CN104767479A - 用于汇流箱的汇流检测方法及系统、太阳能电站 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于汇流箱的汇流检测方法及系统，利用零值判断和均值判断方法进行故障检测，并在零值判断中利用相邻或相近的输入端的电流值进行校验、在均值判断中将本级汇流箱输入端实际连接太阳能电池组串的个数纳入均值判断考虑范围，提高了光伏阵列中的汇流箱的故障判断准确性。本发明还提供了一种太阳能发电站。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电领域，具体涉及一种用于汇流箱的汇流检测方法及系统，以及一种太阳能电站。
背景技术
随着能源的日益短缺，可再生绿色能源的开发利用越来越受到人们的关注，尤以太阳能的利用特别受到世人的青睐。太阳能作为清洁、安全、可持续并且可靠的能源，太阳能光伏系统正在迅速扩大其在能源和产业技术开发方面的应用。近年来，作为太阳能转换媒介的光伏电池和大面积光伏模块器件的开发和应用引起了普遍关注。以单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜等为代表的太阳能电池板在商业和住宅建筑物等设施中的广泛应用显示出巨大的潜力，如薄膜太阳能光伏模板能够替换一些建筑构件，例如建筑物墙面、窗户等。
太阳能光伏系统发电情况直接影响企业的经济效益，如光伏系统工作过程中出现故障会大大降低光伏系统发电能力，影响企业经济利益。在实际应用中对于不同的项目，光伏阵列的排布不同，这就给光伏阵列的实时监测及故障诊断带来了一定困难，而太阳能电池组串是否正常工作将直接影响到太阳能电站的安全及总发电量，因此对每个太阳能电池组串的实时电流监测及其故障诊断就尤为必要。
目前，行业中的太阳能电池板种类繁多，组件参数方面相差很大，针对不同设计方案，也会采用不同形式的逆变器，且依据项目特性会有特有的光伏阵列排布。鉴于这些原因，光伏阵列的组成方式多种多样，造成光伏阵列中各太阳能电池组串工作特性相差很大，因此很难单一的依据组件特性或者排布方式给太阳能电池组串工作状态划定确定数值范围。现有技术中针对光伏系统的诊断只是针对一级汇流，并不能针对单独输入端进行诊断，对于光伏太阳能电池组串的工作状态并没有好的解决方案。现有汇流检测的方法有：
1、电流均值判断法
利用电流值的平均值是否发生突变来判断是否发生故障，如果＜预定值，则认为正常，否则说明发生突变为异常，其中In为汇流箱的输入端n的电流值，a为汇流箱的输入端个数，即Iave取的是本汇流箱的输入端电流值的和除以本汇流箱的输入端数，而并未考虑每个输入端所连接的上一级汇流箱或者太阳能电池组串的数量不同，造成判断结果不准确。例如对于某三级汇流箱，既存在直接连接太阳能电池组串的输入端、也存在连接二级汇流箱的输入端，而二级汇流箱也既存在直接连接太阳能电池组串的输入端，也存在连接一级汇流箱的输入端时，在利用上述电流均值判断法进行判断时，对于三级汇流箱的各输入端电流取均值进行判断显然会严重偏离实际工作情况，因为三级汇流箱的连接二级汇流箱的输入端的电流值应远远大于直接连接太阳能电池组串的输入端的电流值，取均值后很容易造成故障误报。而且，现有技术中在计算时一般将汇流箱所有输入端均纳入计算，而不考虑未使用的输入端(空置输入端)，这会进一步加大判断结果与实际情况的偏差。
2、熔丝告警法
当所监控的电流回路电流值为零时，则产生“熔丝告警”，其中该零漂值可被设置。
此种方法缺陷在于：对于每日早晚的时分，受光照或阴影影响，极有可能某些太阳能电池组串依旧发电只是太阳能电池组串电流较小，而某些组件已不发电。根据诊断规则，对不发电的太阳能电池组串将会产生熔丝告警，警告不发电的太阳能电池组串出现了异常，而实际上这种现象是正常的，不发电的组件也仍处于正常工作状态。
可见，现有的这种熔丝告警判断逻辑将会引入每日误报。
3、电流低值越限法
目前电流低值越限方法是将某一级汇流箱中所有输入端的实际输入电流in平均值乘以一个大于0小于1的安全系数(一般取50％)作为低限值Imin进行判断。当某一输入端的电流输出告警信号，其中，n为实际接入该级汇流箱的支路数。
此种方法缺陷在于：对于多级汇流监控，汇流箱中每个输入端的电流值可能是前面多级汇流箱接入的多串电池组件电流的和。例如对于二级汇流监控，二级汇流箱中每个输入端的电流值是一级汇流箱接入的多串电池组件电流之和。由于排布位置不同，同一个二级汇流箱的各输入端所接入的太阳能电池组串的数目可能不同，例如输入端1通过一级汇流箱接入5串电池组件，输入端2通过一级汇流箱接入3串组件。在这种情况下，为所有输入端统一设置一个固定的低限值就无法满足使用的需要。此外，部分电池组件的安装位置在下午或某些时刻可能被建筑物遮挡，被遮挡的电池组件输出的电流将明显低于其他电池组件输出的电流，这是正常工作状态，不应该输出告警信息。但目前的这种电流低值越限法会将处于正常工作状态但输出电流小于低限值的汇流箱或太阳能电池组串报警，产生误报。即使对于只有一级汇流的光伏电站，某些电池组件在下午、早上或某些时刻也可能被建筑物遮挡，出现个别太阳能电池组串输出回路电流明显低于其他回路时，该判定法产生的告警信息依然有可能是误报。这种因自然条件的变化产生的告警信号，会导致较高的误报率。
