CN104767481A - 一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法及系统，属于太阳能光伏发电技术领域。首先利用电流变化率与日照强度变化率的比值来检测异常，然后利用相邻或相近输入端的电流值的相互校验来排除故障误报并检测出异常。该监测方法，监测准确率高。

Description

一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法及系统

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，特别涉及一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法及系统。

背景技术

太阳能光伏电站中的太阳能光伏电池阵列和逆变器之间的连线繁多、线路损耗大，并且在行业中使用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，从而使得在实际应用中根据项目的不同，太阳能光伏阵列的排布方式多种多样。基于光伏阵列中各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串(或称为组串)的工作状态划定确定数值范围，这就给太阳能光伏阵列的实时监测及故障诊断带来了巨大的困难。由于组串是太阳能光伏电池阵列的基本构成单元，而组串是否正常工作将直接影响到光伏电站的安全及光伏电站的总发电量，因此，对每个组串的实时电流进行监测及其故障诊断就显得尤为重要。

现有技术中，常用的监测系统主要实现对太阳能光伏电站的电量信号的远程监测，具体而言，只是将电量信号的不同数据在同一窗口进行显示，而不会直接形成对比结果；也有部分监测系统能够根据组串中的电流变化率来对光伏电站的工作情况进行监测，但该种监测系统在外界出现干扰时，例如太阳能电池串受到物体遮挡或者飘过的云彩遮挡等情况下，容易导致监测结果出现错误。

发明内容

本发明实施例提供了一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法及系统，有效提高了监测准确率。

本发明实施例提供的技术方案如下：

一方面，提供一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法，所述太阳能光伏电站包括至少一个太阳能光伏电池阵列，所述太阳能光伏电池阵列包括多个太阳能电池串和具有多个输入端和一个输出端的汇流箱，每个所述汇流箱的输入端和一个太阳能电池串或上一级汇流箱的输出端相连，所述方法包括：

实时检测每个输入端的电流值，并计算电流变化率，；

实时检测每个输入端的日照强度，并根据所述日照强度计算日照强度变化率；

计算所述电流变化率与所述日照强度变化率的比值；

判断所述比值是否在预设阈值区间内，如果否，则确定与所述输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常，否则进行下一步判断。

判断是否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设值，如果是，则判断所述汇流箱的输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态正常，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设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设值，其中所述第一预设值大于所述第二预设值，如果是，则判断该输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱处于异常工作状态。

优选地，在判断与所述输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常后，所述方法还包括：确定所述工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的报警信号。

优选地，确定所述工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的报警信号，包括：

分别获取所述输入端在预设时刻和当前时刻的电流值，计算所述输入端的电流变化率；

将所述电流变化率分别与电流上限阈值、电流下限阈值比较，所述电流上限阈值大于所述电流下限阈值；

如果所述电流变化率大于所述电流上限阈值，且大于所述预设时刻电流值的h倍，所述h大于0且小于1，则确定所述工作状态的异常类别为电流高值越限，并发出电流高值越限报警信号；

如果所述电流变化率小于所述电流下限阈值，且小于所述预设时刻电流值的l倍，所述l大于0且小于1，则确定所述工作状态的异常类别为电流低值越限，并发出电流低值越限报警信号。

优选地，所述确定所述工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的报警信号，还包括：

将所述当前时刻的电流值与零值报警门限比较，所述零值报警门限小于所述电流下限阈值；

如果所述输入端的当前时刻的电流值小于所述零值报警门限，则确定所述工作状态的异常类别为零值报警，并发出零值报警信号。

优选地，所述判断所述比值是否在预设阈值区间内包括：

判断所述比值是否为正数，如果是，则在所述比值小于第一预设阈值时，判断所述比值在预设阈值区间内；否则，在所述比值大于第二预设阈值时，判断所述比值在预设阈值区间内；所述第一预设阈值为正数，所述第二预设阈值为负数。

另一方面，提供一种太阳能光伏电站的工作状态监测系统，所述太阳能光伏电站包括至少一个太阳能光伏电池阵列，所述太阳能光伏电池阵列包括多个太阳能电池串和具有多个输入端和一个输出端的汇流箱，每个所述汇流箱的输入端和一个太阳能电池串或上一级汇流箱的输出端相连，所述系统包括：

