基于關(guān)口電度表倒置遞推的光伏電站 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集誤差修正方法

楊金東，唐立軍，楊子龍，孫文靜*

(1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，云南 650217；2. 中國科學(xué)院電工研究所，北京 100190)

0 引言

在國家“雙碳”目標(biāo)的推動(dòng)下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)規(guī)模不斷增大，光伏電站業(yè)主和電網(wǎng)公司對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行控制越來越關(guān)注，因此需要安裝大量數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，通過監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)對(duì)光伏電站進(jìn)行能效分析和運(yùn)營管理[1-4]。通過監(jiān)控系統(tǒng)獲取光伏電站運(yùn)行狀態(tài)，以此進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)、大數(shù)據(jù)分析，可使光伏電站的管理精益求精，而這一切都需要依靠大量真實(shí)、可靠和準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作支撐[5-7]。

光伏電站智慧運(yùn)維是關(guān)系到光伏電站運(yùn)行性能的重要方式，而數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性是光伏電站智慧運(yùn)維的基礎(chǔ)。但由于光伏電站智慧的監(jiān)控系統(tǒng)中存在使用的儀表和傳感器種類多樣、安裝位置和參數(shù)設(shè)置不同、施工調(diào)試周期短等情況，導(dǎo)致光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)普遍存在數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、連續(xù)性差和準(zhǔn)確性低等問題[8-10]，從而導(dǎo)致無法對(duì)光伏電站進(jìn)行精準(zhǔn)地性能分析和優(yōu)化管理，通過監(jiān)控系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)對(duì)光伏電站運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析時(shí)的可靠性難以保障，導(dǎo)致光伏電站智慧運(yùn)維難以實(shí)現(xiàn)。光伏電站智能化的監(jiān)控系統(tǒng)形同虛設(shè)，造成了極大的資源損失。若以更換現(xiàn)有光伏電站硬件設(shè)備的方式來解決上述問題，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，還會(huì)增加投資成本；而且不能保證這些問題可以完全得到改善，易造成資源浪費(fèi)。

針對(duì)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)中問題數(shù)據(jù)的甄別和修正，研究學(xué)者和工程師進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)[11]提出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏電站歷史出力數(shù)據(jù)修正方法，該方法引入皮爾遜相關(guān)系數(shù)來篩選基準(zhǔn)光伏電站，以構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練集，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)光伏電站失準(zhǔn)數(shù)據(jù)的修正。文獻(xiàn)[12]提出了一種考慮天氣和空間相關(guān)性的光伏電站輸出功率數(shù)據(jù)修正方法，將自身相似數(shù)據(jù)與空間相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合，對(duì)光伏電站輸出功率數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。文獻(xiàn)[13]選取了當(dāng)前時(shí)刻的前一時(shí)刻的光伏電站輸出功率信息，以及當(dāng)前時(shí)刻的環(huán)境溫度信息和太陽輻照度作為狀態(tài)量，通過訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)狀態(tài)量進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，然后基于Sigma卡爾曼濾波理論進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。文獻(xiàn)[14]提出了一種基于皮爾遜相關(guān)系數(shù)的插值方法，找到與缺失數(shù)據(jù)相似的時(shí)刻，再根據(jù)相似時(shí)刻的數(shù)據(jù)估計(jì)出缺失的數(shù)據(jù)。

以上文獻(xiàn)提出的方法中采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Sigma卡爾曼濾波等數(shù)據(jù)處理方法，能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行一定程度的修正，但對(duì)于計(jì)算資源配置較少的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，高級(jí)算法的實(shí)現(xiàn)較為困難?；诖耍疚膹暮?jiǎn)單、易維護(hù)的角度出發(fā)，針對(duì)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的問題，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)的誤差進(jìn)行了分析，然后結(jié)合實(shí)際的光伏電站，提出了一種基于關(guān)口電度表倒置遞推的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集誤差修正方法。該修正方法采用倒置遞推的方法，修正了光伏電站中箱式變壓器、光伏并網(wǎng)逆變器、匯流箱等設(shè)備的數(shù)據(jù)誤差，使獲得的光伏電站中的數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確，便于進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)的潮流分析和光伏電站的故障分析。