4、电流高值越限法
目前电流高值越限方法是将某一级汇流箱中所有输入端的实际输入电流in平均值乘以一个大于1的安全系数(一般为150％)作为高限值Imax进行判断。当某一输入端的电流输出告警信号，其中，n取实际接入该级汇流箱支路数。
此种方法缺陷与上面描述的电流低值越限法的不足相似。例如，对于二级汇流监控，二级汇流箱中每个输入端的电流值是一级汇流箱接入的多串电池组件电流的和。由于排布位置不同，同一个二级汇流箱的各输入端所接入的太阳能电池组串数目可能不同。在这种情况下，为所有输入端统一设置一个固定的高限值将无法满足使用的需要。此外，部分电池组件的安装位置在上午或某些时刻可能比其他电池组件更早或更多地暴露于阳光下，那么暴露的电池组件输出的电流将明显高于其他电池组件输出的电流，这是正常工作状态，不应该输出告警信息。但目前的这种电流高值越限法会将处于正常工作状态但输出电流大于高限值的汇流箱或太阳能电池组串报警，产生误报。即使对于只有一级汇流的光伏电站，在下午、早上或某些时刻电站被建筑物遮挡的情况下，会存在其中的部分太阳能电池组串早于其他电池串暴露在阳光下的情况，此时个别太阳能电池组串输出回路的电流将明显高于其他回路，该判定法产生的告警信息依然有可能是误报。这种因光照条件的变化产生的告警信号，会导致较高的误报率。
现有技术中还存在利用电流变化率是否发生突变来判断是否产生直流故障电弧的技术方案，该技术方案能够降低误检率。但是，首先，这种技术方案只考虑到一路电流的变化率，并未考虑到如上所述的建筑物遮挡等情况会导致太阳能电池组串的电流变化，故障误检率仍然较高；其次，在存在多级汇流箱的情况下，该技术方案仅适用于最后一级汇流箱的输出端与逆变器之间的电流采集和检测，而不能针对单独的太阳能电池组串或者上一级汇流箱的故障进行检测，这样，技术人员只是知道发生了故障，但并不知道故障发生在何处。
无论上述任何检测方法，均是在时域或者频域范围内，对汇流箱的一个单独的输入端或输出端进行电流值或者变化率的对比，不能排除环境因素造成的影响，故障误报率偏高。
发明内容
本发明的目的是降低光伏系统中的故障误检率，为此本发明的实施例提供了如下技术方案：
一种用于汇流箱的汇流检测方法，所述汇流箱包括多个输入端和一个输出端，每个输入端连接太阳能电池组串或上一级汇流箱的输出端，所述汇流检测方法包括：感测各输入端的电流值；如果所述汇流箱的所有相邻或相近的输入端的电流值全部小于第一预定值，则判断所述汇流箱的输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于正常工作状态，否则进入下一步判断；判断是否存在某输入端的电流值小于等于第二预定值而相邻或相近的一个或多个其它输入端的电流值大于等于第一预定值，其中所述第一预定值大于所述第二预定值，如果是，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态，否则进入下一步判断；判断＜第三预定值是否成立，如果否，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱处于异常工作状态，其中In为所述输入端的电流值，a为所述输入端实际连接的太阳能电池组串的个数，b为所述汇流箱实际连接的太阳能电池组串的个数，m为所述汇流箱的输入端的个数。
优选地，所述第二预定值根据该汇流箱内的所有输入端中的最小额定电流设定。
优选地，所述第二预定值为最小额定电流的20％-30％。
优选地，所述汇流检测方法还包括：如果有输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态，则进行告警。
一种用于汇流箱的汇流检测系统，所述汇流箱包括多个输入端和一个输出端，每个输入端连接太阳能电池组串或上一级汇流箱的输出端，所述系统包括：电流感测单元，用于感测各输入端的电流值；判断单元，用于根据所述电流感测单元感测到的各输入端的电流值判断所述输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱是否处于正常工作状态，如果所述汇流箱的所有相邻或相近的输入端的电流值全部小于第一预定值，则判断所述汇流箱的输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于正常工作状态，否则进入下一步判断；判断是否存在某输入端的电流值小于等于第二预定值而相邻或相近的一个或多个其它输入端的电流值大于等于第一预定值，其中所述第一预定值大于所述第二预定值，如果是，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态，否则进入下一步判断；判断＜第三预定值是否成立，如果否，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱处于异常工作状态，其中In为所述输入端的电流值，a为所述输入端实际连接的太阳能电池组串的个数，b为所述汇流箱实际连接的太阳能电池组串的个数，m为所述汇流箱的输入端的个数。
