CN103701410A - 一种光伏组串故障识别方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏组串故障识别方法，首先，确定各组串的当前特征曲线，再确定所述当前特征曲线上每个点的切线斜率，并计算任意相邻两个点的切线斜率的差值。之后，判断所述差值的绝对值是否小于第一预设值，如果是，则判定所述组串处于第一工作状态；如果否，则判定所述组串处于第二工作状态。其中，所述第一工作状态包括正常工作状态，所述第二工作状态包括故障状态。可见，本发明提供的一种光伏组串故障识别方法能够自动判定各组串是否发生故障以及故障的程度，有效的解决了现有技术中人为监控光伏组件导致的工作量大、效率低的问题。

Description

一种光伏组串故障识别方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，更具体的说，是涉及一种光伏组串故障识别方法、装置及系统。

背景技术

近年来太阳能光伏产业突飞猛进，光伏组件、光伏逆变器、光伏并网等技术得到迅猛发展。由若干块光伏组件通过串并联方式连接而成的光伏阵列作为光伏发电系统的能量源头，在光伏发电系统中起着异常重要的角色。

光伏组件的特性易受光照及温度的影响，在实际生产中客观环境中影响光照与温度的因素非常多。故障光伏组件在实际电站现场经常可见，如光照受遮挡组件、发生电势诱导衰减（PID）故障组件、有一定程度衰减的组件等等，导致系统产生功率损失，给用户带来直接的经济损失。

目前在光伏电站中针对光伏组件的监控及维护主要靠工作人员在电站现场的定期巡视，该方法人力成本高，工作量大、效率低。且，目前的电站中故障报警一般安装在汇流箱的后端，当发生故障时，工作人员必须对汇流箱前端若干并联的光伏组串进行逐一检测，排查出故障组件，该检修方法有一定的盲目性，效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光伏组串故障识别方法、装置及系统，以克服现有技术中人为监控光伏组件导致的工作量大、效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光伏组串故障识别方法，包括：

确定各组串的当前特征曲线；

确定所述当前特征曲线上每个点的切线斜率；

计算任意相邻两个点的切线斜率的差值；

判断所述差值的绝对值是否小于第一预设值，如果是，则判定所述组串处于第一工作状态；如果否，则判定所述组串处于第二工作状态，所述第一工作状态包括正常工作状态，所述第二工作状态包括故障状态。

优选的，所述确定各组串的当前特征曲线包括：

通过逆变器依次获取各个组串的输出电流值以及输出电压；

根据所述电流值以及所述输出电压，确定出各个组串的I-V曲线，定义所述I-V曲线为当前特征曲线。

优选的，在判定所述组串处于第二工作状态后，还包括：

根据所述当前特征曲线，确定出某一预设电流值对应的当前电压值；

判断所述当前电压值与预设电压值的差值是否大于第二预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第一故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第一故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

优选的，包括：

根据所述当前特征曲线，确定出同一预设电压值对应的当前电流值；

判断所述当前电流值与预设电流值的差值是否大于第三预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第二故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第二故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

优选的，在判定所述组串处于第二工作状态后，还包括：

重复执行多次所述故障识别方法，确定出同一故障的发生次数；

根据预设分类，确定出与所述发生次数相对应的频率程度；

根据所述频率程度以及故障程度，确定出所述组串的当前故障程度，所述故障程度至少包括第一故障程度以及第二故障程度；

当所述组串的当前故障程度超出预设程度范围时，触发报警装置进行报警。

一种光伏组串故障识别装置，包括：

第一确定模块，用于确定各组串的当前特征曲线；

第二确定模块，用于确定所述当前特征曲线上每个点的切线斜率；

第一计算模块，用于计算任意相邻两个点的切线斜率的差值；

第一判断模块，用于判断所述差值的绝对值是否小于第一预设值，如果是，则判定所述组串处于第一工作状态；如果否，则判定所述组串处于第二工作状态，所述第一工作状态包括正常工作状态，所述第二工作状态包括故障状态。