1 光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)的常見問題及數(shù)據(jù)誤差的分析

1.1 光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

常規(guī)光伏電站主要由光伏組串、匯流箱、光伏并網(wǎng)逆變器、箱式變壓器等組成，并通過并網(wǎng)點(diǎn)接入電網(wǎng)。常規(guī)光伏電站的電氣連接關(guān)系及各類測(cè)控裝置的測(cè)量精度如圖1所示[15-16]。圖中：s為光伏組串的數(shù)量；r為匯流箱的數(shù)量；m為光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)量；n為箱式變壓器的數(shù)量。

圖1 常規(guī)光伏電站的電氣連接關(guān)系及各類 測(cè)控裝置的測(cè)量精度Fig. 1 Electrical connection relationship of conventional PV power station and measurement accuracy of various measurement and control devices

通常，1個(gè)兆瓦級(jí)以上的光伏電站只有1個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，安裝1個(gè)并網(wǎng)關(guān)口電度表用于與能源管理部門進(jìn)行發(fā)電結(jié)算，關(guān)口電度表的測(cè)量精度較高，一般為0.2級(jí)。并網(wǎng)點(diǎn)連接有n個(gè)箱式變壓器，這些箱式變壓器的高壓輸出端經(jīng)過高壓線路和匯流柜與并網(wǎng)點(diǎn)連接；在箱式變壓器的低壓側(cè)裝有測(cè)控裝置，測(cè)量精度一般為0.5級(jí)。每個(gè)箱式變壓器下面掛接有m個(gè)光伏并網(wǎng)逆變器，光伏并網(wǎng)逆變器的測(cè)量和計(jì)量一般由其內(nèi)部的多功能表或嵌入式測(cè)量表完成，測(cè)量精度一般分別為0.5級(jí)或1.0級(jí)。每個(gè)光伏并網(wǎng)逆變器的下面連接著r個(gè)匯流箱，匯流箱的測(cè)控裝置的測(cè)量精度一般為1.0級(jí)或2.0級(jí)。一般兆瓦級(jí)以上的光伏電站都安裝有環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，包括輻射表、溫度計(jì)等，測(cè)量精度一般為5.0級(jí)。

1.2 光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集誤差的典型案例分析

1.2.1 典型案例1

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏并網(wǎng)逆變器的輸入直流電流值應(yīng)等于對(duì)應(yīng)接入的匯流箱的輸出直流電流值之和[12]，但在實(shí)際的光伏電站中，往往由于采集設(shè)備不同，造成光伏并網(wǎng)逆變器的輸入直流電流值與對(duì)應(yīng)接入的匯流箱總輸出直流電流值之間出現(xiàn)較大誤差。以某1 MW分布式并網(wǎng)光伏電站為例，該光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)主界面如圖2所示。圖2顯示，光伏并網(wǎng)逆變器輸入直流電流值與對(duì)應(yīng)接入的匯流箱總輸出直流電流值之間存在較大誤差。

圖2 典型案例1中光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)主界面Fig. 2 Main interface of monitoring system of PV power station in typical case 1

從圖2中被圈定的部分可以看出：500 kW光伏并網(wǎng)逆變器INV01參數(shù)表中顯示輸入直流電流Idc為164.60 A，而與之相連的8臺(tái)匯流箱的總輸出直流電流值為143.85 A，二者的差值為20.75 A；另一臺(tái)500 kW光伏并網(wǎng)逆變器INV02參數(shù)表中顯示輸入直流電流Idc為135.80 A，而與之相連的8臺(tái)匯流箱的總輸出直流電流值為120.40 A，二者的差值為15.40 A。以各臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器的輸入直流電流值為基準(zhǔn)值計(jì)算得到相對(duì)誤差分別為14.42%和12.79%。該類誤差的存在給光伏發(fā)電系統(tǒng)的潮流分析和光伏電站的運(yùn)行性能分析帶來諸多不便。

1.2.2 典型案例2

某光伏電站的升壓站監(jiān)控系統(tǒng)采集的原始數(shù)據(jù)如表1所示。

一般而言，升壓站繼保設(shè)備采集的有功功率、無功功率、三相電流等值應(yīng)該等于1#集電線與2#集電線相應(yīng)參數(shù)數(shù)值之和。而表1中繼保設(shè)備采集的值IA、IB、IC、P、Q與1#集電線和2#集電線相應(yīng)參數(shù)值之和顯然存在較大誤差。比如：1#集電線和2#集電線的A相電流之和為230.96 A，而繼保設(shè)備采集的A相電流值為165.08 A。