优选地，所述汇流检测系统还包括：告警单元，用于在所述判断单元判断有输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态后，进行告警。
一种太阳能电站，所述太阳能电站包括太阳能电池组串、N级汇流箱、以及如上所述的汇流检测系统，其中N为大于等于2的整数，其中除一级汇流箱的输入端直接与所述太阳能电池组串连接外，其它任一级汇流箱的至少一个所述输入端与上一级汇流箱的输出端连接，所述汇流检测系统对各级汇流箱的汇流进行检测，第N级汇流箱的输出电流经逆变器接入并网点。
本发明实施例的方法及系统首先对汇流箱的输入端进行零值判断，采用相邻或相近输入端的电流值来进行相互校验，如果相邻或相近输入端的电流值全部处于一个较低范围甚至报零值，则认为造成此现象的原因为相邻或相近的太阳能电池组串全部被阴影遮挡，可直接得到各输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱正常的结论，避免了采用输入端本身的绝对值判断带来的故障误判。而如果一个输入端的电流值处于较低水平，而相邻或相近的输入端的电流值达到较高水平，则说明周围环境达到正常发电条件，此时判定处于低水平电流值的输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱极有可能是存在断路等故障，此时判断异常能够提高故障检出率。零值判断完成后，再进行均值判断，而且进行均值判断时，充分考虑了该输入端所连接的太阳能电池组串个数不同及该汇流箱实际连接的太阳能电池组串个数的不同，而这就避免了仅对本级汇流箱的输入端取平均值造成的前方太阳能电池组串的异常变化被衰减甚至忽略，也避免了汇流箱既连接上一级汇流箱、又直接连接太阳能电池组串时Iave的计算受到异常电池组串的影响而造成对正常太阳能电池组串的故障误判，从而提高了故障判断准确性。
而且，本发明是对汇流箱的输入端输入电流进行感测，即，对汇流箱的各输入端电流进行检测，能够更加准确地判断出故障点，从而进行检修。
附图说明
接下来将结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细说明，其中：
图1是本发明的实施例的采用二级汇流光伏阵列的太阳能发电站的汇流结构示意图；
图2是本发明的实施例的汇流检测方法的流程图；
图3是本发明的实施例的太阳能发电站的汇流检测系统的结构示意图。
具体实施方式
参考图1，图中所示的是一个太阳能发电站的一部分，即仅示出了两级汇流组成的光伏阵列的一部分，在实际应用中，该光伏阵列能够继续增加汇流级别。本实施例中光伏阵列中组件连接方式为：x个(x≥1)太阳能电池板组成一个太阳能电池组串，采用n进1的一级汇流，即将n个太阳能电池组串通过同一个一级汇流箱的输入端1至输入端n进行汇流，同时再采用m进1的二级汇流，即将m个一级汇流箱的输出端输出的电流通过同一个二级汇流箱的输入端1至输入端m进行汇流，最后统一由二级汇流箱的输出端输出。i代表汇流箱各输入端输入的电流值。I代表汇流箱输出端的输出电流值，该电流值也等于下一级汇流箱的相应的输入端的输入电流值。n代表一级汇流箱所能接入的最大太阳能电池组串数量，如对于型号为8进1一级汇流箱，最多有8个输入端，最多可接入8个太阳能电池组串，在实际使用时不同的一级汇流箱在实际排布时可能实际接入太阳能电池组串数量不同，如Z1-H1号汇流箱实际只接有7个输入端连接太阳能电池组串，Z1-H2号汇流箱实际连接有6个输入太阳能电池组串。m代表二级汇流箱所接能接入的最大支路数量，如对于型号为10进1二级汇流箱，最多有10个输入端，最多可连接10个一级汇流箱的输出端。若一级汇流箱为8进一的型号，那么这个10进1的二级汇流箱每个输入端的电流将是一个一级汇流箱的输出，为8个太阳能电池组串电流的和，整个二级汇流箱的输出电流最多是80个太阳能电池组串电流的和。在实际使用时不同的二级汇流箱在实际排布时可能实际接入的太阳能电池组串数量不同，如Z1汇流箱实际只接有9个一级汇流箱，Z1汇流箱的输入端1接Z1-H1号汇流箱的输出端，Z1汇流箱的输入端2接Z1-H2号汇流箱的输出端，依次类推。或者，Z1汇流箱除连接有一级汇流箱外，还存在直接连接太阳能电池组串的输入端。也就是说，对于一级汇流箱Z1-H1至Z1-Hm，一级汇流箱的n个输入端中，多个或者全部输入端与太阳能电池组串连接，并允许一级汇流箱存在空置输入端；而对于二级汇流箱Z1来说，至少有一个输入端与一级汇流箱的输出端连接其它输入端能够与太阳能电池组串连接，或者如图1所示二级汇流箱的所有在用的输入端1至输入端m分别与一级汇流箱Z1-H1至Z1-Hm连接，并且允许存在空置输入端。更高级别的汇流箱依次类推直至N级(N为整数且N≥2)。
