CN102362360A - 用于太阳能发电系统的故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于太阳能发电系统的故障检测方法，该太阳能发电系统有多个太阳能电池串，在每一个太阳能电池串中多个太阳能电池模块被彼此串联连接。在该方法中，每一个太阳能电池模块的电流值或每一个太阳能电池串的电流值以及整个太阳能发电系统的总电流值被测量；把每一个太阳能电池模块的测量电流值或每一个太阳能电池串的测量电流值与从整个太阳能发电系统的总测量电流值计算出来的每一太阳能电池模块的平均电流值或每一太阳能电池串的平均电流值比较；当一个或多个太阳能电池模块的测量电流值或一个或多个太阳能电池串的测量电流值(的每一个)比每一太阳能电池模块的计算平均电流值或每一太阳能电池串的计算平均电流值低某一预定的百分比或更多，则处于低电流值状态的太阳能电池模块或太阳能电池串被选取作为故障候选者；并且然后该被选取的模块或串被显示或报告。

Description

用于太阳能发电系统的故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种方法，用于当每一个太阳能电池模块或太阳能电池串中的测量发电量(电流值)下降时，精确地不受任何暂时外界因素影响地检测太阳能发电系统的故障。
背景技术
为了有效地使用太阳的能量，其中被布置大量太阳能电池板的太阳能发电系统已经广泛普及。关于太阳能发电系统，已有各种系统，其范围从安装在屋顶上的各个小规模系统到能够供应区域电力的有1兆瓦或更大发电量的各个大规模系统。
例如，如在图1中所示的大规模系统中，多个太阳能电池模块1被彼此串联连接以便构成每一个太阳能电池串2，并且，如有必要，用于防止回流的二极管4被连接到其电功率端。太阳能电池串2的两端被连接到电力电缆3以便收集电功率。有大量的各有这种结构的太阳能电池串2。在各个串中产生的电功率通过电力电缆3收集，以便送至单独的收集功率的终端设备。被收集的功率将作为太阳能发电系统的输出。
在任何太阳能发电系统中，由于建立该系统的工作中的误差、其零件的缺陷、基于多年使用的随寿命而退化、由雷电之类引起的故障、或诸如天气、其保养或遮蔽等外界因素，其太阳能电池模块或太阳能电池串的发电量可能下降。当发电量的下降是被任何暂时的外界因素引起时，这种下降可以被忽略。然而，当它是被故障引起时，需要尽快修复或更换相应的模块或串。
然而，在由许多太阳能电池模块或太阳能电池串组成的发电系统中，为了通过排除外界因素的影响，只找出有故障的模块或串，需要相当多的时间和劳动。要识别故障本身的存在是困难的，尤其是在如图2所示的兆太阳能系统中，为提供1兆瓦或更多的发电量，其中一千或更多的串或者数千或更多的模块被布置在比数百平方米面积更广的场地中。要对故障的位置定位更为困难。
太阳能发电系统的异常性的惯用检测，一般是以构成太阳能电池板的每一个太阳能电池模块为单元或以由多个太阳能电池模块组成的每一个太阳能电池串为单元实现的。
例如，专利文献1建议太阳能电池模块各有用于以每一个太阳能电池模块为单元检测电流或电压的检测装置和用于根据来自该多个检测装置的输出进行通信的通信装置。上述太阳能电池模块的目的是取消必需在每一个模块附近用检查工人来检查故障。然而，只有一个电参数值的异常性能够被检测到。因此，要通过排除外界因素诸如天气的影响，精确地只选取有故障的模块是困难的。
专利文献2建议一种用于太阳能电池的异常性检测设备，其中，通过在给定周期上的计算太阳能电池发电量数据与存储装置中存储的发电量数据之间进行比较，决定太阳能电池中是否产生异常性，该存储装置中存储的发电量数据是先前在与上述的计算发电量数据被测量时的状况对应的状况下被测量的，并已经被存储在该存储装置中。该设备是一种其中的比较是在发电量数据之间进行的设备，这些发电量数据是为了做出决定而时常在相互类似的天气中被测量的，从而降低环境的状况变化，诸如与天气有关的太阳辐射量的变化的影响。然而，要适当地从先前的发电量数据中选取类似的比较数据是困难的。另外，还有一个问题是，当在一天中产生不可预见的天气变化时，该决定的精确度是非常低的。再有，要按照天气或季度存储过去的发电量数据和处理该数据以便成为可用作比较的数据，是非常麻烦的工作。结果导致该项工作使系统变得复杂的问题。
