光伏電站監控：氣象數據在光伏電站性能評估中的重要性和作用1、總覽由于天氣狀況直接影響光伏電站的發電量，所以光伏電站性能評估的核心參數離不開準確的氣象數據。因此每個光伏電站監測系統都需要一組氣象監測傳感器以計算電站核心評估指標，例如場站效率和有效工作時間。數據的采樣與處理方法、傳感器的部署安裝方式也會對評估結果產生部分影響。中國尊動$12：02阿波羅光伏云中國尊動$12：02阿波羅光伏云早SU3計輔舞標桿電ifl1M2."I：—亓U-4453汙4卍?0.94&9和7補貼囲呆腫皓0.427^/kWli;2Q5鮭補貼?0-1元/kWh-20卄帀勒^卜船0.3jg/kWli.3年A<+ft的硝目咎嚴助巨精建M自各種骨傳感器2、光伏系統氣象站常用的傳感器氣象站只需要少量的傳感器即可充分覆蓋評估需求：輻照儀：電站需要使用輻照儀測量一系列的輻照強度，且該輻照儀的響應波段應覆蓋組件可吸收光譜的波段。通常我們會同時使用多個輻照儀來監測不同安裝方式下的輻照。水平安裝輻照儀，用于監測全局水平輻照（該安裝方法應盡量避免地面反射，因為地面反射可能會使測量結果增大20%）;與陣列相同傾角及朝向安裝的輻照儀，用于監測陣列平面所接收的輻照；定制的散射輻照儀，用于監測散射輻照，即全局水平輻照減去直接輻照（該輻照儀并不常用）；基準電池組：包含一個或多個光伏電池單元，可以同時測量輻照和電池片溫度，基準電池組中電池片的材質應與陣列所用組件中電池片的材質相同;雖然基準電池組以其低廉的價格會被用作正規輻照儀的替代品，但是實際上并不能這么用。原因是很難找到與陣列所使用的組件具有相同光譜響應區間的基準電池組，而且其精度、靈敏度穩定性等都是沒有經過認證的。組件背板溫度傳感器：直接安裝在光伏組件的背面以測量組件中電池片的溫度。該測量方法利用一個熱交換模型把組件背板溫度換算到組件內部電池片的溫度。換算過程還需要輸入環境溫度以及風速、風向進行修正。通常情況下，組件背板溫度常常錯誤地被直接引用為電池片溫度。環境溫度傳感器：用于監測實際運行陣列周圍的空氣溫度。濕度計，氣壓傳感器，風速、風向傳感器和雨量計：這些要素與發電量有一定關聯，但是在電站績效評估中一般不使用這些要素。無SIM由智17：47避65%TOC\o"1-5"\h\z＜返回阿液羅光伏云—匸：〔忖0.42「■卅20訃級r■叫01示八'E20F刊；g■-3怡首年發瑕毎評估円9F旳P7535DP沁軒覆適川IX百。時的執卑-年不垃衛咔小h希二以達斷曲暢時圖仁兩只二^標準輻照儀葩時店不確圭性結果3、氣象傳感器正確使用的重要性氣象數據的準確性是電站績效評估的關鍵。數據采集系統必須集成異常值（無效值）檢測及剔除的算法，以保證最后存儲的歷史數據的可靠性。由于異常值會污染現有數據庫，所以數據采集系統有必要檢測這些數據的出現，并對其及時處理。另一種方法是識別出引起錄入錯誤值的觸發事件，設置采集器系統在該事件發生時停止采集，例如當輻照儀處于陰影中時采集器停止錄入其數據。數據采集的各個環節都有可能導致異常值的出現，且傳感器與通訊線纜是最容易導致數據異常的環節。一些策略可以大幅度減少異常值出現的概率，其中多數都與傳感器和光伏電站監控系統的連接方法有關。加裝冗余的傳感器，是一種可以非常有效地保證測量數據準確的方法。如此以來，可以極大地提高數據采集質量的方案就是：如果一個傳感器失效，直接獲取備份數據；對不同傳感器輸出的相同時段的采集數據進行對比分析，以排除一些與統計趨勢不符的異常值；氣象傳感器另一個非常重要的參數是數據采集周期。對于監測電站運行參數的行業經驗是采用15分鐘平均值。