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大型地面并网光伏电站设计建模与故障分析王昊轶中国科学院电工研究所内容与目标概述利用计算机辅助设计与现代优化技术，以光伏电站能效模型为基础，开发出一整套贯穿光伏电站设计、运维、评估全生命周期的综合应用工具包。用以指导工程技术人员完成电站精细化设计和离线特性分析。在设计阶段实现光伏电站各个能量变换环节能效损失指标的精确计算；在运维阶段，利用设计软件输出的设计模型，进行电站运行特性的在线分析和故障诊断，进而实现智慧运维，提高系统整体能效的目的。故障分析设计建模能效模型建立太阳辐射与环境变量的分析方法光伏发电系统能量变化数学模型光伏发电系统的数值仿真模拟算法电站设计场景的计算机建模与可视化分析技术光伏电站系统优化设计技术（理论优化与经验统计优化）光伏电站经济性评价模型在线故障诊断与分析算法概述内容与目标设计建模能效模型建立故障分析系统物理模型，在电站运行、控制、维护中的应用范围光伏电站物理模型数据采集与监视自动发电控制功率预测智慧运维管理网侧调度电站发电与储能设备电站精细化设计内容与目标概述设计建模能效模型建立故障分析物理模型应用范围目标：将精细化设计与智慧运维联系起来提高系统整体能效能效模型建立内容与目标野外实证性实验基地系统物理模型数据建模概述设计建模故障分析仿真分析阵列采光表面辐射计算；灰尘、遮挡辐射衰减及电气特征分析；组件表面热分布模型；组件光电转换模型；直流线路损耗模型；直流线路引起的失配损耗模型；DC-AC转换模型；MPPT跟踪效率模型；交流线路损耗模型核心模型算法库光伏电站模型电站电气分析机械结构分析资源数据分析太阳轨迹模型经济评估基础数据管理逆变器光伏组件变压器电缆地理位置资源数据光伏电站设计结果和计算机模型项目文件管理资源分析与评估电站方阵设计电站整体布局设计电站运行特性分析电站经济评估辐照温度风速风向电气方案支架设计三维遮挡分析二维方阵排布设计一次系统结构潮流分析损耗分析短路计算运行方式局部遮挡电池阵列故障灰尘影响二维布局设计电站定义设计进度项目报表工程技术人员通过软件实现设计建模内容与目标设计建模能效模型建立概述故障分析Photon杂志光伏组件与逆变器数据库：用户自定义数据库：软件开发完成完整的数据库维护界面，用户可根据当地气象站数据及其他设备参数进行维护。NASA卫星繁衍数据库：国家气象局服务中心数据库：软件的电气参数与气象数据管理内容与目标设计建模能效模型建立概述故障分析相对于倾斜表面太阳的位置地外倾斜表面辐射地外水平表面辐射直射因子地表水平辐射数据晴空因子地表水平辐射的直散分离光伏阵列表面辐射光伏阵列结构数据表面辐射计算与倾角优化内容与目标设计建模能效模型建立概述故障分析内容与目标地形分析与阵列间距的设计AutoCAD等高线地形图导入地形图重构电站红线范围划定坡度计算阵列间距电气模型辐射模型能量输出特征太阳轨迹设计建模能效模型建立概述故障分析阵列倾角、朝向阴影遮挡面积辐射衰减阵列间距阵列倾角阵列采光面面积遮挡因子阵列电气模型阵列失配电气特性阵列间遮挡情况下的辐射衰减与电气特性内容与目标设计建模能效模型建立概述故障分析组串设计与接线分析算法组件参数逆变器参数功率约束面积约束组串方案阵列单元设计组件接线分析局部遮挡分析内容与目标设计建模能效模型建立概述故障分析组件失配条件下的特性分析内容与目标设计建模能效模型建立概述故障分析组件失配条件下的特性分析内容与目标组件参数阵列失配条件PV曲线生成时序PV曲线生成能量输出计算设计建模能效模型建立概述故障分析动态遮挡变化通过设计建模实现电站性能预评估内容与目标设计建模能效模型建立概述故障分析设计建模内容与目标系统模型离线分析电站精细化设计电站评估设备性能检测故障诊断设备已经损坏，需要现场维修或更换。发现设备运行缺陷，极早进行消缺、维护，避免设备损坏。能效模型建立概述故障分析内容与目标功率损耗分析在线故障预判通过理论损耗与实际损耗的比对分析，找到异常损耗环节，识别出异常消耗功率的部件，提前实现在线故障预判。智慧运维管理1、安装角度、表面污垢、遮挡造成的表面辐射损耗；2、组件运行温度超出参考温度，造成单个组件功率损耗；3、组件失配、表面辐射和温度不均造成的组串系统功率损耗；4、电缆、MPPT效率、逆变效率造成的功率损耗；设计建模能效模型建立概述故障分析内容与目标发生局部遮挡造成损耗时的电气偏差表象设计建模能效模型建立概述故障分析内容与目标发生组串断路时的电气偏差表象设计建模能效模型建立概述故障分析