电流检测模块，用于实时检测每个输入端的电流值；

日照强度检测模块，用于实时检测每个输入端的日照强度；

第一计算模块，用于根据所述电流值计算电流变化率；

第二计算模块，用于根据所述日照强度计算日照强度变化率；

第三计算模块，用于计算所述电流变化率与所述日照强度变化率的比值；

比较模块，用于分别将所述电流变化率与所述日照强度变化率的比值与预设阈值区间比较，或者将所述输入端的电流值与第一预设值或第二预设值比较，所述第一预设值大于所述第二预设值；

判断模块，用于判断所述比值是否在预设阈值区间内，或者所述相邻或相近的输入端电流值是否全部小于第一预设值，或者在所述相邻或相近的输入端电流值全部小于第一预设值的判断结果为否的条件下进一步判断是否存在某输入端的电流值小于等于第二预设值同时相邻或相近的输入端的电流值大于等于第一预设值；

确定模块，用于在所述判断模块做出后，确定与所述输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态是否异常。

优选地，所述系统还包括：

分类报警模块，用于在确定与所述输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常后，确定所述工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的报警信号。

优选地，所述分类报警模块包括：

获取单元，用于分别获取所述输入端在预设时刻和当前时刻的电流值；

第一计算单元，用于计算所述输入端的电流变化量；

第一比较单元，用于将所述电流变化量分别与电流上限阈值、电流下限阈值比较，所述电流上限阈值大于所述电流下限阈值；

第一分类报警单元，用于在所述电流变化量大于所述电流上限阈值，且大于所述预设时刻电流值的h倍时，所述h大于0且小于1，确定所述工作状态的异常类别为电流高值越限，并发出电流高值越限报警信号；在所述电流变化量小于所述电流下限阈值，且小于所述预设时刻电流值的l倍时，所述l大于0且小于1，确定所述工作状态的异常类别为电流低值越限，并发出电流低值越限报警信号。

优选地，所述分类报警模块还包括：

第二比较单元，用于将所述当前时刻的电流值与零值报警门限比较，所述零值报警门限小于所述电流下限阈值；

第二分类报警单元，用于在所述输入端的当前时刻的电流值小于所述零值报警门限时，确定所述工作状态的异常类别为零值报警，并发出零值报警信号。

优选地，所述判断模块包括：

第一判断单元，用于判断所述比值是否为正数；

第二判断单元，用于在所述第一判断单元判断所述比值为正数后，判断所述比值是否小于第一预设阈值，如果是，则判断所述比值在预设阈值区间内；

所述第二判断单元，还用于在所述第一判断单元判断所述比值不为正数后，判断所述比值是否大于第二预设阈值，如果是，则判断所述比值在预设阈值区间内；所述第一预设阈值为正数，所述第二预设阈值为负数。

本发明实施例提供的太阳能光伏电站的工作状态监测方法及系统，首先通过实时检测每个输入端的电流值，根据该输入端的电流值计算电流变化率，然后实时检测每个输入端的日照强度，并根据日照强度计算日照强度变化率，然后根据电流变化率与日照强度变化率的比值确定与该输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态，如果电流变化率与日照强度变化率的比值超过预设阈值区间，则证明输入端所连接的太阳能电池串或上一级汇流箱的发电水平并未与环境条件同步变化，而非环境因素导致的电流变化必然为太阳能电池串或者上一级汇流箱本身的短路或者断路造成，因而检测出了断路或者短路等异常工作状态；而在输入端的电流与日照强度同步变化的条件下，如果所有相邻或相近的输入端的电流值全部小于第一预设值时识别为阴影遮挡，仍然判断工作状态正常，而如果某输入端的电流值处于一个低水平同时相邻或相近的输入端的电流值超过一个高水平时，虽然这些输入端的电流均与日照强度发生同步变化，但由于发电水平差距过大，而确定处于较低水平的输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱发生故障。这样将实时检测的发电电流数据和能够反映环境情况的日照强度数据相结合进行监测，并利用相邻或相近输入端的电流值的相互校验，能够减少对历史数据的依赖以及外界干扰引起的误判，从而有效提高监测准确率。

