精度不高，不能很好地反映原始信號特性。頻譜補償法過于理想化。常規(guī)的經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法由于計算速度問題難于應(yīng)用與實時在線快速計算。
光伏電站運行的負荷多為感性負荷。大量存在的感性負荷，不僅造成系統(tǒng)功率因數(shù)過低，生產(chǎn)效率降低，企業(yè)電能費用支出增加，還會引起電網(wǎng)電壓波動，嚴重時影響帶載設(shè)備的安全運行，給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟損失。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定，大型和中型光伏電站的功率因數(shù)應(yīng)該能夠在0.98(超前)～0.98(滯后)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。因而，大型集中式和分布式光伏電站需要通過無功補償?shù)姆绞絹硖岣吖β室驍?shù)，保證電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全。
光伏組件監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控裝置負責監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的光伏組件(即數(shù)據(jù)采集裝置)的工作狀態(tài)；通信子系統(tǒng)負責監(jiān)控裝置和數(shù)據(jù)采集裝置間的數(shù)據(jù)傳輸。目前在光伏發(fā)電行業(yè)中，光伏組件監(jiān)控系統(tǒng)中的通信子系統(tǒng)由傳統(tǒng)的有線和無線兩種方式組成。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種光伏發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)運行優(yōu)化方法，該方法網(wǎng)采用了有功功率參考值快速計算方法，具有保持不失原光伏輸出功率的特性的情況下，快速計算滿足光伏并網(wǎng)要求的參考功率，經(jīng)過改進經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法和新型小波去噪法后重組的光伏功率信號，能夠有效地改善原始信號的波動性，達到平抑功率波動的目的，實現(xiàn)光伏平滑并網(wǎng)；根據(jù)光伏設(shè)備的功率輸出信息和網(wǎng)側(cè)電壓值信息，判斷和確定光伏設(shè)備的工作模式，當光伏設(shè)備處于有功功率輸出模式時，判斷光伏電池的輸出狀態(tài)信息是否滿足第一切換條件，并在滿足時使得光伏并網(wǎng)逆變器從有功功率輸出模式切換到無功功率補償模式；當光伏設(shè)備處于無功功率補償模式時，判斷光伏電池的輸出狀態(tài)信息是否滿足第二切換條件，并在滿足時，使得光伏設(shè)備從無功功率補償模式切換到有功功率輸出模式，以實現(xiàn)并網(wǎng)運行的優(yōu)化；此外，本發(fā)明的監(jiān)控方法，采用無線加密通信實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的通信，使得監(jiān)控裝置對于光伏發(fā)電設(shè)備監(jiān)控更為簡單和可靠。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種光伏發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)運行優(yōu)化方法，該方法包括如下步驟：
s1.快速計算光伏發(fā)電設(shè)備的有功功率參考值，并實時檢測光伏發(fā)電站網(wǎng)側(cè)電壓值；
s2.將上述有功功率參考值和光伏發(fā)電站網(wǎng)側(cè)電壓值通過無線通信的方式，發(fā)送給監(jiān)控裝置；
s3.根據(jù)所述將有功功率參考值和網(wǎng)側(cè)直流電壓信息，確定光伏發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)工作模式；