优选的，所述第一确定模块包括：

第一获取模块，用于获取各个组串的输出电流值以及输出电压；

第三确定模块，用于根据所述电流值以及所述输出电压，确定出各个组串的I-V曲线，定义所述I-V曲线为当前特征曲线。

优选的，还包括：

第四确定模块，用于根据所述当前特征曲线，确定出同一预设电流值对应的当前电压值；

第二判断模块，用于判断所述当前电压值与预设电压值的差值是否大于第二预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第一故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第一故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

优选的，还包括：

第五确定模块，用于根据所述当前特征曲线，确定出同一预设电压值对应的当前电流值；

第三判断模块，用于判断所述当前电流值与预设电流值的差值是否大于第三预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第二故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第二故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

优选的，还包括：

第六确定模块，用于重复执行多次所述故障识别方法，确定出同一故障的发生次数；

第七确定模块，用于根据预设分类，确定出与所述发生次数相对应的频率程度；第八确定模块，用于根据所述频率程度以及故障程度，确定出所述组串的当前故障程度，所述故障程度至少包括第一故障程度以及第二故障程度；

报警模块，用于当所述组串的当前故障程度超出预设程度范围时，触发报警装置进行报警。

一种光伏组串故障识别系统，包括任意一项所述的光伏组串故障识别装置。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种光伏组串故障识别方法，首先，确定各组串的当前特征曲线，再确定所述当前特征曲线上每个点的切线斜率，并计算任意相邻两个点的切线斜率的差值。之后，判断所述差值的绝对值是否小于第一预设值，如果是，则判定所述组串处于第一工作状态；如果否，则判定所述组串处于第二工作状态。其中，所述第一工作状态包括正常工作状态，所述第二工作状态包括故障状态。可见，本发明提供的一种光伏组串故障识别方法能够自动判定各组串是否发生故障以及故障的程度，有效的解决了现有技术中人为监控光伏组件导致的工作量大、效率低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供一种光伏组串故障识别方法的流程图；

图2为本发明提供一种光伏组串故障识别方法的另一流程图；

图3为本发明提供一种光伏组串故障识别方法的又一流程图；

图4为本发明提供一种光伏组串故障识别方法的又一流程图；

图5为本发明提供一种光伏组串故障识别方法的又一流程图；

图6为本实施例提供的一种光伏组串故障识别装置的结构示意图；

图7为本实施例提供的一种光伏组串故障识别装置的另一结构示意图；

图8为本实施例提供的一种光伏组串故障识别装置的另一结构示意图；

图9为本实施例提供的一种光伏组串故障识别装置的另一结构示意图；

图10为本实施例提供的一种光伏组串故障识别装置的另一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1，为本发明提供一种光伏组串故障识别方法的流程图，该方法包括：

S101：确定各组串的当前特征曲线。

S102：确定所述当前特征曲线上每个点的切线斜率。

S103：计算任意相邻两个点的切线斜率的差值。

S104：判断所述差值的绝对值是否小于第一预设值。

如果是，则判定所述组串处于第一工作状态；如果否，则判定所述组串处于第二工作状态，所述第一工作状态包括正常工作状态，所述第二工作状态包括故障状态。

需要说明的是，在逆变器众多故障中，遮挡故障是光伏阵列中最常见的故障，也是特征最明显的故障，因此遮挡判断是主要的故障判断内容。

该步骤中通过判断某组串的这段曲线内是否有“阶梯”（或称“拐角”）即可以判断该组串是否发生了遮挡故障，并根据故障严重性初步确定故障类型。当故障导致现象不符合遮挡特性时，则认为系统发生了其它类型的故障。

