一種小型光伏電站的故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種小型光伏電站的故障診斷方法，屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各種各樣的光伏系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，光伏發(fā)電系統(tǒng) 的容量已從KW級(jí)發(fā)展到MW級(jí)。對(duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和定期的性能評(píng)估對(duì)保障系統(tǒng)達(dá)到最 大的能量收益和得到可靠的發(fā)電功率具有重要意義。光伏組件一般長(zhǎng)期運(yùn)行于室外環(huán)境 中，光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電性能受氣象因素影響極大，尤其是受太陽(yáng)輻照度與環(huán)境溫度影響較 為明顯，易出現(xiàn)模型老化、光伏組件遮擋、光伏組件連接錯(cuò)誤、熱斑效應(yīng)等故障，導(dǎo)致系統(tǒng)的 發(fā)電效率降低。
[0003] 目前，從國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)可知，大部分光伏系統(tǒng)故障診斷方法利用仿真軟件，進(jìn)行建模 仿真，再與實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，判定故障類型時(shí)，一般是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法、神 經(jīng)模糊算法等方法，很難將故障定位到某個(gè)有故障的組件。在創(chuàng)建這些仿真模型時(shí)，要保證 模型較高的精確度和可擴(kuò)展性，仍然很難實(shí)現(xiàn)，而且建立的模型在很大程度上也很難和實(shí) 際的工作條件一致，一旦模型較復(fù)雜時(shí)，建模難度也將大大提高。相對(duì)于國(guó)外，我國(guó)在光伏 系統(tǒng)故障診斷方面的研究起步較晚，目前很多落后的地方都還要依靠人工來(lái)診斷故障，效 率較低，人力、物力易受到限制，因此利用人工智能技術(shù)來(lái)診斷故障具有極大的發(fā)展空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種小型光伏電站的故障診斷方 法，解決現(xiàn)有技術(shù)中光伏電站故障診斷效率低、故障診斷準(zhǔn)確率不高的技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種小型光伏電站的故障診 斷方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟一：系統(tǒng)整體故障判定：首先判定系統(tǒng)是否存在故障，如果存在系統(tǒng)故障，則 系統(tǒng)報(bào)警，啟動(dòng)故障診斷程序，進(jìn)入步驟二；否則，循環(huán)本步驟；
[0007] 步驟二：固定遮擋物陰影排除：判定系統(tǒng)故障是否由固定遮擋物引起，若是由固 定遮擋物引起，則不作為系統(tǒng)故障處理，解除報(bào)警；否則，進(jìn)入步驟三，作具體故障類型判 定；
[0008] 步驟三：具體故障類型判定：將系統(tǒng)故障分為：組件連接錯(cuò)誤，組件旁路，老化、電 網(wǎng)錯(cuò)誤三種，逐一比較判定，將系統(tǒng)故障進(jìn)行歸類。
[0009] 步驟一所述系統(tǒng)整體故障判定的具體方法如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種小型光伏電站的故障診斷方法，其特征在于，包括w下步驟： 步驟一；系統(tǒng)整體故障判定；首先判定系統(tǒng)是否存在故障，如果存在系統(tǒng)故障，則系統(tǒng) 報(bào)警，啟動(dòng)故障診斷程序，進(jìn)入步驟二；否則，循環(huán)本步驟； 步驟二：固定遮擋物陰影排除：判定系統(tǒng)故障是否由固定遮擋物引起，若是由固定遮 擋物引起，則不作為系統(tǒng)故障處理，解除報(bào)警；否則，進(jìn)入步驟H，作具體故障類型判定； 步驟H ;具體故障類型判定；將系統(tǒng)故障分為；組件連接錯(cuò)誤，組件旁路，老化、電網(wǎng)錯(cuò) 誤H種，逐一比較判定，將系統(tǒng)故障進(jìn)行歸類。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型光伏電站的故障診斷方法，其特征在于，步驟一所述系 統(tǒng)整體故障判定的具體方法如下： 步驟101;定義兩種系統(tǒng)的電流、電壓故障判定因子EI、EV; ^梢1 ，同時(shí)設(shè)定系統(tǒng)的電流、電壓故障判定因子對(duì)應(yīng)的闊值y和0 ; 步驟102 ;根據(jù)系統(tǒng)測(cè)得的光伏陣列最大功率點(diǎn)處總電流Im、總電壓Vm，計(jì)算EI和EV， 其中Iml、Vml分別是根據(jù)當(dāng)前的福照度和溫度計(jì)算得出的系統(tǒng)最大功率點(diǎn)處的總電流理論 值、總電壓理論值； 步驟103 ;系統(tǒng)最大功率點(diǎn)處的電壓理論值Vml、電流理論值Imi的計(jì)算公式如下所示： Np-Isc Vml=k2*Ns.V〇c 其中；ki;電流比例常數(shù)，具體由所用光伏組件決定，取值范圍為；0. 78-0. 92 ;k 2;電壓 比例常數(shù)，具體由所用光伏組件決定，取值范圍為；〇. 71-0. 78化:光伏陣列中串聯(lián)的光伏 組件個(gè)數(shù)；Np;光伏陣列中并聯(lián)的光伏組件個(gè)數(shù)；I se;當(dāng)前福照度和溫度情況下單個(gè)光伏組 件的理論短路電流；V。。;當(dāng)前福照度和溫度情況下單個(gè)光伏組件的理論開(kāi)路電壓；