表1 某光伏電站升壓站監(jiān)控系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)Table 1 Original data of monitoring system of booster station in a PV power station

1.3 光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集問題的原因分析與總結(jié)

從光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)來看，其存在數(shù)據(jù)不完整、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)值與理論計(jì)算值誤差大、準(zhǔn)確度不高、精度不統(tǒng)一等問題。而通過對(duì)實(shí)際光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集問題進(jìn)行原因分析，發(fā)現(xiàn)每個(gè)光伏電站出現(xiàn)的數(shù)據(jù)問題的現(xiàn)象和原因各不相同，下文對(duì)其中幾種現(xiàn)象進(jìn)行說明與原因分析。

1)理論上，光伏并網(wǎng)逆變器的輸入直流電流值應(yīng)與對(duì)應(yīng)連接的匯流箱總輸出直流電流值相等，而實(shí)際的光伏電站中，這二者的最大誤差可達(dá)到15%；此類有問題的數(shù)據(jù)占光伏電站總數(shù)據(jù)相當(dāng)大的比例，在數(shù)據(jù)分析中為無效數(shù)據(jù)，因此必須在對(duì)數(shù)據(jù)分析后進(jìn)行修正處理。出現(xiàn)誤差的原因主要是因?yàn)槟承S家的測(cè)控裝置的硬件質(zhì)量及校對(duì)精度方法存在問題，如匯流箱電量測(cè)控裝置的測(cè)量精度一般都不到0.5級(jí)，而且無校準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，校準(zhǔn)方法是采用普通萬用表校準(zhǔn)。

2)光伏電站光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)量的發(fā)電量之和應(yīng)與光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)關(guān)口電度表發(fā)電量數(shù)據(jù)近似相等，而實(shí)際的光伏電站中，二者的最大誤差可達(dá)5% 。通常，關(guān)口電度表由電網(wǎng)公司校對(duì)檢驗(yàn)合格后才允許安裝，測(cè)量精度為0.2級(jí)。而光伏并網(wǎng)逆變器中的測(cè)控裝置則由逆變器廠家自行校準(zhǔn)，其測(cè)量精度參差不齊，有的連1.0級(jí)都無法保證。

3)依據(jù)輻射表顯示的太陽輻照值，可計(jì)算出光伏方陣的發(fā)電量，而通過第一級(jí)匯流箱監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到的光伏方陣發(fā)電量實(shí)際值與計(jì)算值之間的誤差很大。原因是光伏陣列輸出功率受到太陽輻照度、環(huán)境溫度、灰塵等眾多因素的影響，當(dāng)光伏方陣發(fā)電量實(shí)際值與計(jì)算值的最大誤差為5%時(shí)，若光伏陣列輸出功率為1000 W，則會(huì)存在50 W的誤差值。而匯流箱的電壓、電流采用萬用表的相對(duì)精度為基準(zhǔn)校準(zhǔn)，若采用測(cè)量精度為1.0級(jí)測(cè)控裝置監(jiān)測(cè)匯流箱數(shù)據(jù)時(shí)，若光伏陣列的輸出功率為1000 W，則會(huì)存在10 W的誤差值；若采集到的太陽輻照度數(shù)據(jù)存在正誤差、采集到的匯流箱數(shù)據(jù)存在負(fù)誤差時(shí)，則光伏方陣發(fā)電量實(shí)際值與計(jì)算值的最大誤差值可達(dá)到60 W。通過對(duì)現(xiàn)有光伏電站的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)常見問題進(jìn)行了匯總及分類，結(jié)果如表2所示。

表2 光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集常見問題匯總Table 2 Summary of common problems in data acquisition of PV power station monitoring system

2 基于關(guān)口電度表倒置遞推的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集誤差修正方法的設(shè)計(jì)

2.1 基本原理

若在上、下2臺(tái)關(guān)聯(lián)設(shè)備的同一位置采集物理量，當(dāng)采集到的2組數(shù)據(jù)不同時(shí)，會(huì)對(duì)光伏電站數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生極大困難。因此，對(duì)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析和數(shù)據(jù)修正非常必要[17-19]。常規(guī)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的問題數(shù)據(jù)包括錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和誤差數(shù)據(jù)。錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的甄別方法較為簡(jiǎn)單，比如：由于交流電壓通常保持不變，因此可以用交流電壓的最大值和最小值作為約束條件來判斷數(shù)據(jù)是否屬于錯(cuò)誤數(shù)據(jù)；而累計(jì)發(fā)電量數(shù)據(jù)不應(yīng)有突變，若發(fā)現(xiàn)突變值，則采用上一記錄值來代替。但是由于測(cè)控裝置的測(cè)量精度等級(jí)、類型及損耗、效率等諸多因素的影響，會(huì)造成各裝置測(cè)量結(jié)果有一定的誤差，該類誤差數(shù)據(jù)難以通過常規(guī)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的甄別方法來判斷，為此，本文提出了一種基于關(guān)口電度表倒置遞推的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集誤差修正方法。下文對(duì)該方法具體的操作步驟進(jìn)行說明。