本实施例中太阳能电站所采用的光伏阵列中各级汇流箱的各支路电路有以下关系：
1、对于一级汇流箱：以Z1-H1号汇流箱为例，其输出端的电流与输入端的电流值有如下关系：IZI-H1＝i11+i12+···+i1n。Z1-H1号汇流箱有n个输入端，每个输入端都只接一串太阳能电池组串，那么其各输入端的电流值就是各自所接太阳能电池组串的输出电流，即：对于Z1-H1的输入端1，I1＝i11；对于Z1-H1的输入端2，I2＝i12；对于Z1-H1的输入端n，In＝i1n；对于Z1-Hm的输入端n，In＝imn。
2、对于二级汇流箱：以Z1号汇流箱为例，其输出端的电流值与输入端的电流值有如下关系：IZI＝i1+i2+···+im。其中，i1为二级汇流箱Z1的输入端1的输入电流值，该电流值等于一级汇流箱Z1-H1的输出端的输出电流值IZI-H1，i2至im依次类推，为了方便，在此仍将二级汇流箱Z1的输入端1的输入电流值表示为I1……将二级汇流箱Z1的输入端m的输入电流值表示为Im。Z1号汇流箱有m个输入端，每个输入端都连接一个一级汇流箱，那么二级汇流箱Z1的各输入端的电流值就是各自所连接的一级汇流箱的输出端的电流值，实际上是n个太阳能电池组串电流值的和，即：二级汇流箱的i输入端1＝I1＝i1＝IZI-H1＝i11+i12+···+i1n，……i输入端m＝Im＝im＝IZI-Hm＝im1+im2+···+imn。而如果Z1号汇流箱既存在直接连接太阳能电池组串的输入端，也存在连接一级汇流箱的输入端，则Z1号汇流箱的输出端的电流值等于与其直接连接的太阳能电池组串的电流值与各一级汇流箱的输出端的电流值之和。
对于N＞2的更高级别的汇流箱，计算方式依次类推，本文不再详述。第N级汇流箱的输出端的电流经逆变器接入并网点，进入供电电网。
在本申请中，“相邻或相近”的输入端指的是连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱物理位置相邻或者相近的输入端，例如在图1中的Z1-H1汇流箱，虽然该汇流箱的输入端1与输入端n之间相隔多条输入端，但如果输入端1所连接的太阳能电池组串与输入端n所连接的太阳能电池组串物理位置相邻或相近，则表示输入端1与输入端n相邻或者相近。物理位置相邻或者相近的太阳能电池组串或者汇流箱基本经历相同的光照条件变化，例如同时经历建筑物的阴影遮挡过程、或者先后经历同一建筑物的阴影遮挡。
接下来将以图2中的流程为例详细描述对图1中的太阳能电站中的各级汇流箱进行汇流检测的方法。
假设：二级汇流箱Z1的输入端个数为3，即m＝3；一级汇流箱Z1-H1的输入端个数为5，即Z1-H1的n＝5；一级汇流箱Z1-H2的输入端个数为3，即Z1-H2的n＝3；二级汇流箱Z1的输入端3直接连接太阳能电池组串，也可以认为一级汇流箱Z1-H3的输入端个数为1(实际上Z1的输入端3并不连接一级汇流箱)。
首先，进行S1步骤：感测汇流箱各输入端的电流值。在此，“各输入端”指的是汇流箱的连接有太阳能电池组串或上一级汇流箱的输入端，而不考虑空置输入端。例如在本实施例中，二级汇流箱Z1拥有8个输入端，而只考虑其输入端1、输入端2和输入端3。表1中为一级汇流箱、二级汇流箱的各输入端感测到的电流值的一个示例性数据。
表1 各级汇流箱各输入端电流值
在获得各输入端的电流值后，则进入S2、S3步骤：零值判断。
零值判断是通过判断被检测输入端的电流值是否接近0或为0，来判断该输入端是否正常工作。若同一汇流箱连接的太阳能电池组串中，任意一个输入端已稳定输出发电电流，而处在该汇流箱下的某一个相邻或相近的输入端电流值接近0，则该输入端报“零值”。
同一个汇流箱下某些输入端正常工作，说明当时天气情况具备发电条件，而此时某个输入端的电流值接近0或为0，说明该输入端连接的太阳能电池组串中所有太阳能电池板均未发电，或太阳能电池板发电的电流值很小。造成这种情况的原因较多，如太阳能电池组串串联的保险丝损坏或者太阳能电池组串中某个组件损坏，或者该太阳能电池组串连接有问题，等。
零值判断的原理为：
1)设置零值判断启动有效值，即第一预定值，例如第一预定值为0.9A，且该第一预定值可调，当同一个汇流箱内任意个输入端的电流值大于等于第一预定值时，零值判断才为“否”。
2)设置零值判断有效门限值，即第二预定值，且该第二预定值可调，当同一个汇流箱内任意个输入端的电流值小于第二预定值时，例如第二预定值为0.1A(此值为可设变量)，报“零值”，视为该输入端的电流值为0。第一预定值大于第二预定值。一般，第二预定值根据该汇流箱内所有输入端中的最小额定电流设定，取该最小额定电流的20％-30％，而非取“0”值，这样更有利于判断的准确性。