但是對于輻照強度這種隨瞬時波動比較大的氣象要素，進行15分鐘步長的瞬時值采樣是非常不明智的。所以采集器需要更快的采樣頻率（可能高達1s），同時輸出在此采樣頻率獲取的15分鐘連續數據的平均值。該處理過程必須慎重考慮所有參與數據采集的儀器可能出現的異常值和時間戳的同步性。采樣異常或者處理出錯都會降低評估的質量。氣象狀況不僅瞬時波動大，而且大型電站場站內各局部區域的差異也非常明顯。對于一個面積足夠大的電站來說，站內特定區域的關鍵績效指標必須使用臨近的氣象數據。根據相關技術績效評估的計算文件聲明，并不希望核心的氣象監測數據在整個場站空間內劇烈波動，因為劇烈的波動會對長時間尺度下電站關鍵績效的計算產生不利影響。假設遇到一些疏散云團飄過數兆瓦的陣列造成的局部遮擋的情景，雖然對陣列局部瞬時的影響非常顯著，但是劇烈的波動會隨當天的時長累計被平滑到對整個場站的穩定影響。由于評估的對象為整個場站，所以輸入計算的氣象數據需要使用場站氣象數據的空間平均值，該數值只能通過匯總電站各局部區域測量數據加工取得。對于建設在地形起伏較大區域的光伏電站，例如光伏組件被安裝在不同的斜坡上，還需要充分考慮斜坡的朝向、傾角以及安裝在每個斜坡上的組件的標稱功率對關鍵績效指標計算的影響，以保證計算的準確性。對于使用差異顯著的技術要求安裝的陣列也有必要在績效評估計算時進行相應的修正。在場站不同的區域部署多個氣象監測系統可以有效降低傳感器全部毀損的概率，例如自然災害、盜竊和物理破壞。最后，高質量的氣象傳感器需要周期性地校準或者其本身使用壽命有限，例如輻照儀至少1年至2年需要校準1次，機械式風速儀的壽命只有半年至1年。預防性維護、校準以及換新對于支持電站的長久運行是至關重要的。??????中MH18：20座V*?57%■??■A.SIM<令10：42@99%■>＜返回詳細報告＜返回詳細報告電站情況成本細分（固定成本）電站位.電必合.上育市市H區?濡3.333.3bN年第計總IM?電站"窣方克■1.269Z、n＞3.574.3435?TFRH??%?目爭電■平均電價1,072，M1.0元/?皿8070.0經濟性分析奔豪■用鸞a■尺xe26.666.6391252622.4成本細分（固定成本）圖2:二強繚昭義與2只基準輻照儀平均馳慝百分比25現金流及累計收人**?申H裡聞▼10J2?＜返回詳蹈報告25現蓋流股集計收入7LN>MW!~-2DM—犀盍沮—25早Jttfl?入電站現揚隔片圖3:基準電池組與2靈基準輻嵋儀平迪值的誤差百分比4、氣象站應用光伏電站氣象監控系統應對氣象傳感器的安裝方式有明確的定義，原因如下：冗余氣象傳感器的應用；在計算方位敏感的關鍵績效時，需要使用指定安裝方式的傳感器測量數據；氣象站的概念是對一個氣象傳感器與它安裝位置關系的最佳闡釋。氣象站集成了一組氣象傳感器及其備件、支架、供電設備、本地的數采集器用于處理及存儲測量的數據。這些傳感器以指定方式安裝，并且電站監控系統可以讀取這些它們的坐標和配置。氣象站并非新鮮概念，全球所有的氣象服務都以其作為氣象監測系統的基礎。氣象站安裝便利且安裝開銷低廉，因此相比于單買各個氣象傳感器，有理由購買稍貴的集成系統。自從氣象站概念被定義以來，氣象站配置標準化和對場站特征進行氣象站配額是非常實用的實施策略。加之實踐中一般使用額定輸出功率、物理面積和斜坡的數量來定義電站內局部區域的典型特征。二者相輔相成不僅可以同步排線與供電設計，也簡化了監測系統的設計、場站的建設以及電站全生命周期儀表校準的實施。