s4.監(jiān)控裝置根據(jù)上述并網(wǎng)工作模式，控制光伏設(shè)備優(yōu)化運行。
優(yōu)選的，在所述步驟s1中，具體采用如下方法快速計算光伏發(fā)電設(shè)備的有功功率參考值：
s11.對光伏電站的輸出功率信號按時間進行分段，然后利用改進經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法對每段輸出功率信號進行分解，得到imf分量cj，對每段輸出功率信號的邊界值采用上一段輸出功率信號的imf均值，得到多個imf分量；
s12.采用新型小波去噪法對步驟s11得到的imf分量進行小波去噪，得到降噪后的新imf分量，其中，所述新型小波去噪法的閾值函數(shù)為：
其中，
s13.利用主成分分析法將步驟s12得到的新imf分量進行排序，對排序后的新imf分量進行組合，得到光伏電站并網(wǎng)的參考功率值。
優(yōu)選的，在所述步驟s11中，改進經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法包括以下步驟：
s111.將白噪聲信號加入到輸出功率信號中，得到兩組含白噪聲信號集合[m1,m2]，其中，m1＝s+n；m2＝s-n，s為輸出功率信號，n為白噪聲信號；
s112.對m1和m2分別進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，得到兩組imf集合c1j和c2j；
s113.對步驟二得到的兩組imf集合c1j和c2j進行組合，得到imf分量cj，其中
優(yōu)選的，在步驟s13中，包括如下步驟：
s131.設(shè)imf分量集合x＝[x1,x2,...xi...,xm]t，令yi＝xi-e(xi)，其中，e(xi)為xi的期望值，矩陣y＝[y1,y2,...,ym]t，x的協(xié)方差為c；
s132.利用下式對步驟s131的協(xié)方差c進行分解，c＝um×nλm×nutm×n，其中，λ為c的特征值對角矩陣，u為特征向量組成的正交矩陣；
s133.根據(jù)步驟s131得到的y和步驟s132得到的u，得到p＝utm×ny，根據(jù)p中貢獻率從大到小對imf分量進行排序。
優(yōu)選的，在所述步驟s2中，具體采用如下步驟實現(xiàn)無線加密通信：
s21監(jiān)控裝置向基站發(fā)送下行數(shù)據(jù)包，所述數(shù)據(jù)包包括光伏設(shè)備光伏設(shè)備終端身份和查詢數(shù)據(jù)類型；
s22.基站根據(jù)基站和監(jiān)控裝置的通信協(xié)議對數(shù)據(jù)包進行數(shù)據(jù)解析，識別光伏設(shè)備終端身份和查詢數(shù)據(jù)類型；根據(jù)基站和光伏設(shè)備終端的通信協(xié)議對光伏設(shè)備終端身份和查詢數(shù)據(jù)類型進行組裝，得到組裝好的數(shù)據(jù)報文；對組裝好的數(shù)據(jù)報文進行加密，得到加密數(shù)據(jù)報文；通過射頻信道將加密數(shù)據(jù)報文發(fā)送到光伏設(shè)備終端；
s23.光伏設(shè)備終端對加密數(shù)據(jù)報文進行解密，得到光伏設(shè)備數(shù)據(jù)；根據(jù)串口協(xié)議將光伏設(shè)備數(shù)據(jù)組裝成格式報文；通過串口將格式報文發(fā)送到數(shù)據(jù)采集裝置；
s24.數(shù)據(jù)采集裝置校驗格式報文；在格式報文校驗通過后，從格式報文中得到光伏設(shè)備數(shù)據(jù)部分；按照串口協(xié)議解析光伏設(shè)備數(shù)據(jù)部分，得到光伏設(shè)備數(shù)據(jù)；
s25.數(shù)據(jù)采集裝置在得到光伏設(shè)備數(shù)據(jù)后，采集目標數(shù)據(jù)；將目標數(shù)據(jù)按串口協(xié)議打包，得到串口數(shù)據(jù)；將串口數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到光伏設(shè)備終端；