具体的，本实施例提供了判断是否发生“阶梯”或“拐角”的方法，如下：

判断相邻两个点的切线斜率，当两个切线斜率的幅值突然发生急剧突变，假设第一个点的斜率k₁<0且k₁→-∞，第二个点的斜率k₂<0且k₂→0，此时有k₁《k₂时，即两个斜率的差值较大，则认为此处存在一个“拐角”，因此可以判断出该组串发生了遮挡故障。

可见，本发明提供的一种光伏组串故障识别方法能够自动判定各组串是否发生故障，有效的解决了现有技术中人为监控光伏组件导致的工作量大、效率低的问题。

在上述本发明提供的实施例的基础上，优选的，如图2所示，步骤S101：确定各组串的当前特征曲线可以通过如下步骤实现，包括：

S1011：通过逆变器依次获取各个组串的输出电流值以及输出电压；

S1012：根据所述电流值以及所述输出电压，确定出各个组串的I-V曲线，定义所述I-V曲线为当前特征曲线。

通过主动触发逆变器，使其在客观允许的最大电压范围内单调递增或递减进行运行，并通过采样电路依次采集不同工作电压处各组串的电流值。将一一对应的电压值、电流值以数据点的形式存储在上位机中，作为上位机的数据源，等待被处理。

本实施例为了更加优化故障的识别精度，优选的，如图3所示，在判定所述组串处于第二工作状态后，还包括：

S105：根据所述当前特征曲线，确定出同一预设电流值对应的当前电压值；

S106：判断所述当前电压值与预设电压值的差值是否大于第二预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第一故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第一故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

判断依据如下：

获取不同组串的I-V曲线在某一电流值I处对应的电压值Vi(i=1,2,3…n)，将电压值进行逐一比较，其中，V₁为特征曲线上电压的最大值：

e_i=V₁-V_i(i=2,3…n)

当|e_i(i=2,3…n)|≤δ（δ≥0,且非常小）时，则认为对应的组串没有遮挡或遮挡面积范围很小；

当|e_i(i=2,3…n)|>δ时，则对应的组串有遮挡，且|e_i(i=2,3…n)|值越大，说明该组串遮挡范围越大。

优选的，如图4所示，在判定所述组串处于第二工作状态后，还包括：

S107：根据所述当前特征曲线，确定出同一预设电压值对应的当前电流值；

S108：判断所述当前电流值与预设电流值的差值是否大于第三预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第二故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第二故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

判断依据如下：

获得不同组串的I-V曲线中某一电流值V处对应的电流值Ii(i=1,2,3…n)，将电流值进行一一比较，其中，I₁为特征曲线上电流的最大值：

e_i=I₁-I_i(i=2,3…n)

当|e_i(i=2,3…n)|≤δ（δ≥0,且非常小）时，则认为对应的组串没有遮挡或光照遮挡严重程度很轻；

当|e_i(i=2,3…n)|>δ时，则对应的组串有遮挡，且|e_i(i=2,3…n)|值越大，说明该组串遮挡程度越严重。

优选的，如图5所示，在判定所述组串处于第二工作状态后，还包括：

S109：重复执行多次所述故障识别方法，确定出同一故障的发生次数；

S110：根据预设分类，确定出与所述发生次数相对应的频率程度。

具体的，该步骤可以为：

1）执行m次故障判断，检测发生同类型故障的次数。若少于n1次，判断为发生频率低；若不少于n1次而少于n2次，判断为发生频率中等；若不少于n2次，判断为发生频率高（m>n2>n1>0）。或

2）连续检测到发生同类型故障的次数。若少于n1次，判断为发生频率低；若不少于n1次而少于n2次，判断为发生频率中等；若不少于n2次，判断为发生频率高（n2>n1>0）。