专利文献3建议一种太阳能发电系统，其中当大于过去发电数据与目前发电数据之间预定量的量的变化已经造成时，显示已经造成该变化的报告书。该系统还把目前发电数据与过去发电数据比较，亦有如专利文献2同样的问题。
(现有技术文献)
(专利文献)
1.日本专利申请公布(JP-A)No.2004-269531
2.日本专利申请公布(JP-A)No.123594/95
3.日本专利申请公布(JP-A)No.2006-310780
发明内容
本发明要解决的问题
本发明是有鉴于惯用技术中这些问题而做出的，其目的是提供一种方法，用于按简单的方式以高精度检测太阳能发电系统的太阳能电池模块或串的故障，基本上不受任何暂时外界因素的影响，以及该方法所用于的装备。
解决问题的手段
为了达到该目的，本发明首先注意到如下一些事实：当某一太阳能电池模块或串处于故障状态，其电流值(发电量)比大量其他太阳能电池模块或串的电流值低预定的百分比或更多时，该大量其他太阳能电池模块或串正常地产生功率并暴露在与有故障的太阳能电池模块或串同样的条件下；即使当太阳能电池模块或串的故障存在时，也只占全部模块或串的少数，而其大多数是正常工作的；以及从长时间来看，对任何模块或串，在外界因素诸如天气对太阳能电池模块或串的电流值的影响之间，按程度上说不会产生大的差别。根据这些观察结果，本发明人已经发现，通过把每一个太阳能电池模块或串的电流值与从全部太阳能电池模块或串的总电流值计算出来的每一模块或串的平均电流值比较，外界因素诸如天气的影响基本上被取消，于是一个或多个故障候选者能够容易地被高精度检测到，结果导致本发明的产生。
因此，本发明采取如下(1)到(6)的主题：
(1)一种用于太阳能发电系统的故障检测方法，该太阳能发电系统有多个太阳能电池串，在每一个太阳能电池串中多个太阳能电池模块被彼此串联连接。其中：每一个太阳能电池模块的电流值或每一个太阳能电池串的电流值以及整个太阳能发电系统的总电流值被测量；把每一个太阳能电池模块的测量电流值或每一个太阳能电池串的测量电流值与从整个太阳能发电系统的总测量电流值计算出来的每一太阳能电池模块的平均电流值或每一太阳能电池串的平均电流值比较；当一个或多个太阳能电池模块的测量电流值或一个或多个太阳能电池串的测量电流值(的每一个)比每一太阳能电池模块的计算平均电流值或每一太阳能电池串的计算平均电流值低某一预定的百分比或更多，则处于低电流值状态的太阳能电池模块或太阳能电池串被选取作为故障候选者；以及然后该被选取的模块或串被显示或报告。
(2)按照项(1)的用于太阳能发电系统的故障检测方法，其中该电流值的测量和比较是持续地或断续地进行的。
(3)按照项(1)或(2)的用于太阳能发电系统的故障检测方法，其中，该太阳能电池模块或太阳能电池串中的即使在预定的周期过去后仍被检测到低电流值状态的一个或多个太阳能电池模块或太阳能电池串被选取作为故障候选者。
(4)按照项(1)到(3)任一项的用于太阳能发电系统的故障检测方法，其中具有30％或更多的电流值下降百分比的太阳能电池模块或太阳能电池串被选取作为故障候选者。
(5)一种太阳能发电系统，具有多个太阳能电池串，在每一个太阳能电池串中多个太阳能电池模块被彼此串联连接，其中该系统包括：测量设备，用于对每一个太阳能电池模块的电流值和/或每一个太阳能电池串的电流值以及整个太阳能发电系统的总电流值进行测量；比较装置，用于把每一个太阳能电池模块的测量电流值和/或每一个太阳能电池串的测量电流值与从整个太阳能发电系统的总测量电流值计算出来的每一太阳能电池模块的平均电流值和/或每一太阳能电池串的平均电流值比较，并且然后，当一个或多个太阳能电池模块的测量电流值和/或一个或多个太阳能电池串的测量电流值(的每一个)比每一太阳能电池模块的计算平均电流值和/或每一太阳能电池串的计算平均电流值低某一预定的百分比或更多时，选取处于低电流值状态的太阳能电池模块和/或太阳能电池串作为故障候选者；以及显示或报告装置，用于显示或报告该故障候选者。
(6)按照项(5)的太阳能发电系统，其中该系统提供1兆瓦或更多的发电量。
本发明的效果