s26.光伏設(shè)備終端對串口數(shù)據(jù)進行校驗；在串口數(shù)據(jù)校驗通過后，從串口數(shù)據(jù)中獲取光伏設(shè)備數(shù)據(jù)部分，并將光伏設(shè)備數(shù)據(jù)部分按照光伏設(shè)備終端和基站的通信協(xié)議進行組裝，得到組裝好的數(shù)據(jù)報文，該數(shù)據(jù)報文中攜帶光伏設(shè)備終端身份；將組裝好的數(shù)據(jù)報文加密，得到加密數(shù)據(jù)；通過射頻信道發(fā)送加密數(shù)據(jù)到基站；
s27.基站對加密數(shù)據(jù)進行解密，得到解密后的數(shù)據(jù)報文；對解密后的數(shù)據(jù)報文進行解析，識別所攜帶的光伏設(shè)備終端身份；從解析后的數(shù)據(jù)報文中提取光伏設(shè)備數(shù)據(jù)，并根據(jù)基站和監(jiān)控裝置的通信協(xié)議對光伏設(shè)備數(shù)據(jù)進行打包，得到打包數(shù)據(jù)，該打包數(shù)據(jù)包括光伏設(shè)備終端身份和響應(yīng)數(shù)據(jù)類型；將打包數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控裝置。
優(yōu)選的，在所述步驟s3中，采用如下方式確定光伏設(shè)備運行模式：
當有功功率參考值大于輸出功率第一閾值p1，網(wǎng)側(cè)電壓值波動小于電壓波動第一閾值v1時，光伏設(shè)備進入有功輸出模式；
當有功參考值小于輸出功率第二閾值p2，網(wǎng)側(cè)電壓值波動值大于電壓波動第二閾值v2時，光虎設(shè)備進入無功補償模式。
優(yōu)選的，在步驟s4中，當光伏設(shè)備進入有功輸出模式運行時，控制光伏設(shè)備如下運行：
持續(xù)獲取光伏設(shè)備的有功參考值；
判斷所述有功參考值是否滿足第一切換條件；
當所述有功參考值滿足所述第一切換條件時，將所述光伏并網(wǎng)逆變器從所述有功功率輸出模式切換到無功功率補償模式。
優(yōu)選的，在步驟s4中，當光伏設(shè)備進入無功補償模式時，控制光伏設(shè)備如下運行：
持續(xù)獲取光伏設(shè)備的網(wǎng)側(cè)電壓的波動值；
判斷所述網(wǎng)側(cè)電壓波動值是否滿足第二切換條件；
當所網(wǎng)側(cè)電壓波動值滿足所述第二切換條件時，將所述光伏設(shè)備從所述無功功率補償模式切換到所述有功功率輸出模式。
優(yōu)選的，所述判斷所述有功參考值是否滿足第一切換條件的步驟，包括：
當所述光伏設(shè)備的有功參考值小于第一功率閾值p1時，判斷所述光伏設(shè)備的輸出功率小于所述第一功率閾值p1所持續(xù)的第一時長是否達到第一時間閾值t1，若所述第一時長達到所述第一時間閾值t1，則所述第一輸出狀態(tài)信息滿足所述第一切換條件。
優(yōu)選的，所述判斷所述網(wǎng)側(cè)電壓波動值是否滿足第二切換條件是否滿足第二切換條件的步驟，包括：
當所述網(wǎng)側(cè)電壓波動值大于或等于電壓波動第二閾值v2時，判斷所述網(wǎng)側(cè)電壓波動值大于或等于所述第二電壓波動閾值v2所持續(xù)的第二時長是否達到第二時間閾值t2，若所述第二時長達到所述第二時間閾值t2，則所述網(wǎng)側(cè)電壓波動值滿足所述第二切換條件。
本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：
（1）該方法網(wǎng)采用了有功功率參考值快速計算方法，具有保持不失原光伏輸出功率的特性的情況下，快速計算滿足光伏并網(wǎng)要求的參考功率，經(jīng)過改進經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法和新型小波去噪法后重組的光伏功率信號，能夠有效地改善原始信號的波動性，達到平抑功率波動的目的，實現(xiàn)光伏平滑并網(wǎng)。
（2）根據(jù)光伏設(shè)備的功率輸出信息和網(wǎng)側(cè)電壓值信息，判斷和確定光伏設(shè)備的工作模式，當光伏設(shè)備處于有功功率輸出模式時，判斷光伏電池的輸出狀態(tài)信息是否滿足第一切換條件，并在滿足時使得光伏并網(wǎng)逆變器從有功功率輸出模式切換到無功功率補償模式；當光伏設(shè)備處于無功功率補償模式時，判斷光伏電池的輸出狀態(tài)信息是否滿足第二切換條件，并在滿足時，使得光伏設(shè)備從無功功率補償模式切換到有功功率輸出模式，以實現(xiàn)并網(wǎng)運行的優(yōu)化。
