CN104283512B - 光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法，包括：光伏电站系统判断汇流箱电压参数平均值与各个汇流箱的电压参数的差值是否大于汇流箱电压阀值，如果是，系统判断理想组串电流平均值与该汇流箱对应的各个组串的电流参数的差值是否大于组串电流阀值，如果是，系统对该组串进行定位；如果不是，系统判断理想组串电流平均值与其它汇流箱对应的各个组串的电流参数的差值是否大于组串电流阀值，如果是，系统对该组串进行定位。采用本发明的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法，得到所有有积层嫌疑的组串信息和所有有不工作嫌疑的组件的组串信息，效率高，成本低，结构简单，具有良好的预警效果和更广泛的应用范围。

Description

光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及光伏电站故障检测技术领域，具体是指一种光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法。

背景技术

光伏电站的构成通常由组件、组串、汇流箱、逆变器等设备构成，如图1所示，这几种设备之间都存在相互的关联的关系，这些关系表示不同设备之间的父子关系，一个父设备关联若干子设备，而每个子设备有且只有一个父设备。

光伏电站的基本设备是组件，由多个组件串联而成组串，由于组件的设备数量过于庞大，一般对光伏电站的监控只具体到组串上面，而光伏电站的常见故障都是由于单块的组件发生故障，如果组件的故障得不到解决，长期积累，必定会导致汇流箱的故障，而如果单个汇流箱的故障得不到解决，长期积累必将导致逆变器的故障。

为了解决电站中存在的各种故障，常见的监控系统中的故障报警方式有2种：

1.对所监视的设备发送故障的遥信量，根据遥信量确定具体的故障设备；

2.对所监控的设备的主要运行参数设置阀值，当达到某一阀值的时候，产生报警信息。

由于光伏行业其特殊性，以上2种报警模式都有其各自的缺陷：

1.由于组件的数量庞大，不可能对每个组件都进行监控，组件一旦发生故障是无法通过遥信量上传得知的；

2.光伏电站的发电情况受制于天气的状况，尤其是和辐照值息息相关，而辐照值的变化是没有规律可循的，所有发电量的多少也是没有公式可以计算的。如果要给某些设备的关键运行参数设定阀值，如：给汇流箱的汇总电流设计一个最小值(当汇流箱的该运行参数接收到小于这个阀值的数据时，产生报警)，但是随着天气的变化，汇流箱的总电流也在随着辐照的变化而变化。如果阀值过高，很有可能一个正常运行的汇流箱在某些时间段会产生出低于该值的电流；如果阀值过低，很有可能一个即将发生故障的汇流箱的总电流依然高于阀值，不会触发报警。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种在没有遥信量上传时系统自动根据设备运行信息进行故障信息预判，从而在故障产生前进行预警的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法。

为了实现上述目的，本发明的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法具有如下构成：

该光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)光伏电站系统查询各个汇流箱的电压参数，并判断汇流箱电压参数平均值与各个汇流箱的电压参数的差值是否大于汇流箱电压阀值，如果是，则继续步骤(2)，否则继续步骤(4)

(2)所述的光伏电站系统查询该汇流箱对应的各个组串的电流参数，并判断理想组串电流平均值与该汇流箱对应的各个组串的电流参数的差值是否大于组串电流阀值，如果是，则继续步骤(3)，否则返回步骤(1)；

(3)所述的光伏电站系统对该组串进行定位，并返回步骤(1)；

(4)所述的光伏电站系统查询其它汇流箱对应的各个组串的电流参数，并判断所述的理想组串电流平均值与其它汇流箱对应的各个组串的电流参数的差值是否大于组串电流阀值，如果是，则返回步骤(3)，否则返回步骤(1)。

进一步地，所述的步骤(1)之前，还包括以下步骤：

(0.1)所述的光伏电站系统建立理想光伏电站模型，并记录所述的理想光伏电站模型的各个组件的电流参数和各个组件的权重参数；

(0.2)所述的光伏电站系统根据所述的各个组件的电流参数和各个组件的权重参数计算得到所述的理想组串电流平均值。

更进一步地，所述的光伏电站系统根据所述的各个组件的电流参数和各个组件的权重参数计算得到所述的理想组串电流平均值，具体为：

所述的光伏电站系统根据以下公式计算得到所述的理想组串电流平均值：

$\stackrel{\‾}{I}=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(I_i\·p);$

其中，为理想组串电流平均值，I_i为各个组件的电流参数，p为各个组件的权重参数。

进一步地，所述的步骤(1)之前，还包括以下步骤：

(a)所述的光伏电站系统为各个逆变器、各个汇流箱、各个组串和各个组件设定标识码及标识码对应的位置信息，并定义各个逆变器与各个汇流箱之间的关联关系、各个汇流箱与各个组串之间的关联关系和各个组串与各个组件之间的关联关系。