在S2的判断步骤中，将所有相邻或相近的输入端的电流值与第一预定值进行比较，如果“所有相邻或相近的输入端的电流值全部小于第一预定值”的判断结果为“是”的话，则证明没有太阳能电池组串处于正常发电状态，这些太阳能电池组串或者处于第一预定值至第二预定值之间的低水平发电状态(例如0.3A)，或者处于小于第二预定值的接近或者等于0的状态(例如0.09A)，或者两者兼有。而对于同一汇流箱来说，所有太阳能电池组串同时发生断路故障造成不能正常发电的概率极小，此时可以认为造成所有太阳能电池组串不能正常发电原因是这些相邻或相近的输入端连接的太阳能电池组串全部被阴影遮挡，或者全部处于太阳落山后的完全黑暗环境中，此时应当认为这些太阳能电池组串仍然是处于正常工作状态而非故障状态。例如在表1中，如果一级汇流箱Z1-H1的所有5个输入端的电流值均小于0.3A，虽然该值较0.9A的第一预定值要小很多，但是由于所有相邻或相近的太阳能电池组串同时断路的可能性极小，因此可以认为此时汇流箱Z1-H1连接的太阳能电池组串全部被阴影遮挡住，仍然判断汇流箱Z1-H1的输入端连接的太阳能电池组串处于正常状态。
通过上述描述可知，在S2步骤中，通过相邻或者相近的输入端的电流值的相互校验，能够将阴影遮挡、黑暗等环境因素造成的“零值”或者低电流值归入“正常”的范畴，与对单独输入端的本身的零值进行判断相比，已经实现了误报率的降低。
在S2步骤中“汇流箱的所有相邻或相近的输入端的电流值全部小于第一预定值”的判断结果为“否”时，存在两种情况：
第一种情况：有的输入端的电流值小于第一预定值甚至接近零，同时有的输入端的电流值高于第一预定值，在这种情况下，有可能是存在太阳能电池组串出现断路等故障造成输入端的电流值很小；
第二种情况：所有输入端的电流值均大于第一预定值。
因此为了在降低误报率的基础上提高故障检出率，在S2步骤判断结果为“否”的情况下，本实施例进入S3步骤：进一步判断是否存在“某输入端的电流值小于等于第二预定值而相邻或相近的一个或多个其它输入端的电流值大于等于第一预定值”，如果判断结果为“是”，则存在输入端的电流值大于等于第一预定值证明当时该范围内的天气情况具备发电条件，而此时仍有输入端的电流值小于等于第二预定值(例如0.09A)则证明该输入端连接的太阳能电池组串并未正常发电，此时能够判断该输入端连接的太阳能电池组串处于异常工作状态，正确地检出了出现故障的输入端。
本实施例的零值判断与现有技术的检测方法比较：
现有技术检测方法：对于每日早晚时，受光照或阴影影响，极有可能某些太阳能电池组串依旧发电只是太阳能电池组串电流较小，或者某些太阳能电池组串已不发电，这时对于不发电的太阳能电池组串将会上报熔丝告警，而实际上这是正常的，那么现有技术的这种判断逻辑将会每日均存在误报。
本实施例检测方法：能够有效解决现有技术的不足，例如对于建筑物形成的阴影遮挡，或者每日早晚的光照条件不同形成的阴影是随着时间推移连续变化的，而不是突然出现阴影，这时可通过对方法参数进行调整，取合适的比较时间，进行相邻或相近输入端的校验，对于阴影遮挡形成的电流变化不判断异常，即可有效减少误报，实验证明告警准确率有效提升40％。
但是，经过S3步骤的判断后，仍然可能存在故障漏检的可能，因为很有可能有太阳能电池组串中出现了太阳能电池板之间的断路，但该太阳能电池组串仍存在高于第二预定值但小于第一预定值的一个低水平发电状态，例如在一个太阳能电池组串中仅个别太阳能电池板断开，而且如果该太阳能电池组串处于一级汇流箱，而对二级汇流箱进行检测时很难将此故障检测出来，这一点将在下文的示例性对比中进行更详细描述。
因此为了进一步提高故障检出率，在S3步骤判断结果为“否”的条件下，在进入S4步骤：均值判断。
均值判断的内容为：不等式＜第三预定值是否成立，其中In为二级汇流箱Z1的输入端n的电流值，Iave为电流均值，a为输入端n实际连接的太阳能电池组串的个数，b为二级汇流箱Z1实际连接的太阳能电池组串的个数，m为二级汇流箱Z1的输入端的个数。例如，二级汇流箱Z1的输入端个数为3个，m＝3；二级汇流箱Z1的输入端1连接的上一级汇流箱Z1-H1的输入端连接的太阳能电池组串个数为5，即Z1的输入端1实际连接的太阳能电池组串个数为5，a＝5；类似地，汇流箱Z1的输入端2实际连接的太阳能电池组串个数a＝3；类似地，汇流箱Z1的输入端3实际连接的太阳能电池组串个数a＝1。因此对于二级汇流箱Z1来说，b＝5+3+1＝8。对于三级汇流箱来说，每一个输入端实际连接的太阳能电池组串个数a为该输入端连接的二级汇流箱、二级汇流箱连接的一级汇流箱中的太阳能电池组串个数的和，而该三级汇流箱实际连接的太阳能电池组串个数b为该三级汇流箱所有输入端实际连接的太阳能电池组串的个数。例如，某三级汇流箱的输入端个数m＝2，其中输入端1连接二级汇流箱，输入端2连接太阳能电池组串，输入端1连接的二级汇流箱的输入端个数为2，其中输入端1连接一级汇流箱，输入端2连接太阳能电池组串，而一级汇流箱连接5个太阳能电池组串，则对于该三级汇流箱来说，m＝2，输入端1实际连接的太阳能电池组串个数a＝5+1＝6，输入端2实际连接的太阳能电池组串个数a＝1，该三级汇流箱实际连接的太阳能电池组串个数b＝5+1+1＝7。更高级别的汇流箱依次类推，本文不再详述。