（3）本發(fā)明的監(jiān)控方法，采用無線加密通信實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的通信，使得監(jiān)控裝置對于光伏發(fā)電設(shè)備監(jiān)控更為簡單和可靠。
附圖說明
圖1示出了一種光伏發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)運行優(yōu)化方法的流程圖。
具體實施方式
圖1示出了一種光伏發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)運行優(yōu)化方法的流程圖，該方法包括如下步驟：s1.快速計算光伏發(fā)電設(shè)備的有功功率參考值，并實時檢測光伏發(fā)電站網(wǎng)側(cè)電壓值；s2.將上述有功功率參考值和光伏發(fā)電站網(wǎng)側(cè)電壓值通過無線通信的方式，發(fā)送給監(jiān)控裝置；s3.根據(jù)所述將有功功率參考值和網(wǎng)側(cè)直流電壓信息，確定光伏發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)工作模式；s4.監(jiān)控裝置根據(jù)上述并網(wǎng)工作模式，控制光伏設(shè)備優(yōu)化運行。
在所述步驟s1中，具體采用如下方法快速計算光伏發(fā)電設(shè)備的有功功率參考值：
s11.對光伏電站的輸出功率信號按時間進行分段，然后利用改進經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法對每段輸出功率信號進行分解，得到imf分量cj，對每段輸出功率信號的邊界值采用上一段輸出功率信號的imf均值，得到多個imf分量；
s12.采用新型小波去噪法對步驟s11得到的imf分量進行小波去噪，得到降噪后的新imf分量，其中，所述新型小波去噪法的閾值函數(shù)為：
其中，
s13.利用主成分分析法將步驟s12得到的新imf分量進行排序，對排序后的新imf分量進行組合，得到光伏電站并網(wǎng)的參考功率值。
在所述步驟s11中，改進經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法包括以下步驟：
s111.將白噪聲信號加入到輸出功率信號中，得到兩組含白噪聲信號集合[m1,m2]，其中，m1＝s+n；m2＝s-n，s為輸出功率信號，n為白噪聲信號；
s112.對m1和m2分別進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，得到兩組imf集合c1j和c2j；
s113.對步驟二得到的兩組imf集合c1j和c2j進行組合，得到imf分量cj，其中
在步驟s13中，包括如下步驟：
s131.設(shè)imf分量集合x＝[x1,x2,...xi...,xm]t，令yi＝xi-e(xi)，其中，e(xi)為xi的期望值，矩陣y＝[y1,y2,...,ym]t，x的協(xié)方差為c；
s132.利用下式對步驟s131的協(xié)方差c進行分解，c＝um×nλm×nutm×n，其中，λ為c的特征值對角矩陣，u為特征向量組成的正交矩陣；
s133.根據(jù)步驟s131得到的y和步驟s132得到的u，得到p＝utm×ny，根據(jù)p中貢獻率從大到小對imf分量進行排序。
在所述步驟s2中，具體采用如下步驟實現(xiàn)無線加密通信：
s21監(jiān)控裝置向基站發(fā)送下行數(shù)據(jù)包，所述數(shù)據(jù)包包括光伏設(shè)備光伏設(shè)備終端身份和查詢數(shù)據(jù)類型；
s22.基站根據(jù)基站和監(jiān)控裝置的通信協(xié)議對數(shù)據(jù)包進行數(shù)據(jù)解析，識別光伏設(shè)備終端身份和查詢數(shù)據(jù)類型；根據(jù)基站和光伏設(shè)備終端的通信協(xié)議對光伏設(shè)備終端身份和查詢數(shù)據(jù)類型進行組裝，得到組裝好的數(shù)據(jù)報文；對組裝好的數(shù)據(jù)報文進行加密，得到加密數(shù)據(jù)報文；通過射頻信道將加密數(shù)據(jù)報文發(fā)送到光伏設(shè)備終端；