更进一步地，所述的光伏电站系统对该组串进行定位，具体为：

所述的光伏电站系统根据该组串的标识码查找到对应的汇流箱的标识码和对应的逆变器的标识码，并记录该汇流箱的标识码对应的位置信息、该逆变器的标识码对应的位置信息和该组串的标识码对应的位置信息。

采用了本发明的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法，光伏电站在运行的过程中，系统自动根据设备运行信息(设备限于逆变器、汇流箱、组串)判断其是否即将产生故障信息，得到所有有积层嫌疑的组串信息和所有有不工作嫌疑的组件的组串信息，再根据设备关联关系，找到其所对应的汇流箱和逆变器，进行设备检修；该方法对于没有监控设备的组件设备达到故障监控的目的，对于还没有故障遥信量产生的光伏电站的主要设备，可以提前产生了预警信息，阻止故障的发生，具有良好的预警效果，效率高，成本低，结构简单，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1为本发明的光伏电站的结构框图。

图2为本发明的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法的流程图。

图3为本发明的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法的具体流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

由图1可知，组件串联构成组串，组串并联接入汇流箱，汇流箱同样并联接入逆变器，这些设备之间的电流与电压的关联关系可以总结如下：

组串电流＝单个组件电流；

组串电压＝单个组件电压·组件个数；

汇流箱总电流＝单个组串电流·组串个数；

汇流箱总电压＝单个组串电压；

逆变器直流侧电流＝单个汇流箱电流·汇流箱个数；

逆变器直流侧电压＝单个汇流箱电压；

当一个光伏电站在运行过程中，出现故障可能性最大的设备就是组件，而由于不可能对每个组件都进行监控，因此及时发现出现故障的组件对电站整体运行来说显得尤为重要。组件最常见的故障就是积层导致发电效率降低，光伏组件的特性是只要发电，电压就会保持恒值，电流随着辐照值得变化而变化，那么根据这个特点，可以总结2条判断组件故障的结论：

1.如果某个组件的电压为0，而和该组件处于同一组串上的其它组件的电压保持＞0的恒值(一般为30v)，那么可以认定该组件没有工作，即为发生故障；

2.如果某个组件的电流偏小(积层导致)，那么会拉低其所在组串的整体电流值(组件串联成组串)，那么如果在一个汇流箱里，有的组串的电流值总是偏小，那么可以认定为该组串有积层。

对于以上2点，不管是组串的电流偏小或者电压偏小，都不足以马上触发汇流箱(汇流箱一般为光伏监控的最小单位)产生故障遥信量，而随着时间的积累，发生故障的组串必然会影响更多的组串，当大量组串不工作时，必然会导致汇流箱故障并产生故障遥信量，从而可能进一步触发逆变器也产生故障。

根据以上特点，在光伏电站运行过程中，对没有故障信息的组件、组串及还没有故障遥信量的汇流箱、逆变器进行故障预警的技术方案如下：

1)找出每个汇流箱下面的组串电流小于其所有组串电流的平均值大于一定阀值的组串,即(其中，I_i为各个组串的电流，I_m为第m个组串的电流，I₀为一设定的阀值)，可以根据报警级别把阀值设为10％，20％，30％。

2)找出每个逆变器下的汇流箱的电压小于其所在逆变器的所有汇流箱的平均电压大于一定阀值的汇流箱，即(其中，U_i为各个组串的电流，U_m为第m个组串的电流，U₀为一设定的阀值)，该阀值的设定规则如第1点。

3)基于第2点，再继续找出所有这些汇流箱里面，电流值小于平均值大于阀值的组串(同步骤1)。

根据上述第1点，我们可以得到所有有积层嫌疑的组串信息，再根据设备关联关系，找到其所对应的汇流箱和逆变器，进行设备检修。

根据上述第2，3点，我们可以得到所有有不工作嫌疑的组件的组串信息，再根据设备关联关系，找到其所对应的汇流箱和逆变器，进行设备检修。

在一种更优选的实施方式中，在比较组串平均电流时，除了上述提到的与平均值作比较外，另外引进和理想板系统(即理想光伏电站模型)的比较。

所述的理想板系统就是根据不同光伏板厂家从整个光伏电站中分别选取一块最新的组件组成的一个小的光伏电站；该理想板系统内的光伏组件保证设备最新最好，没有积尘；对每个理想板系统内的光伏组件进行电流的实时监测，根据每个厂家的组件数量所在整个光伏电站中所占的比例，对理想板系统内的光伏组件的电流进行权重处理，以此得到理想板系统内的组件平均电流(即理想组串电流平均值)为：其中，为理想板系统内的组件平均电流，I_i为各个组件的电流参数，p为各个组件的权重参数；

在判断组串的电流是否异常的时候，除了和平均值比较，还需要和理想板系统中的组件平均电流比较，产生3条对比参数，以此精准定位该组串的电流是否有问题，如果组串的电流小于平均值或者组件板的平均电流并大于某一阀值，可以作为该组串有积层的依据。