其中，Isaaf:標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下光伏組件的短路電流； a :光伏組件短路電流溫度系數(shù)； Tuf;標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下光伏組件工作的溫度，Tuf= 25C ; T ;光伏組件當(dāng)前時(shí)刻工作溫度； Vaauf:標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下光伏組件的開(kāi)路電壓； a ;開(kāi)路電壓的福照度修正系數(shù)； 目：光伏組件開(kāi)路電壓溫度系數(shù)； G ;當(dāng)前時(shí)刻光伏組件共面福照度； Guf;標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下光伏組件共面福照度lOOOW/m 2; 步驟104 ;比較判定：當(dāng)不滿足EK y、EV< 0時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)存在故障，發(fā)出警報(bào)，啟動(dòng)故
障診斷程序。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型光伏電站的故障診斷方法，其特征在于，步驟二所述固 定遮擋物陰影排除的具體方法如下： 步驟201 ;調(diào)用光伏陣列中各串光伏組件近3天的電流、電壓、福照度、溫度數(shù)據(jù)，根據(jù) 單串光伏組件最大功率點(diǎn)處的電流、電壓，計(jì)算數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常串的故障判定因子：
其中；lim為每一串光伏組件的實(shí)測(cè)電流；I im2為每一串光伏組件的理論電流；I im2二 1^1乂1,。;￥1。為每一串光伏組件的實(shí)測(cè)電壓；￥1。2為每一串光伏組件的理論電壓：乂1。2 = k2XNsXV"c= Vmi; 通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)得到異常串的電流故障判定因子闊值和電壓故障判定因子闊值O 1， 若EIi< y 1，EVi< 0 1，則說(shuō)明系統(tǒng)可能存在固定遮擋物，進(jìn)入步驟202進(jìn)一步判定； 步驟202 ;依靠數(shù)學(xué)方法，根據(jù)固定遮擋物的體積和太陽(yáng)光的入射角，計(jì)算固定遮擋物 在陽(yáng)光下的陰影面積，若某一時(shí)刻，計(jì)算出來(lái)的陰影面積能夠遮住光伏組件，并且測(cè)得被遮 擋光伏組件所在串的電流與正常工作情況下的電流相比減小，即判定此系統(tǒng)故障為固定遮 擋物陰影所致，不作為系統(tǒng)的一種故障，系統(tǒng)將自動(dòng)解除警報(bào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型光伏電站的故障診斷方法，其特征在于，步驟H所述具 體故障類型判定的詳細(xì)步驟如下： 步驟301 ;定義系統(tǒng)中光伏組件存在故障時(shí)的電流、電壓判定因子；C =^、A =^， Im、Vm分別是系統(tǒng)測(cè)得的光伏陣列最大功率點(diǎn)處的總電流和總電壓，語(yǔ)、分別是光伏系 統(tǒng)的短路電流和開(kāi)路電壓，具體計(jì)算公式如下：
步驟302 ;計(jì)算系統(tǒng)中存在光伏組件開(kāi)路故障時(shí)的故障判定因子闊值Fti:當(dāng)某一光伏 組件處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，光伏組件產(chǎn)生的輸出電流等效于串聯(lián)的光伏組件錯(cuò)誤連接產(chǎn)生的電 流，護(hù)el = (AP - !片"。二方馬與^，其中方=1 -古，F(xiàn)ti作為判定單串光伏組件開(kāi)路的闊值Im。 L SC I sc ip 為單個(gè)光伏組件最大功率點(diǎn)的電流，由公式'll + 求得； 步驟303 ;計(jì)算系統(tǒng)中存在光伏組件被旁路故障時(shí)的故障判定因
子Fyi;
Fyl作為判定單串光伏組 件開(kāi)路的被旁路時(shí)的闊值，Vm。為單個(gè)光伏組件最大功率點(diǎn)的電壓，由公式
求得； 步驟304 ;比較判定；正常運(yùn)行的條件下；Fe〉F。。Fv〉Fvi;當(dāng)FF或F F VI時(shí)，表明 當(dāng)前光伏組件所在串出現(xiàn)故障，對(duì)應(yīng)故障類型如下表所示：
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【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種小型光伏電站的故障診斷方法，包含：系統(tǒng)故障判定、固定遮擋物陰影排除和具體典型故障類型判定；根據(jù)所測(cè)到的光伏陣列最大功率點(diǎn)處電流、電壓、輻照度和溫度，計(jì)算系統(tǒng)故障判定因子：若故障判定因子小于設(shè)置閾值，發(fā)出警告，啟動(dòng)故障診斷程序；固定遮擋物陰影排除是利用計(jì)算每串光伏組件的故障判定因子，若小于對(duì)應(yīng)閾值，則計(jì)算遮擋物陰影面積，若某時(shí)刻陰影面積能夠遮住組件，且被遮擋組件所在串的電流減小，說(shuō)明此陰影為固定遮擋物陰影，不作為系統(tǒng)故障；其他典型故障類型的判定是通過(guò)分析各種故障類型相對(duì)應(yīng)的判定條件而確定的。本發(fā)明只需少量的傳感器就可達(dá)到故障診斷的目的，具有運(yùn)營(yíng)成本低、診斷效率高、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H02S50-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104601108
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510070736
【發(fā)明人】丁坤, 馮莉, 覃思宇, 王祥, 翟泉新, 陳富東, 李元良, 顧鴻燁, 江競(jìng)宇
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)常州校區(qū)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日