除此，可以还包括步骤：

S111：根据所述频率程度以及故障程度，确定出所述组串的当前故障程度，所述故障程度至少包括第一故障程度以及第二故障程度；

S112：当所述组串的当前故障程度超出预设程度范围时，触发报警装置进行报警。

首先要求上位机能连续记录并存储较长一段时间内的各组串的数据。其次，根据所述频率程度以及故障程度，确定出所述组串的当前故障程度。具体的，当前故障程度的判断可以是通过第一故障程度以及第二故障程度取交集来实现，如将第一故障程度为坐标横轴，第二故障程度为坐标纵轴，根据当前故障程度坐在坐标轴的位置，确定出当前故障程度所处的故障严重程度，如：轻度、中度、重度等。其中，轻度表征遮挡面积较小，且光照遮挡程度较轻。中度表征遮挡面积较大或光照遮挡程度较严重。重度表征遮挡面积较大且光照遮挡程度较严重。

可见，本发明提供的故障识别方法结合了光伏电站的实际情况及实现需求，在识别了故障后对故障进行等级划分，并只对符合一定严重性要求的故障进行报警及自动处理，保证了系统的稳定性与可靠性。

上述本发明提供的实施例中详细描述了方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还提供了一种装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。

如图6所示，为本实施例提供的一种光伏组串故障识别装置的结构示意图，包括：

第一确定模块101，用于确定各组串的当前特征曲线。

第二确定模块102，用于确定所述当前特征曲线上每个点的切线斜率。

第一计算模块103，用于计算任意相邻两个点的切线斜率的差值。

第一判断模块104，用于判断所述差值的绝对值是否小于第一预设值。

如果是，则判定所述组串处于第一工作状态；如果否，则判定所述组串处于第二工作状态，所述第一工作状态包括正常工作状态，所述第二工作状态包括故障状态。

优选的，如图7所示，所述第一确定模块101包括：

第一获取模块1011，用于获取各个组串的输出电流值以及输出电压；

第三确定模块1012，用于根据所述电流值以及所述输出电压，确定出各个组串的I-V曲线，定义所述I-V曲线为当前特征曲线。

优选的，如图8所示，还包括：

第四确定模块105，用于根据所述当前特征曲线，确定出同一预设电流值对应的当前电压值；

第二判断模块106，用于判断所述当前电压值与预设电压值的差值是否大于第二预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第一故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第一故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

优选的，如图9所示，还包括：

第五确定模块107，用于根据所述当前特征曲线，确定出同一预设电压值对应的当前电流值；

第三判断模块108，用于判断所述当前电流值与预设电流值的差值是否大于第三预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第二故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第二故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

优选的，如图10所示，还包括：

第六确定模块109，用于重复执行多次所述故障识别方法，确定出同一故障的发生次数；

第七确定模块110，用于根据预设分类，确定出与所述发生次数相对应的频率程度。

第八确定模块111，用于根据所述频率程度以及故障程度，确定出所述组串的当前故障程度，所述故障程度至少包括第一故障程度以及第二故障程度。

报警模块112，用于当所述组串的当前故障程度超出预设程度范围时，触发报警装置进行报警。

除此，本实施例还提供了一种光伏组串故障识别系统，包括任意一项所述的光伏组串故障识别装置。

需要说明的是，该装置以及系统的工作原理请参见方法实施例，再此不重复叙述。

综上所述：本发明提供了一种光伏组串故障识别方法，首先，确定各组串的当前特征曲线，再确定所述当前特征曲线上每个点的切线斜率，并计算任意相邻两个点的切线斜率的差值。之后，判断所述差值的绝对值是否小于第一预设值，如果是，则判定所述组串处于第一工作状态；如果否，则判定所述组串处于第二工作状态。其中，所述第一工作状态包括正常工作状态，所述第二工作状态包括故障状态。可见，本发明提供的一种光伏组串故障识别方法能够自动判定各组串是否发生故障以及故障的程度，有效的解决了现有技术中人为监控光伏组件导致的工作量大、效率低的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种光伏组串故障识别方法，其特征在于，包括：