根据上述内容，本发明的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法如图2所示，其包括以下步骤：

(1)光伏电站系统查询各个汇流箱的电压参数，并判断汇流箱电压参数平均值与各个汇流箱的电压参数的差值是否大于汇流箱电压阀值，如果是，则继续步骤(2)，否则继续步骤(4)

(2)所述的光伏电站系统查询该汇流箱对应的各个组串的电流参数，并判断理想组串电流平均值与该汇流箱对应的各个组串的电流参数的差值是否大于组串电流阀值，如果是，则继续步骤(3)，否则返回步骤(1)；

(3)所述的光伏电站系统对该组串进行定位，并返回步骤(1)；

(4)所述的光伏电站系统查询其它汇流箱对应的各个组串的电流参数，并判断所述的理想组串电流平均值与其它汇流箱对应的各个组串的电流参数的差值是否大于组串电流阀值，如果是，则返回步骤(3)，否则返回步骤(1)。

此外，通过光伏电站系统定位该组串信息，如图3所示，该系统在定位具体的组串信息时，预设了如下信息：

1、在光伏电站中的每个设备，都设置了设备的唯一标识码(SN号)；

2、定义了每个设备和他的父级设备的关系，即定义好了每个汇流箱和所对应的逆变器之间的关联关系；

3、定义好了每个设备所处的光伏电站的地址信息，如在具体哪个方阵的哪个配电房下面。

采用了本发明的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法，光伏电站在运行的过程中，系统自动根据设备运行信息(设备限于逆变器、汇流箱、组串)判断其是否即将产生故障信息，得到所有有积层嫌疑的组串信息和所有有不工作嫌疑的组件的组串信息，再根据设备关联关系，找到其所对应的汇流箱和逆变器，进行设备检修；该方法对于没有监控设备的组件设备达到故障监控的目的，对于还没有故障遥信量产生的光伏电站的主要设备，可以提前产生了预警信息，阻止故障的发生，具有良好的预警效果，效率高，成本低，结构简单，具有更广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (5)

1.一种光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法，所述的光伏电站系统包括数个逆变器，各个逆变器包括数个汇流箱，各个汇流箱包括数个组串，各个组串包括数个组件，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)光伏电站系统查询各个汇流箱的电压参数，并判断汇流箱电压参数平均值与各个汇流箱的电压参数的差值是否大于汇流箱电压阀值，如果是，则继续步骤(2)，否则继续步骤(4)

(2)所述的光伏电站系统查询该汇流箱对应的各个组串的电流参数，并判断理想组串电流平均值与该汇流箱对应的各个组串的电流参数的差值是否大于组串电流阀值，如果是，则继续步骤(3)，否则返回步骤(1)；

(3)所述的光伏电站系统对该组串进行定位，并返回步骤(1)；

(4)所述的光伏电站系统查询其它汇流箱对应的各个组串的电流参数，并判断理想组串电流平均值与其它汇流箱对应的各个组串的电流参数的差值是否大于组串电流阀值，如果是，则返回步骤(3)，否则返回步骤(1)。

2.根据权利要求1所述的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法，其特征在于，所述的步骤(1)之前，还包括以下步骤：

(0.1)所述的光伏电站系统建立理想光伏电站模型，并记录所述的理想光伏电站模型的各个组件的电流参数和各个组件的权重参数；

(0.2)所述的光伏电站系统根据所述的各个组件的电流参数和各个组件的权重参数计算得到所述的理想组串电流平均值。

3.根据权利要求2所述的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法，其特征在于，所述的光伏电站系统根据所述的各个组件的电流参数和各个组件的权重参数计算得到所述的理想组串电流平均值，具体为：

所述的光伏电站系统根据以下公式计算得到所述的理想组串电流平均值：

$\stackrel{\‾}{I}=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}(I_i\·p);$

其中，为理想组串电流平均值，I_i为各个组件的电流参数，p为各个组件的权重参数。

4.根据权利要求1所述的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法，其特征在于，所述的步骤(1)之前，还包括以下步骤：

(a)所述的光伏电站系统为各个逆变器、各个汇流箱、各个组串和各个组件设定标识码及标识码对应的位置信息，并定义各个逆变器与各个汇流箱之间的关联关系、各个汇流箱与各个组串之间的关联关系和各个组串与各个组件之间的关联关系。

5.根据权利要求4所述的光伏电站系统中实现组串远程故障监控与定位的方法，其特征在于，所述的光伏电站系统对该组串进行定位，具体为：

所述的光伏电站系统根据该组串的标识码查找到对应的汇流箱的标识码和对应的逆变器的标识码，并记录该汇流箱的标识码对应的位置信息、该逆变器的标识码对应的位置信息和该组串的标识码对应的位置信息。