在本发明的用于太阳能发电系统的故障检测方法中，所执行的仅仅如下：在当一个或多个太阳能电池模块或串的测量电流值(的每一个)比从整个系统的总电流值计算出来的每一太阳能电池模块或串的平均电流值低某一预定的百分比或更多的时候，则处于低电流值状态的太阳能电池模块或串被选取作为故障候选者。因此，故障检测能够以非常简单的方式实现。此外，要被相互比较的电流值是基于在相同时间处于基本上相同环境下的太阳能电池模块或串，它们基本上受外界因素诸如天气的同等影响；因此，不用参照过去的数据或进行任何复杂的处理，故障候选者能够以高精度被选取，而外界因素引起的影响被排除。本发明的用于太阳能发电系统的故障检测方法，尤其达到大大降低用于检测兆太阳能系统故障的费用，其中在广阔的场地上有提供1兆瓦或更多发电量的大量太阳能电池模块或串。
附图说明
图1是太阳能发电系统的例子的原理图。
图2是兆太阳能系统的例子的原理图。
图3是曲线图，其中如下的值被随时间描绘：从图2中的整个兆太阳能系统的总电流量计算出来的每一太阳能电池串的平均电流值；和指定的太阳能电池串的电流值。
具体实施方式
本发明的用于太阳能发电系统的故障检测方法，现在将在下面参照附图被示出，虽然本发明不受其限制。
可应用本发明的方法的太阳能发电系统，是如图1所示的系统，它有多个相同的太阳能电池串2，在每一个太阳能电池串2中，多个相同的太阳能电池模块1被彼此串联连接。本发明的方法以高精度实现一个或多个太阳能电池模块1或太阳能电池串2的故障的检测。
本发明的方法可用于从各个安装在家庭住宅房顶上的小规模系统到各个供应1兆瓦或更大发电量的大规模系统的系统中。该方法对各个安装有非常大量太阳能电池模块或串且要求非常多的劳动用于检查模块或串的工作的兆太阳能系统产生极其巨大作用。
如图2所示，在兆太阳能系统中，布置大量太阳能电池模块11，在该太阳能电池模块上分别被安装提供相同发电量的太阳能电池板。如从区A的局部放大视图所了解的，区A是该系统的局部区，各个太阳能电池模块11产生的电功率分别通过相应的串12分别被送至接线盒13，每一个串12例如由18块模块11构成。此外，所有接线盒13中的电功率被收集到集电箱14、被发送到功率调节器(未示出)，然后被送到外部。可应用本发明的方法的太阳能发电系统，就每一个串的模块的数量是多个而言，和就系统中串的数量是多个而言，尤其不受限制。在本发明的方法中，最好是每一个串的模块数量为3到100，以及系统中串的数量为100到10000。然而，必须使系统中使用的各个太阳能模块的类型，以及每一个串的模块数量彼此相等以便精确地比较电流值。
作为任何一个太阳能模块或串的发电量(电流值)下降的原因，有可以忽略的暂时原因，也有要求修复或更换的持久原因。暂时原因包含白天光照的小时数、云的存在、下雨天气和其他天气因素；建筑物的阴影；其周期性维护和其他。持久原因包含太阳能电池模块的故障、导线断开、用于防止回流的二极管的损坏、其测量设备或通信装置的故障、鸟的粪便和其他。在本发明的方法中，其中由于可以忽略的暂时原因使发电量下降的太阳能电池模块或串被排除，并只对其中由于持久原因导致发电量下降的真正需要被修复或更换的太阳能模块或串进行检测。
当每一发电量暂时下降的原因被考虑时，这些原因难以包含只影响一个模块或串的原因。例如天气因素，诸如白天光照的小时数、云的存在、下雨天气，基本上相同地影响系统中所有模块或串。因此，当指定的一个太阳能模块或串的发电量(电流值)由于上述暂时原因变得低于正常值，则每一个其他模块或串的发电量也应被降低相同程度。基于该观察结果，在本发明中，把每一个太阳能电池模块或串的测量电流值与从整个系统的总电流值计算出来的每一模块或串的平均电流值比较，该总电流值是在相同时间在基本上相同环境下被测量的；且当一个或多个测量电流值(的每一个)比该平均电流值低某一预定百分比或更多时，则处于低电流值状态的模块或串被选取作为故障候选者。按照该比较方法，只有模块或串中的处于故障状态的一个或多个模块或串能够被精确检测，不受任何暂时外界因素的影响。