如果S4步骤的判断结果为否的话，则证明该输入端电流均值产生了突变，判断该输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱处于异常工作状态。异常工作状态的原因可能是来自于太阳能电池组串的断路或者不同厂家、不同批次的太阳能电池板的性能不同等，在此统一认为是属于应当被检测出的真实故障。
为了更清楚地将本实施例的均值判断与现有技术中的均值判断进行对比，现对表1中的同一组数据进行判断，并且两种判断方法取相同的第三预定值0.6，对比结果如表2和表3所示：
表2 现有技术均值判断结果
表3 本实施例均值判断结果
通过对比表2和表3两种结果可知，采用现有技术的均值判断，对于汇流箱Z1的输入端1，判断结果为异常，但是汇流箱Z1-H1的各输入端的电流值均稳定在0.9A左右，并无异常，产生故障误判，误判的原因在于i23将Iave的值拉低，但输入端1连接的正常太阳能电池组串个数较多，因此I1较高；对于汇流箱Z1的输入端2，判断结果为异常，但是汇流箱Z1-H2的输入端3的电流值仅为0.11A，汇流箱Z1-H2已经发生了故障，没有被判断出，原因在于Z1-H2中的i23的影响在二级汇流箱中已经被衰减，并且汇流箱级别越高，i23的影响的衰减越严重；对于汇流箱Z1的输入端3，判断结果为异常，但Z1的输入端3只连接了一个太阳能电池组串且电流值在0.9A左右，并无异常，产生故障误判，原因与输入端1的误判原因相同。而采用本实施例的均值判断后，对于汇流箱Z1的各输入端的判断结果与实际相符。造成这种差别的原因就在于，现有技术中的均值只考虑二级汇流箱Z1的3个输入端的电流值，而未考虑二级汇流箱Z1的3个输入端实际上连接的太阳能电池组串的个数并不相同，而且产生故障的太阳能电池组串距离被检测的汇流箱级别越远，其故障影响衰减越严重，所以取平均值后再计算就会产生误判，而本实施例中的电流均值计算方式及判断方式均考虑到了二级汇流箱Z1的每个输入端连接情况的不同，从而得到了更接近于真实情况的结果，并且，在本实施例中计算Iave及aIave时是直接以太阳能电池组串为计算和判断对象，发生故障的太阳能电池组串的影响会被直接发现。实际上，如果只对一级汇流箱进行均值判断的话，由于一级汇流箱的各输入端直接连接太阳能电池组串，因此a＝1，b＝m，此时本实施例的均值判断结果与现有技术的均值判断结果相同，但对于汇流箱级别N≥2的汇流箱，这些高级别的汇流箱至少有一个输入端连接上一级汇流箱，因此a≠b，这就会造成本实施例的判断结果与现有技术不同并更具优势。而且在现有技术中一般计算Iave时是考虑汇流箱全部输入端(包括空置输入端)，而本实施例只考虑存在连接关系的输入端，因此对于存在空置输入端的一级汇流箱来说，本实施例的均值判断结果也会与现有技术存在不同并更准确。
并且，如果仅经过S2和S3的判断的话，一级汇流箱Z1-H2中的太阳能电池组串i23的故障也不会被检出。
在本实施例中，如果＜第三预定值的判断结果为是，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱处于正常工作状态，但实际应用中也能够在S4步骤判断结果为“是”时，进一步采用如背景技术中所描述的其它判断方法，进行进一步判断。
在完成工作状态判断后，如果有输入端连接的太阳能电池组串处于异常工作状态，则进行告警。
对更高级别的汇流箱进行汇流检测的步骤、所采用的判断方法与对一级汇流箱Z1-H1、二级汇流箱Z1进行汇流检测的步骤和方法基本相同，区别仅在于当输入端属于二级汇流箱时，感测、计算和判断对象为一级汇流箱或太阳能电池组串，而当输入端属于三级汇流箱时，感测、计算和判断对象为二级汇流箱或太阳能电池组串，并且需要根据三级汇流箱的各输入端的实际连接情况再对预定值分别进行设定。
依次类推至N级汇流箱(N≥2)，根据汇流箱级别的不同，需要针对该级别的汇流箱的各输入端的实际连接情况分别设定预定值。当然，这些分别设定的预定值并不一定不同。例如，当一级汇流箱的所有输入端连接的太阳能电池组串均相同、二级汇流箱的所有输入端均连接这些相同的一级汇流箱、三级汇流箱的所有输入端均连接相同的二级汇流箱，此时针对一级汇流箱、二级汇流箱、三级汇流箱进行汇流检测时所设定的第三预定值能够是相同的。
综合以上情况，无论太阳能电站中光伏阵列如何排布，本实施例的方法都能通过调整参数，实现对光伏阵列的有效监控，降低故障误报率、提高故障检出率。
参考图3，该图示出了图1中的太阳能电站所采用的汇流检测系统。该汇流检测系统包括：