由于光伏電站晚上不發(fā)電，監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)除累計(jì)發(fā)電量和電壓外，其他數(shù)據(jù)將在夜間歸零；另外，從開始發(fā)電起，電流、輸出功率等數(shù)據(jù)開始逐漸變大，然后再逐漸減小，因此，可以利用這一特點(diǎn)對(duì)部分問題數(shù)據(jù)進(jìn)行甄別。

根據(jù)圖1所示的電氣連接關(guān)系來看，由光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)的關(guān)口電度表監(jiān)測(cè)到的電流、輸出功率等數(shù)據(jù)應(yīng)與光伏電站內(nèi)各箱式變壓器、各光伏并網(wǎng)逆變器、各匯流箱監(jiān)測(cè)到的電流、輸出功率等數(shù)據(jù)的匯總值近似相等。由于受測(cè)控裝置測(cè)量精度等級(jí)、類型、損耗、效率、故障等諸多因素影響，以輸出功率數(shù)據(jù)為例，關(guān)口電度表輸出功率數(shù)據(jù)與其下級(jí)各設(shè)備輸出功率數(shù)據(jù)之間應(yīng)滿足以下關(guān)系：

式中：μ為倍率系數(shù)；P0.2為關(guān)口電度表輸出功率值；PTRS為單臺(tái)箱式變壓器測(cè)控裝置的輸出功率值；PINV為單臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率值；PBOX為單臺(tái)匯流箱的輸出功率值；i為關(guān)于設(shè)備數(shù)量的變量。

若光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)不滿足式(1)，則需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。以絕對(duì)測(cè)量精度為0.2級(jí)的關(guān)口電度表數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)對(duì)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，將P0.2乘以μ以獲得設(shè)備輸出數(shù)據(jù)的最大允許誤差，然后對(duì)采集到的PTRS、PINV、PBOX分別求和，參照錯(cuò)誤數(shù)據(jù)甄別方法進(jìn)行問題數(shù)據(jù)甄別，對(duì)有問題的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)修正，實(shí)現(xiàn)問題數(shù)據(jù)自愈。具體的問題數(shù)據(jù)甄別及問題數(shù)據(jù)修正方法的流程圖如圖3所示。圖中：E、E1、Ei分別為當(dāng)前時(shí)刻的修正發(fā)電量、當(dāng)日采集的第1個(gè)(是指從非零的數(shù)據(jù)開始算)發(fā)電量及當(dāng)日采集的第i個(gè)發(fā)電量；P、P1、Pi分別為當(dāng)前時(shí)刻的修正輸出功率值、當(dāng)日采集的第1個(gè)輸出功率值及當(dāng)日采集的第i個(gè)輸出功率值；I、I1、Ii分別為當(dāng)前時(shí)刻的修正電流值、當(dāng)日采集的第1個(gè)電流值及當(dāng)日采集的第i個(gè)電流值。

圖3 問題數(shù)據(jù)甄別及問題數(shù)據(jù)修正方法流程圖Fig. 3 Flow chart of problem data screening and problem data correction method

2.2 數(shù)據(jù)誤差分析及修正方法

以箱式變壓器的數(shù)據(jù)修正為例進(jìn)行分析，首先以提取的關(guān)口電度表數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，然后根據(jù)關(guān)口電度表數(shù)據(jù)計(jì)算修正系數(shù)，再得到修正后的每臺(tái)箱式變壓器低壓側(cè)的輸出功率、電壓和電流數(shù)據(jù)。以上述同樣的方法可得到每臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器、匯流箱或每個(gè)光伏組串修正后的輸出功率、電壓和電流值。