PerfonnanceA-atloliCftfi105%75%70%PRSecondarystandard}—PRQpiyr.2ndclass]PR|re1erenicecell)圏5:各源輻照數據計算葩效率匕嚴DallvPerTofiii^fi€&圖E:彎原輻理數據計算日粟統效率匕拠5、輻照測量案例為了計算最重要的電站績效，我們需要獲取精確可靠的主要氣象數據，所以各種類型輻照測量儀表的評估是其中至關重要的一步。現階段主流的光伏用輻照測量儀表有兩種，輻照儀與基準電池組。基于輻照監測系統從各種類型的儀表采集到的真實輻照數據，比較研究之后的結果顯示出各儀表間的顯著差異。該實驗數據取自某1.7兆瓦光伏電站，其中安裝了各類型的氣象傳感器，明細如下：2只WMO二級標準輻照儀；7只WMO二等標準輻照儀；2個基準電池組；選擇的觀測時段是適宜進行儀表比對實驗的10月中沒有故障或重大問題發生的兩周。在本次實驗開始之前，該光伏電站已經投運一年有余。輻照數據的采集頻率是1秒，且以15分鐘的步長把已記錄數據求平均值。所有用于采樣的輻照模擬信號電流區間為4-20mA，原因如下：更好的故障檢測；更好的抗噪聲性能；為了消除早晚陰影的影響，過濾掉了輻照值低于200Wzm-2的數據。同樣，在計算系統效率時也不會使用輻照值低于200Wzm-2的數據。二級標準輻照儀的數據作為基準數據。二級標準輻照儀的技術要求是最高規格，而且根據相關要求需要對其進行獨立校準。相關要求還規定了小時累計與日累計精確的不確定性水平。為了保證兩只部署在不同區域的二級標準輻照儀都滿足規范要求，它們的時序不確定性水平測試結果都需要在規定值以內，明細如圖：圖1、2顯示，數個二等標準輻照儀的百分比誤差在+-10%，極大誤差達到了20%。這種程度的誤差確實非常有爭議，也許這些輻照數據已經不適合使用。另外，各二等標準輻照儀之間也有顯著的差異。結果表明需要后續測試、維護甚至是對這些二等標準輻照儀進行校準以維持其數據質量水平。圖3表明，基準電池組的測量值不僅維持負百分比誤差，甚至在早晨還會出現極大的波動。當使用輻照數據計算系統效率時，使用準確輻照數據的重要性就顯而易見了。帶入不同的輻照數據計算系統效率的結果比較詳見下圖4：a）二級標準輻照儀的平均值b）二等標準輻照儀的平均值c）基準電池組的平均值系統效率的計算差異非常明顯。而且使用基準電池組測得的輻照數據計算所得系統效率大于100%，這顯然無法接受。帶入純輻射測量值計算的日系統效率差異也十分顯著，如下圖6：

除了需要關注傳感器的質量，采樣的準確性和輻照的可信值也依賴于儀表的安裝方式。該變量也可能對數據可信度產生顯著影響。如果輻照儀的朝向相對于陣列組件朝向向東偏了3°,那么測量的傾角入射輻照已經與陣列所接收的輻照存在顯著差異，所以該輻照儀的輻照數據也會變得不可靠。一個典型的案例如下圖所示：ActivepowertCMdfds-theutlli-tvV5AverageIrrad^mce1.000i.ooo圏了：并網電量與輻E麗比曲茂Maintenanceperformanceratio圖8:栢對于沮件範向偏東3。的焉照牧輸岀值計算的耒統效率圖7中曲線的差異揭示了組件與輻照儀的朝向的差異。在該案例中，輻照儀的朝向相對于組件偏東。所以錯誤的輻照信息會使系統效率的計算完全不可靠。圖8展示了上述輻照儀朝向錯誤的情況所得的當天系統效率波動曲線。由于異常值會引起錯誤報警，所以早晚的低值與高值都是不可接受的：6、總結在光伏電站監測系統中氣象傳感器發揮重要作用，精確的氣象實測數據是跟蹤、評估和控制光伏電站性能參數的關鍵。因此正確安裝足夠數量的氣象傳感器及相關設備，順利采集到與光伏電站相關的合適數據，才能保證無法避免的誤差不會導致錯誤的假