s23.光伏設(shè)備終端對加密數(shù)據(jù)報文進行解密，得到光伏設(shè)備數(shù)據(jù)；根據(jù)串口協(xié)議將光伏設(shè)備數(shù)據(jù)組裝成格式報文；通過串口將格式報文發(fā)送到數(shù)據(jù)采集裝置；
s24.數(shù)據(jù)采集裝置校驗格式報文；在格式報文校驗通過后，從格式報文中得到光伏設(shè)備數(shù)據(jù)部分；按照串口協(xié)議解析光伏設(shè)備數(shù)據(jù)部分，得到光伏設(shè)備數(shù)據(jù)；
s25.數(shù)據(jù)采集裝置在得到光伏設(shè)備數(shù)據(jù)后，采集目標數(shù)據(jù)；將目標數(shù)據(jù)按串口協(xié)議打包，得到串口數(shù)據(jù)；將串口數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到光伏設(shè)備終端；
s26.光伏設(shè)備終端對串口數(shù)據(jù)進行校驗；在串口數(shù)據(jù)校驗通過后，從串口數(shù)據(jù)中獲取光伏設(shè)備數(shù)據(jù)部分，并將光伏設(shè)備數(shù)據(jù)部分按照光伏設(shè)備終端和基站的通信協(xié)議進行組裝，得到組裝好的數(shù)據(jù)報文，該數(shù)據(jù)報文中攜帶光伏設(shè)備終端身份；將組裝好的數(shù)據(jù)報文加密，得到加密數(shù)據(jù)；通過射頻信道發(fā)送加密數(shù)據(jù)到基站；
s27.基站對加密數(shù)據(jù)進行解密，得到解密后的數(shù)據(jù)報文；對解密后的數(shù)據(jù)報文進行解析，識別所攜帶的光伏設(shè)備終端身份；從解析后的數(shù)據(jù)報文中提取光伏設(shè)備數(shù)據(jù)，并根據(jù)基站和監(jiān)控裝置的通信協(xié)議對光伏設(shè)備數(shù)據(jù)進行打包，得到打包數(shù)據(jù)，該打包數(shù)據(jù)包括光伏設(shè)備終端身份和響應(yīng)數(shù)據(jù)類型；將打包數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控裝置。
優(yōu)選的，在所述步驟s3中，采用如下方式確定光伏設(shè)備運行模式：
當有功功率參考值大于輸出功率第一閾值p1，網(wǎng)側(cè)電壓值波動小于電壓波動第一閾值v1時，光伏設(shè)備進入有功輸出模式；
當有功參考值小于輸出功率第二閾值p2，網(wǎng)側(cè)電壓值波動值大于電壓波動第二閾值v2時，光虎設(shè)備進入無功補償模式。
優(yōu)選的，在步驟s4中，當光伏設(shè)備進入有功輸出模式運行時，控制光伏設(shè)備如下運行：
持續(xù)獲取光伏設(shè)備的有功參考值；
判斷所述有功參考值是否滿足第一切換條件；
當所述有功參考值滿足所述第一切換條件時，將所述光伏并網(wǎng)逆變器從所述有功功率輸出模式切換到無功功率補償模式。
優(yōu)選的，在步驟s4中，當光伏設(shè)備進入無功補償模式時，控制光伏設(shè)備如下運行：
持續(xù)獲取光伏設(shè)備的網(wǎng)側(cè)電壓的波動值；
判斷所述網(wǎng)側(cè)電壓波動值是否滿足第二切換條件；
當所網(wǎng)側(cè)電壓波動值滿足所述第二切換條件時，將所述光伏設(shè)備從所述無功功率補償模式切換到所述有功功率輸出模式。
優(yōu)選的，所述判斷所述有功參考值是否滿足第一切換條件的步驟，包括：
當所述光伏設(shè)備的有功參考值小于第一功率閾值p1時，判斷所述光伏設(shè)備的輸出功率小于所述第一功率閾值p1所持續(xù)的第一時長是否達到第一時間閾值t1，若所述第一時長達到所述第一時間閾值t1，則所述第一輸出狀態(tài)信息滿足所述第一切換條件。
優(yōu)選的，所述判斷所述網(wǎng)側(cè)電壓波動值是否滿足第二切換條件是否滿足第二切換條件的步驟，包括：
當所述網(wǎng)側(cè)電壓波動值大于或等于電壓波動第二閾值v2時，判斷所述網(wǎng)側(cè)電壓波動值大于或等于所述第二電壓波動閾值v2所持續(xù)的第二時長是否達到第二時間閾值t2，若所述第二時長達到所述第二時間閾值t2，則所述網(wǎng)側(cè)電壓波動值滿足所述第二切換條件。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。