2.2.1 箱式變壓器數(shù)據(jù)的修正過程

箱式變壓器數(shù)據(jù)的修正過程共分為3個(gè)步驟：1)提取關(guān)口電度表數(shù)據(jù)；2)計(jì)算箱式變壓器實(shí)測(cè)值的修正系數(shù)；3)計(jì)算箱式變壓器低壓側(cè)電氣量修正值。

1)提取關(guān)口電度表數(shù)據(jù)。讀取關(guān)口電度表測(cè)量的輸出電壓值U0.2、輸出電流值I0.2和有功功率值P0.2，這些數(shù)據(jù)的測(cè)量精度均為0.2級(jí)。

2)計(jì)算箱式變壓器實(shí)測(cè)值的修正系數(shù)。若光伏電站內(nèi)共有n臺(tái)箱式變壓器，則有n臺(tái)箱式變壓器測(cè)控裝置安裝在箱式變壓器的低壓側(cè)。對(duì)n臺(tái)箱式變壓器輸出電流實(shí)測(cè)值求和，即：

式中：ITRS為n臺(tái)箱式變壓器輸出電流實(shí)測(cè)值之和。

ITRS應(yīng)與I0.2相等，但由于測(cè)量精度等原因，二者之間會(huì)存在一定的誤差。二者的差值ΔITRS的計(jì)算式為：

計(jì)算n臺(tái)箱式變壓器的單位輸出電流修正系數(shù)λITRS，其計(jì)算式為：

由此，可計(jì)算得到任意一臺(tái)箱式變壓器的輸出電流實(shí)測(cè)值iTRSn的修正值iTRSn+，其計(jì)算式為：

任意一臺(tái)箱式變壓器輸出電流修正誤差值ΔiTRSn的計(jì)算式為：

3)計(jì)算箱式變壓器低壓側(cè)電氣量修正值。在任意一臺(tái)箱式變壓器對(duì)應(yīng)的連接電纜長(zhǎng)度Ln和電纜電導(dǎo)率ρn已知的情況下，可計(jì)算得到任意一臺(tái)箱式變壓器輸出端與關(guān)口電度表(并網(wǎng)點(diǎn))連接電纜間的壓降uLn+，其計(jì)算式為：

計(jì)算任意一臺(tái)箱式變壓器低壓側(cè)輸出電壓修正值uTRSn+，其計(jì)算式為：

則任意一臺(tái)箱式變壓器低壓側(cè)輸出電壓修正誤差值ΔuTRSn為：

根據(jù)輸出功率的計(jì)算方法，可計(jì)算得到任意一臺(tái)箱式變壓器低壓側(cè)輸出功率修正值pTRSn+，其計(jì)算式為：

則任意一臺(tái)箱式變壓器低壓側(cè)輸出功率修正誤差值ΔpTRSn可表示為：

假設(shè)箱式變壓器的變比為k，則箱式變壓器低壓側(cè)的各電氣量修正值的計(jì)算式為：

2.2.2 其他設(shè)備電氣量數(shù)據(jù)的修正

采用與箱式變壓器電氣量數(shù)據(jù)修正過程同樣的方法，可得到與該變壓器相連的m臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器數(shù)據(jù)的修正值。任意一臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出電流修正值iINVm+、輸出電壓uINVm的修正值uINVm+和輸出功率修正值pINVm+的計(jì)算式可表示為：

式中：Lm、ρm分別為任意一臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器對(duì)應(yīng)的連接電纜長(zhǎng)度和電纜電導(dǎo)率。

光伏并網(wǎng)逆變器當(dāng)日發(fā)電量是判斷光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，按照與計(jì)算箱式變壓器低壓側(cè)輸出電流修正值同樣的方法，由關(guān)口電度表測(cè)量的日發(fā)電量實(shí)測(cè)值，可以得到任意一臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器采集的當(dāng)日時(shí)刻發(fā)電量EINVm的修正值EINVm+，其計(jì)算式可表示為：

式中：E0.2為關(guān)口電度表測(cè)量的發(fā)電量值。

在倒置遞推光伏并網(wǎng)逆變器的輸入功率修正值時(shí)，通過任意一臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器在各個(gè)轉(zhuǎn)化效率點(diǎn)的轉(zhuǎn)化效率系數(shù)ηmm進(jìn)行推算，其輸入側(cè)的直流電壓值uINVmdc依然以直流電壓實(shí)測(cè)值為準(zhǔn)，則任意一臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器輸入側(cè)的直流功率實(shí)測(cè)值pINVmdc的修正值pINVmdc+、直流電壓修正值uINVmdc+、直流電流修正值iINVmdc+的計(jì)算式可表示為：