电流感测单元，用于感测图1中的各级汇流箱的各输入端的电流值，并将所测得的电流值传送给数据处理单元。电流感测单元可通过配置霍尔元件或电流互感器进行电流模拟量的采集。电流感测单元(霍尔元件/电流互感器)数量可依据不同要求进行灵活配置，同时采集精度按照不同要求配置不同精度的元器件，从而更好的提高产品性价比。优选霍尔元件作为电流感测单元的采集元件。
判断单元，用于根据各输入端的电流值和/或电流值的变化率来对太阳能电池组串或者上一级汇流箱是否处于正常工作状态进行判断。数据处理单元及判断单元在硬件上主要由CPU处理单元及存储单元组成，实现汇流箱各检测模块的数据处理，数据存储等功能，此外可依据不同要求烧写不同的程序，烧写程序可本地或远程进行，程序参数等可通过通信模块进行远程设置，方便使用。CPU处理单元可由具有数据处理功能的芯片或集成电路组成，优选使用单片机C8051F021作为核心CPU单元。存储单元包括ROM和RAM，其中外部存储器可依据需要配置不同容量存储器。如果汇流箱的所有相邻或相近的输入端的电流值全部小于第一预定值，则判断汇流箱的输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于正常工作状态，否则进入下一步判断；判断是否存在某输入端的电流值小于等于第二预定值而相邻或相近的一个或多个其它输入端的电流值大于等于第一预定值，其中所述第一预定值大于所述第二预定值，如果是，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态，否则进入下一步判断；判断＜第三预定值是否成立，如果否，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱处于异常工作状态，其中In为所述输入端的电流值，a为所述输入端实际连接的太阳能电池组串的个数，b为所述汇流箱实际连接的太阳能电池组串的个数，m为所述汇流箱的输入端的个数。。
除上述功能单元之外，本实施例的系统还可进一步包括以下任意一个或多个单元模块：
数据处理单元，用于对各输入端的电流值进行处理，例如数字化处理或者模拟化处理，并将处理结果传递给判断单元。
告警单元：用于在判断单元判断有输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态后，进行告警。
电源模块：主要利用DC—DC原理实现了高电压到低电压的转换，并以此为汇流检测模块、通信模块等主控电路提供工作电源。优选地，电源模块电能可以直接来自光伏阵列中的汇流箱，无需外接电源，方便施工，使用简单，极大的简化了系统设计，且电源模块功耗较小，不影响光伏阵列整体效率。优选使用耐压等级1000V，宽电压输入范围如800-400V输入，24V/5v输出的DC-DC电源模块。在实际中，也能够采用单独供电的电源模块来为汇流检测系统中的电流感测单元等供电。
电压采集单元：用于对图1中的各级汇流箱的输入端或输出端进行电压量的实时采集，并将采集的电压量传送给数据处理单元进行相关数据处理。相应地，数据采集单元可以根据电压采集单元所传送的电压值来计算各级汇流箱的输入/输出功率。判断单元可以根据输入/输入功率是否在预定范围内判断汇流箱是否处于正常工作状态，若电压或功率值超出预定范围，则判断输入端异常。
通信模块：用于对光伏阵列中的汇流箱的数据进行实时传送，例如将数据处理单元所计算获得的电流值的变化率、功率、告警信号等向监控中心传递，实现了汇流箱与监控中心的PC机等外部设备的通信。可依据用户要求及实际使用情况的不同，配置不同的通信模块，实现无线传输或有线传输，更大的方便用户使用。通信方式可设，例如使用有线通信，485通信方式，标准MODBUS协议传送。
直流防雷模块：安装在汇流箱、监控中心的PC机等需要防雷的位置，用于对汇流箱进行防雷保护。由于光伏阵列中的太阳能电池组串、汇流箱等多用于户外，因此配置直流防雷模块实现防雷保护。直流防雷模块为本领域常用电气件，具体结构本文不再详述。
断路器：耦合至汇流箱，判断单元判断有输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态后，触发断路器断开。断路器电压等级优选能够达到1000V，电流等级根据太阳能电池板电流参数及汇流箱接入的输入端总数确定。
保险丝：串联在太阳能电池组串的太阳能电池板之间、太阳能电池组串与汇流箱的输入端之间、上一级汇流箱的输出端与下一级汇流箱的输入端、N级汇流箱的输出端与逆变器之间等容易发生过流的位置，用于保护电子器件免受过电流的危害，如果不加保护，此过电流有可能导致电子器件失灵、过热、损坏甚至起火。如果保险丝等级过大，无法提供保护功能，如果过小，则无法正常工作。因此在选择保险丝时，需要根据光伏阵列的额定等级以及相关标准要求而定。保险丝的最小等级可由光伏阵列中电路的短路电流计算而得，如果当地标准没有特殊要求，优选使用的保险丝及接线的额定值需要满足最小1.56倍的Isc(短路电流)取值。保险丝为本领域常用电气件，本文不再对其结构进行详述。