确定各组串的当前特征曲线；

确定所述当前特征曲线上每个点的切线斜率；

计算任意相邻两个点的切线斜率的差值；

判断所述差值的绝对值是否小于第一预设值，如果是，则判定所述组串处于第一工作状态；如果否，则判定所述组串处于第二工作状态，所述第一工作状态包括正常工作状态，所述第二工作状态包括故障状态。

2.根据权利要求1所述的光伏组串故障识别方法，其特征在于，所述确定各组串的当前特征曲线包括：

通过逆变器依次获取各个组串的输出电流值以及输出电压；

根据所述电流值以及所述输出电压，确定出各个组串的I-V曲线，定义所述I-V曲线为当前特征曲线。

3.根据权利要求1所述的光伏组串故障识别方法，其特征在于，在判定所述组串处于第二工作状态后，还包括：

根据所述当前特征曲线，确定出某一预设电流值对应的当前电压值；

判断所述当前电压值与预设电压值的差值是否大于第二预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第一故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第一故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

4.根据权利要求3所述的光伏组串故障识别方法，其特征在于，包括：

根据所述当前特征曲线，确定出同一预设电压值对应的当前电流值；

判断所述当前电流值与预设电流值的差值是否大于第三预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第二故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第二故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

5.根据权利要求4所述的光伏组串故障识别方法，其特征在于，在判定所述组串处于第二工作状态后，还包括：

重复执行多次所述故障识别方法，确定出同一故障的发生次数；

根据预设分类，确定出与所述发生次数相对应的频率程度；

根据所述频率程度以及故障程度，确定出所述组串的当前故障程度，所述故障程度至少包括第一故障程度以及第二故障程度；

当所述组串的当前故障程度超出预设程度范围时，触发报警装置进行报警。

6.一种光伏组串故障识别装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于确定各组串的当前特征曲线；

第二确定模块，用于确定所述当前特征曲线上每个点的切线斜率；

第一计算模块，用于计算任意相邻两个点的切线斜率的差值；

第一判断模块，用于判断所述差值的绝对值是否小于第一预设值，如果是，则判定所述组串处于第一工作状态；如果否，则判定所述组串处于第二工作状态，所述第一工作状态包括正常工作状态，所述第二工作状态包括故障状态。

7.根据权利要求6所述的光伏组串故障识别装置，其特征在于，所述第一确定模块包括：

第一获取模块，用于获取各个组串的输出电流值以及输出电压；

第三确定模块，用于根据所述电流值以及所述输出电压，确定出各个组串的I-V曲线，定义所述I-V曲线为当前特征曲线。

8.根据权利要求6所述的光伏组串故障识别装置，其特征在于，还包括：

第四确定模块，用于根据所述当前特征曲线，确定出同一预设电流值对应的当前电压值；

第二判断模块，用于判断所述当前电压值与预设电压值的差值是否大于第二预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第一故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第一故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

9.根据权利要求6所述的光伏组串故障识别装置，其特征在于，还包括：

第五确定模块，用于根据所述当前特征曲线，确定出同一预设电压值对应的当前电流值；

第三判断模块，用于判断所述当前电流值与预设电流值的差值是否大于第三预设值，如果是，则定义所述组串故障，并根据第二故障程度与所述差值的对应关系，确定出所述组串的第二故障程度；如果否，则定义所述组串正常工作。

10.根据权利要求9所述的光伏组串故障识别装置，其特征在于，还包括：

第六确定模块，用于重复执行多次所述故障识别方法，确定出同一故障的发生次数；

第七确定模块，用于根据预设分类，确定出与所述发生次数相对应的频率程度；

第八确定模块，用于根据所述频率程度以及故障程度，确定出所述组串的当前故障程度，所述故障程度至少包括第一故障程度以及第二故障程度；

报警模块，用于当所述组串的当前故障程度超出预设程度范围时，触发报警装置进行报警。

11.一种光伏组串故障识别系统，其特征在于，包括如权利要求6-10中任意一项所述的光伏组串故障识别装置。

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