由于匯流箱與光伏并網(wǎng)逆變器的輸入側(cè)相連，按照以上方法，則可以得到第r個(gè)匯流箱的輸出電流iBOXr的修正值iBOXr+、輸出電壓uBOXr的修正值uBOXr+和輸出功率PBOXr的修正值PBOXr+，各個(gè)參數(shù)的計(jì)算式可表示為：

式中：LBOXr、ρBOXr分別為任意一臺(tái)匯流箱對(duì)應(yīng)的連接電纜長(zhǎng)度和電纜電導(dǎo)率。

任意一串光伏組串的輸出電流iPVs的修正值iPVs+、輸出電壓uPVs的修正值uPVs+、輸出功率pPVs的修正值pPVs+的計(jì)算式可分別表示為：

式中：LPVs、ρPVs分別為任意一串光伏組串對(duì)應(yīng)的連接電纜長(zhǎng)度和電纜電導(dǎo)率。

3 誤差修正方法的實(shí)際工程應(yīng)用

以某光伏電站為例，對(duì)該光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正與驗(yàn)證。該光伏電站的總裝機(jī)容量為15 MW，其監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與圖1類似，共分為15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)，每個(gè)光伏發(fā)電區(qū)各安裝1臺(tái)箱式變壓器及2臺(tái)500 kW光伏并網(wǎng)逆變器。光伏并網(wǎng)逆變器向上連接10 kV箱式變壓器，10 kV母線匯流后接入35 kV箱式變壓器再統(tǒng)一并網(wǎng)，35 kV并網(wǎng)點(diǎn)安裝有關(guān)口電度表。按照數(shù)據(jù)誤差分析法及圖3所示流程圖對(duì)該光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.1 錯(cuò)誤發(fā)電量數(shù)據(jù)的甄別和修正

從該光伏電站的歷史數(shù)據(jù)庫中得到11月22日時(shí)15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)的日總發(fā)電量和第6個(gè)光伏發(fā)電區(qū)的日發(fā)電量數(shù)據(jù)。為便于展示該日中長(zhǎng)時(shí)間段的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中對(duì)該日數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，篩選后的光伏電站數(shù)據(jù)庫中的發(fā)電量原始值如表3所示。表中的行號(hào)為該數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的行號(hào)，1 min保存一行。

從表3可以發(fā)現(xiàn)，在07:00～11:00之間，該光伏電站15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)日總發(fā)電量原始值數(shù)據(jù)和第6個(gè)光伏發(fā)電區(qū)的日發(fā)電量原始值數(shù)據(jù)均出現(xiàn)非常大的異常。

根據(jù)光伏電站日發(fā)電量從零開始累積的特點(diǎn)，對(duì)11:00前的日發(fā)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。從15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)的日總發(fā)電量原始值數(shù)據(jù)中選用07:30:00的數(shù)據(jù)作為初始值，利用式(2)～式(12)，對(duì)該時(shí)刻的日發(fā)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行求差計(jì)算，從而得到修正值；采用相同方法得到表3中第6個(gè)光伏發(fā)電區(qū)的日發(fā)電量原始值的修正值。光伏電站發(fā)電量修正后的數(shù)值如表4所示。

表3 篩選后的光伏電站數(shù)據(jù)庫中的發(fā)電量原始值Table 3 Original value of power generation capacity in filtered PV power station database

表4 光伏電站發(fā)電量修正值Table 4 Corrected value of power generation capacity of PV power station

15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)的日總發(fā)電量ESUM的計(jì)算式為：

15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)的日總發(fā)電量與關(guān)口電度表測(cè)量的發(fā)電量E0.2之間的修正系數(shù)λSUM的計(jì)算式為：

任意一個(gè)光伏發(fā)電區(qū)日發(fā)電量的修正值ETRSw+的計(jì)算式為：

15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)日總發(fā)電量修正值ESUM+的計(jì)算式為：

任意光伏發(fā)電區(qū)日發(fā)電量的原始值、修正值及15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)日總發(fā)電量修正值對(duì)照表如表5所示。

表5 各光伏發(fā)電區(qū)發(fā)電量的原始值與修正值對(duì)照表Table 5 Comparison table of original and corrected values of power generation capacity in each PV power generation area