电流值测量是在每一个太阳能电池模块中进行或是在每一个太阳能电池串中进行，取决于其中将要被检测故障的单元。当太阳能发电系统的规模是小的时，最好在它的每一个模块中进行测量。当规模是大的或测量设备的数量从成本观点看被要求做成少的时，最好在它的每一个串中进行测量。电流值之间比较的方式按照将要被测量的单元变化。比较是在任一个模块的测量电流值与每一模块的平均电流值或在任一个串的测量电流值与每一串的平均电流值之间进行。每一模块的平均电流值或每一串的平均电流值是通过用模块数或串数除整个太阳能发电系统的总测量电流值计算的。
按照本发明的方法，当上述比较的结果表明，一个或多个太阳能电池模块的测量电流值或一个或多个太阳能电池串的测量电流值(的每一个)比上述计算的每一太阳能电池模块的平均电流值或每一太阳能电池串的平均电流值低某一预定的百分比或更多，则处于低电流值状态的太阳能电池模块或太阳能电池串被选取作为故障候选者。这个用于选取的每一个电流值的下降的百分比，最好是30％或更大，更可取的是40％或更大，以便该系统在选取时不致拾取噪声。当整个系统的总电流值低至预期极大电流值的20％或更小时，即使比较被做出，精度也可能是差的。因此，故障候选者的选取可以暂时停止。或者，当选取被执行时，最好让用于选取的每一个电流值的下降的百分比条件高达50％或更高。
太阳能电池模块或串的电流值的测量和比较可以持续地进行，也可以按例如数秒钟、数分钟、数十分钟和数小时的时间间隔断续地进行。当整个系统的总电流值是零或非常低的值时，故障候选者不容易被选取，因此，最好暂时地停止测量或比较。选取太阳能电池模块或串作为故障候选者，可以基于只在某一确定时间的比较结果进行。然而，为了改进精度，作为模块或串中的故障候选者，最好是仅仅选取在某一预定周期或更长时间上其中电流值已经持续地低于该预定百分比或更大的一个或多个模块或串。在本情形中，该持续时间是选取所必需的，模块或串的电流值降低状态在该持续时间期间是持续的，该持续时间最好是10分钟或更长、30分钟或更长、1小时或更长、3小时或更长、4小时或更长、8小时或更长、1天或更长、3天或更长和7天或更长。即使故障候选者被选取了，检查太阳能电池模块或串的工作还不能立刻开始。因此，该周期(持续时间)可以与检查工人进行的检查之间的每一个时间间隔匹配。在故障候选者被选取之后，该故障候选者被显示或报告以便把它报告给管理者或检查工人。
图3是曲线图，画出图2所示兆太阳能系统中指定的三个太阳能电池串(st1、st2、st3)的电流值的运动，以及从整个系统的总电流值在三天的周期上(只在日照期间)计算的每一个串的平均电流值的运动。当参照图3把该三个太阳能电池串每一个的测量电流值与该三天的平均电流值比较时，每一个测量电流值从平均电流值下降的百分比基本上是零，从而小于30％。这一点表明，即使当周期已被产生时，当该三个太阳能电池串(st1、st2、st3)的每一个的测量电流值暂时下降时，那么这样的下降是起因于暂时外界因素，所以它不对应于故障。基于这一概念，在本发明的方法中，有关所有太阳能电池模块或串的电流值都被分别测量，且每一个测量电流值都被与平均电流值比较。结果，所有模块或串中的一个或多个模块或串其中测量电流值低于平均电流值某一预定百分比或更多，或其中低电流值状态是持续的，才被选取作为故障候选者。本发明的方法的特征在于，该方法非常简单而对抗选取故障候选者的噪声小。
下面将描述用于实现本发明的方法的太阳能发电系统。如上所述，该太阳能发电系统有多个相同的太阳能电池串，每一个太阳能电池串中多个相同的太阳能电池模块被彼此串联连接。该系统最好是提供1兆瓦或更多发电量的系统。本发明的太阳能发电系统必须有测量设备，用于测量每一个太阳能电池模块的电流值和/或每一个太阳能电池串的电流值以及用于测量整个太阳能发电系统的总电流值。该电流值测量设备可以是惯用技术中熟知的任何装置，因此，例如下面的方法可以被采用：一种方法是，以串联地把用于测量的电阻插入到测量点测量该电流，并且然后转换为电阻两端的电压的方式。该测量设备被适当地安装到每一个模块或串上，或安装到功率集电箱上。采用对所有模块或串的各个测量电流值求和而获得的值作为整个系统的总电流值是容许的。