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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种太阳能光伏电站的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种太阳能光伏电站的工作状态监测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

由于太阳能电池是太阳能光伏电站的基本构成单元，将多个太阳能电池串联后构成一个太阳能电池串，对于不同的太阳能光伏电站，太阳能光伏阵列的排布方式可能会有较大不同，由于太阳能光伏电池串的数量较多，可以采用一个或多个汇流箱将太阳能电池串的发电量进行汇流，因此，保证每个太阳能电池串以及汇流箱能够正常工作是保证太阳能光伏电站正常工作的前提。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种太阳能光伏发电站的一部分，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串，采用n进1的一级汇流，即将n个太阳能电池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。n代表一级汇流箱所能接入的最大太阳能电池串数量，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串，Z1-H2号汇流箱实际连接有6个输入太阳能电池串。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：I_ZI-H1＝i₁₁+i₁₂+···+i_1n。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串，那么其各输入端的电流值就是各自所接太阳能电池串的电流，即：i_输入端1＝i₁₁。

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：I_ZI＝i₁+i₂+···+i_m。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I_ZI-H1，i₂至i_m依次类推。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个太阳能电池串电流值的和，即：二级汇流箱的i_输入端1＝i₁＝I_ZI-H1＝i₁₁+i₁₂+···+i_1n，i_输入端m＝i_m＝I_ZI-Hm＝i_m1+i_m2+···+i_mn。而如果Z1号汇流箱既存在直接连接太阳能电池串的输入端，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。

在汇流箱正常工作的情况下，容易检测出汇流箱的每个输入端的电流值，由于每个输入端与一个太阳能电池串或上级汇流箱的输出端相连，因此，每个输入端的电流值实际也是流过与该汇流箱相连的太阳能电池串或上级汇流箱的电流值。

本发明实施例提供了一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法，如图2所示，其中，太阳能光伏电站包括至少一个太阳能光伏电池阵列，太阳能光伏电池阵列包括多个太阳能电池串和具有多个输入端和一个输出端的汇流箱，每个汇流箱的输入端和一个太阳能电池串或上一级汇流箱的输出端相连，该太阳能光伏电站的工作状态监测方法包括以下步骤：

步骤101：实时检测每个输入端的电流值，并根据电流值计算电流变化率。

步骤102：实时检测每个输入端的日照强度，并根据日照强度计算日照强度变化率。

上述日照强度也被称为日照幅度，对于某个太阳能电池串而言，从t₀时刻到t时刻的日照强度变化率＝(日照强度_(t)-日照强度_(t0))/日照强度_(t0)。变化率能够反映一段时间内的日照变化情况。通过实时监测每个输入端的日照强度数据，不仅能够采集更为真实的环境数据，还不需要参考历史气相数据或者购买专门的气相数据，有效降低采购成本，并且使得本实施方式具有更强的可实施性。

步骤103：计算电流变化率与日照强度变化率的比值。

步骤104：判断电流变化率与日照强度变化率的比值是否在预设阈值区间内，如果否，则进入步骤105：确定与输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常。也就是说，如果电流变化率与日照强度变化率的比值超过预设阈值(包括正向超过和负向超过两种情况)，证明上述太阳能电池串的发电状态并未随着环境的光照强度同步变化，而在正常情况下，影响太阳能电池串的发电水平变化的只有环境因素，此时能够判断出输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱故障。例如，在太阳能电池串、汇流箱无故障的状态下，理想状态下输入端的电流变化率与日照强度变化率的比值应为1，考虑到太阳能电池串和汇流箱的性能稳定性，该比值应在接近于1的一个阈值区间内，如果某一时间段内日照强度变化率为1.2(即光照条件逐渐变好)，而某输入端的电流变化率达到1.5，明显超过了日照强度的提升速度，此时能够确定存在短路的故障，而某输入端的电流变化率仅为1.02，明显低于日照强度的提升速度，此时能够确定存在断路的故障。