防反二极管：为更好的实现线路保护，可以在每一路太阳能电池组串中串接防反二极管。
如有需要，还可选配其他模拟量采集单元，如温度、湿度等。
虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不限定于上述实施例，而只受权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。
Claims (7)
1.一种用于汇流箱的汇流检测方法，所述汇流箱包括多个输入端和一个输出端，每个输入端连接太阳能电池组串或上一级汇流箱的输出端，其特征在于，所述方法包括：
感测各输入端的电流值；
如果所述汇流箱的所有相邻或相近的输入端的电流值全部小于第一预定值，则判断所述汇流箱的输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于正常工作状态，否则进入下一步判断；
判断是否存在某输入端的电流值小于等于第二预定值而相邻或相近的一个或多个其它输入端的电流值大于等于第一预定值，其中所述第一预定值大于所述第二预定值，如果是，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态，否则进入下一步判断；
判断第三预定值是否成立，如果否，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱处于异常工作状态，其中In为所述输入端的电流值，a为所述输入端实际连接的太阳能电池组串的个数，b为所述汇流箱实际连接的太阳能电池组串的个数，m为所述汇流箱的输入端的个数。
2.根据权利要求1所述的汇流检测方法，其特征在于，所述第二预定值根据该汇流箱内的所有输入端中的最小额定电流设定。
3.根据权利要求2所述的汇流检测方法，其特征在于，所述第二预定值为最小额定电流的20％-30％。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的汇流检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果有输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态，则进行告警。
5.一种用于汇流箱的汇流检测系统，所述汇流箱包括多个输入端和一个输出端，每个输入端连接太阳能电池组串或上一级汇流箱的输出端，其特征在于，所述系统包括：
电流感测单元，用于感测各输入端的电流值；
判断单元，用于根据所述电流感测单元感测到的各输入端的电流值判断所述输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱是否处于正常工作状态，如果所述汇流箱的所有相邻或相近的输入端的电流值全部小于第一预定值，则判断所述汇流箱的输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于正常工作状态，否则进入下一步判断；判断是否存在某输入端的电流值小于等于第二预定值而相邻或相近的一个或多个其它输入端的电流值大于等于第一预定值，其中所述第一预定值大于所述第二预定值，如果是，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态，否则进入下一步判断；判断第三预定值是否成立，如果否，则判断该输入端连接的太阳能电池组串或者上一级汇流箱处于异常工作状态，其中In为所述输入端的电流值，a为所述输入端实际连接的太阳能电池组串的个数，b为所述汇流箱实际连接的太阳能电池组串的个数，m为所述汇流箱的输入端的个数。
6.根据权利要求5所述的汇流检测系统，其特征在于，还包括：
告警单元，用于在所述判断单元判断有输入端连接的太阳能电池组串或上一级汇流箱处于异常工作状态后，进行告警。
7.一种太阳能电站，其特征在于，所述太阳能电站包括太阳能电池组串、N级汇流箱、以及权利要求5或6所述的汇流检测系统，其中N为大于等于2的整数，其中除一级汇流箱的输入端直接与所述太阳能电池组串连接外，其它任一级汇流箱的至少一个所述输入端与上一级汇流箱的输出端连接，所述汇流检测系统对各级汇流箱的汇流进行检测，第N级汇流箱的输出电流经逆变器接入并网点。
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Legal Events
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| TR01 | Transfer of patent right |
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