本发明的太阳能发电系统还必须有比较装置，用于把每一个测量电流值与平均电流值比较，并根据比较结果选取一个或多个太阳能电池模块或串作为一个或多个故障候选者。该装置必须具有的功能是：通过有线或无线通信装置获得由测量设备测量的电流值数据；把每一个太阳能电池模块的测量电流值和/或每一个太阳能电池串被测量的电流值与从整个太阳能发电系统的总测量电流值计算出来的每一太阳能电池模块的平均电流值和/或每一太阳能电池串的平均电流值比较；并且然后，当一个或多个测量电流值(的每一个)比平均电流值低某一预定的百分比或更多时，选取处于低电流值状态的太阳能电池模块和/或太阳能电池串作为故障候选者。作为该装置，任何惯用技术中熟知的计算装置可以被使用。在这种情形中，该计算装置可以如上所述预先把比较条件和选取条件编程，然后被操作。
本发明的太阳能发电系统还必须有显示或报告装置，用于显示或报告故障候选者，以便把被选取为故障候选者的太阳能电池模块和/或太阳能电池串报告给管理者。该显示装置例如可以是液晶或LED显示设备，用于以字符、符号或图形显示故障候选者。该报告装置例如可以是声学设备，诸如扬声器，以便用声音宣布故障候选者。在本发明的太阳能发电系统中，任何惯用技术中熟知的利用与过去数据比较的异常性检测装置，可以与上面所述的设备和装置进一步组合。此外，不同于电流值的参数可以被添加为被测量参数。
工业上的可应用性
按照本发明，尤其是在提供1兆瓦或更大的发电量的太阳能发电系统中，一个或多个它的太阳能电池模块或串的故障，能够以简单方式精确地被选取。因此，本发明能够及时地对付系统中一个或多个故障点。此外，本发明的装备和方法能够容易地添加到和引用到任何已有太阳能发电系统。
参考数字的解释
1：太阳能电池模块
2：太阳能电池串
3：电力电缆
4：用于防止回流的二极管
11：太阳能电池模块
12：太阳能电池串
13：接线盒
14：集电箱

Claims (6)

1.一种用于太阳能发电系统的故障检测方法，该太阳能发电系统有多个太阳能电池串，在每一个太阳能电池串中多个太阳能电池模块被彼此串联连接，其中：每一个太阳能电池模块的电流值或每一个太阳能电池串的电流值以及整个太阳能发电系统的总电流值被测量；把每一个太阳能电池模块的测量电流值或每一个太阳能电池串的测量电流值与从整个太阳能发电系统的总测量电流值计算出来的每一太阳能电池模块的平均电流值或每一太阳能电池串的平均电流值比较；当一个或多个太阳能电池模块的测量电流值或一个或多个太阳能电池串的测量电流值(的每一个)比每一太阳能电池模块的计算平均电流值或每一太阳能电池串的计算平均电流值低某一预定的百分比或更多，则处于低电流值状态的太阳能电池模块或太阳能电池串被选取作为故障候选者；以及然后该被选取的模块或串被显示或报告。
2.按照权利要求1的用于太阳能发电系统的故障检测方法，其中该电流值的测量和比较是持续地或断续地进行的。
3.按照权利要求1或2的用于太阳能发电系统的故障检测方法，其中，该太阳能电池模块或太阳能电池串中的即使在预定的周期过去后仍被检测到低电流值状态的一个或多个太阳能电池模块或太阳能电池串被选取作为故障候选者。
4.按照权利要求1到3任一项的用于太阳能发电系统的故障检测方法，其中具有30％或更多的电流值下降百分比的太阳能电池模块或太阳能电池串被选取作为故障候选者。
5.一种太阳能发电系统，具有多个太阳能电池串，在每一个太阳能电池串中多个太阳能电池模块被彼此串联连接，其中该系统包括：测量设备，用于对每一个太阳能电池模块的电流值和/或每一个太阳能电池串的电流值以及整个太阳能发电系统的总电流值进行测量；比较装置，用于把每一个太阳能电池模块的测量电流值和/或每一个太阳能电池串的测量电流值与从整个太阳能发电系统的总测量电流值计算出来的每一太阳能电池模块的平均电流值和/或每一太阳能电池串的平均电流值比较，并且然后，当一个或多个太阳能电池模块的测量电流值和/或一个或多个太阳能电池串的测量电流值(的每一个)比每一太阳能电池模块的计算平均电流值和/或每一太阳能电池串的计算平均电流值低某一预定的百分比或更多时，选取处于低电流值状态的太阳能电池模块和/或太阳能电池串作为故障候选者；以及显示或报告装置，用于显示或报告该故障候选者。
6.按照权利要求5的太阳能发电系统，其中该系统提供1兆瓦或更多的发电量。
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