如果步骤104的判断结果为是，则说明输入端的电流值与日照强度是基本同步变化的，例如在发生建筑物阴影遮挡或者天黑过程中，由于日照强度降低，则输入端的电流也逐渐降低。但是，这种电流与日照强度的同步变化并不意味着一定不存在故障，例如在子夜时分，所有太阳能电池串的发电量均基本保持为零，此时有太阳能电池串或太阳能电池串中的单个太阳能板发生了断路，随着清晨的到来，光照条件逐渐变好，这个发生故障的太阳能电池串或者汇流箱的电流变化仍然与日照强度变化同步。因此为了进一步检出故障，在步骤104的判断结果为是时，进入步骤106及步骤107：零值报警。

步骤106：判断是否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设值。第一预设值要大于下文中所描述的第二预设值。

如果步骤106的判断结果为是，则说明此时没有输入端的电流值达到或者超过一个较高的水平(第一预定值)，此时所有输入端连接的太阳能电池串或者汇流箱均处于一个较低、甚至接近零的发电状态。由于所有相邻或者相近的太阳能电池串、汇流箱同时发生断路故障的概率极小，此时可以认为造成所有太阳能电池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串全部被阴影遮挡，或者全部处于太阳落山后的黑暗状态，故进入步骤108：确定该汇流箱的输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱处于正常工作状态，而非故障状态，这样就利用相邻或相近输入端的电流值的相互校验排除了故障误报。

如果步骤106的判断结果为否的话，则进入步骤107：判断是否存在某输入端的电流值小于等于第二预设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设值。

如果步骤107的判断结果为是，则在相邻或相近的输入端中，有的输入端的电流值达到或者超过第一预设值，说明该时刻一定范围内的环境条件已经能够满足良好的发电要求，而此时存在输入端的电流值低于第二预设值，则认为该输入端的电流值很低甚至接近零，在环境条件良好时出现了低水平的发电状态，则能够判断该输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱处于异常工作状态。也就是说，在步骤103中，利用相邻或相近的输入端的电流值的相互校验，识别出了良好的环境条件而检测出了出现异常的输入端，从而正确地检出了故障。

在步骤107的判断结果为否的情况下，能够进入步骤108：确定与所述输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态正常。

在本发明实施例中，“相邻或相近”的输入端指的是连接的太阳能电池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串与输入端n所连接的太阳能电池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。

在本发明实施例中，在确定与输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常后，上述方法还包括：

步骤S1：确定工作状态的异常类别，并根据异常类别发出相应的报警信号。

具体而言，上述步骤S1：确定工作状态的异常类别，并根据异常类别发出相应的报警信号，除了在步骤104中判断出的电流变化率与日照强度变化率同步性异常、在步骤107中判断出的相邻或相近输入端的电流值校验异常外，还包括：

步骤S11：分别获取输入端在预设时刻和当前时刻的电流值，计算输入端的电流变化量；

步骤S12：将电流变化量分别与电流上限阈值、电流下限阈值比较，电流上限阈值大于电流下限阈值；

如果电流变化量大于电流上限阈值，且大于预设时刻电流值的h倍，h大于0且小于1，则执行步骤S13：确定工作状态的异常类别为电流高值越限，并发出电流高值越限报警信号；

如果电流变化量小于电流下限阈值，且小于预设时刻电流值的l倍，l大于0且小于1，则执行步骤S14：确定工作状态的异常类别为电流低值越限，并发出电流低值越限报警信号。

其中，上述判断电流变化率与日照强度变化率的比值是否在预设阈值区间内具体包括：

判断电流变化率与日照强度变化率的比值是否为正数，如果是，则在比值小于第一预设阈值时，判断比值在预设阈值区间内；否则，在比值大于第二预设阈值时，判断比值在预设阈值区间内；其中，第一预设阈值为正数，第二预设阈值值为负数。