3.2 誤差發(fā)電量的遞推修正

得到15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)日總發(fā)電量的修正值后，發(fā)現(xiàn)其與關(guān)口電度表測(cè)量的發(fā)電量存在誤差，需要進(jìn)行修正。修正時(shí)以測(cè)量精度為0.2級(jí)的并網(wǎng)點(diǎn)關(guān)口電度表測(cè)量的發(fā)電量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，計(jì)算修正系數(shù)λSUM和各光伏并網(wǎng)逆變器當(dāng)日輸出發(fā)電量的修正值。

3.3 修正結(jié)果偏離度分析

為分析修正結(jié)果的準(zhǔn)確度，分別計(jì)算出在典型時(shí)刻(t時(shí)刻)15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)總發(fā)電量修正值ESUM+(t)與該時(shí)刻關(guān)口電度表測(cè)量的發(fā)電量E0.2(t)之間的偏離度δ0.2(t)、ESUM+(t)與典型時(shí)刻(t時(shí)刻)15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)日總發(fā)電量原始值ESUM(t)之間的偏離度δSUM(t)，計(jì)算式為：

對(duì)計(jì)算得到的2個(gè)偏離度進(jìn)行對(duì)比分析，具體如表6所示。

從表6中可以看出，12:08時(shí)刻ESUM+與E0.2的值最為接近，此時(shí)δ0.2值為0.00%，即與關(guān)口電度表測(cè)量精度無偏離；最差的精度為09:07時(shí)刻，此時(shí)偏離關(guān)口電度表測(cè)量精度1.40%。由于關(guān)口電度表測(cè)量精度為0.2級(jí)，光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)量精度為0.5級(jí)，則0.2級(jí)＜修正值的準(zhǔn)確性＜0.5級(jí)，即ESUM+的準(zhǔn)確性低于關(guān)口電度表當(dāng)日發(fā)電量E0.2的測(cè)量精度，高于15個(gè)光伏發(fā)電區(qū)光伏并網(wǎng)逆變器輸出當(dāng)日發(fā)電量ESUM的準(zhǔn)確性，但更接近關(guān)口電度表當(dāng)日發(fā)電量E0.2的測(cè)量精度。而09:00以前的關(guān)口電度表數(shù)據(jù)與修正后數(shù)據(jù)的最大偏離度分別為-71.43%和24.65%，原因是由于當(dāng)日累計(jì)發(fā)電量以MWh為單位，小數(shù)點(diǎn)保留為3位，而09:00前光伏組串發(fā)電時(shí)間短、發(fā)電量非常低，有的發(fā)電量還不到0.001 kWh，各光伏發(fā)電區(qū)的日發(fā)電量數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)被舍棄，造成誤差很大。將目前的發(fā)電量數(shù)據(jù)單位從MWh改換成kWh可提高測(cè)量精度。

表6 偏離度對(duì)比分析Table 6 Comparative analysis of deviation

4 結(jié)論

本文提出了一種基于關(guān)口電度表倒置遞推的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集誤差修正方法，以并網(wǎng)點(diǎn)關(guān)口電度表的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對(duì)光伏電站中箱式變壓器、光伏并網(wǎng)逆變器、匯流箱等設(shè)備的測(cè)控裝置采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正，實(shí)現(xiàn)了光伏電站數(shù)據(jù)的歸一化；并結(jié)合某實(shí)際光伏電站中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了錯(cuò)誤數(shù)據(jù)甄別和誤差修正。本文提出的誤差修正方法一方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)光伏電站中問題數(shù)據(jù)的甄別和修正，另一方面實(shí)現(xiàn)了測(cè)控裝置測(cè)量精度(相對(duì)精度、絕對(duì)精度)的統(tǒng)一，達(dá)到了提高測(cè)量精度的目的。

由于光伏電站的數(shù)據(jù)量較大，且不同設(shè)備來自不同廠家，難以保證所有數(shù)據(jù)采集裝置的測(cè)量精度統(tǒng)一，通過本文所述誤差修正方法可提高光伏電站中如光伏并網(wǎng)逆變器、匯流箱等數(shù)據(jù)采集裝置的測(cè)量精度，進(jìn)一步降低成本。本誤差修正方法為解決現(xiàn)有光伏電站中數(shù)據(jù)采集裝置相對(duì)精度參差不齊、數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一判斷分析的問題提供了一種新的思路，為實(shí)現(xiàn)光伏電站智能運(yùn)維提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。