为了对本发明实施例进行详细说明，以下先给出几个基本量的定义，并结合基本量进一步对本发明的优选实施例进行详细说明。

(1)输入端电流：指汇流箱的每个输入端的实际电流值；

(2)报警遥信量：根据所采集的模拟量信号进行内部计算，输出数字遥信量(0或1)，不同的数字遥信量代表不同的含义；

(3)零值报警：根据输入端电流是否为零，来确定是否发出报警信号，“0”代表该输入端所接组件不工作，1代表该输入端所接组件处于工作状态，其中，组件主要包括由多个太阳能电池所组成的太阳能电池串；

(4)电流低值越限：表示输入端电流在当前时刻发生电流值较大幅度的减少，“0”代表该输入端所接组件电流几乎没有发生变化，处于正常工作状态；“1”代表该输入端所接组件电流发生较大幅度变化，处于不正常工作状态；

(5)电流高值越限：表示输入端电流在当前时刻发生电流值较大幅度的增加，“0”代表该输入端所接组件电流几乎没有发生变化，处于正常工作状态；“1”代表该输入端所接组件电流发生较大幅度变化，处于不正常工作状态；

以下分别对零值报警、电流高值越限和电流低值越限进行详细说明：

对于(3)零值报警：

在本发明实施例中，通过判断输入端电流值是否为0，能够判断输入端是否正常工作。若同一汇流箱所接组件中，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输入端电流值为0，则该电流值为0的输入端发出“零值报警”，从而提醒该输入端处存在故障。由于同一汇流箱的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输入端电流为“0”，说明该输入端下接的所有太阳能电池串均不发电，属于异常情况，当然其原因多种多样，如组串串联的保护熔丝损坏或者组串中某个组件损坏，或者该组串连接有问题等，要排出具体故障，需要进一步对组件进行检测。

具体可以根据实际需要，设置零值报警的条件，例如，可以设置当输入端电流满足以下条件时，发出“零值报警”信号(即遥信量置“1”)的条件为：

1、设置一可调的零值报警启动值有效值q，即第一预设值，当同一个汇流箱内任意个支路电流大于q时，零值报警功能才投入使用；

2、设置一可调的零值报警有效门限g，即第二预设值，当任意一个组串输入端的电流小于g时，视为该支路电流为0，发出“零值报警”。

由于正常情况下，光伏组件输出相对稳定，没有固定的工作电流，输出电流随辐照量(日照强度)的变化而变化，通常情况下，阳光的辐照量是稳定连续变化的，且受漫射等影响，不会发生跃变，因此，正常情况下，太阳能电池串电流相对稳定，不会突变，当有故障或损坏时，其输出电流将发生明显变化，即低值越限或高值越限。因此，可以通过检测太阳能电池串实时电流变化率来判断组串是否正常工作。

对于(4)电流低值越限：

通过比较电流值在设置的时间内的变化量来判断是否有输入端电流发生突变超过正常限值，来判断组串是否正常工作。

若同一个汇流箱内有多路同时发生电流较大跃变时，此时认为与输入端相连的太阳能电池串或汇流箱未出现异常，而可能是有物体遮挡或者云彩飘过造成，此时，不发出异常报警信号。

当输入端电流满足以下条件时，发出“电流低值越限”报警，即电流低值越限遥信量置位(置1)条件为：

1、设置日照幅度跟随变化系数R1算当前日照幅度变化率，若日照幅度变化率为负值，且日照幅度变化率与输入端电流变化率的比值的绝对值超过所设置的日照幅度跟随变化系数，那么电流高值越限系数置1；结合(4)和(5)中的日照幅度变化系数可知，当比值不在预设阈值区间内，则确定与输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常，根据日照幅值变化率的正负可以确定是低值越限还是高值越限。

2、设置同时发生系数S(整数，代表周围输入端比较范围)，设置比较输入端跟随变化系数B1，计算该输入端周围的其他输入端电流变化率的比值，当该比值超过所设置的输入端跟随变化系数时，电流高值越限系数置1。

3、设置电流低值越限系数l(也成为电流下限阈值)：即输入端电流变化率低于电流的l倍时，发出“电流低值越限”报警。

当(i_n(0)-i_n(t))<I_min＝li_n(0)，输出电流低值越限报警；其中，l为电流低值限制系数，l∈(0,1)，此变量可通过后台维护软件设置，与监控后台实时通信，n为整数，代表汇流箱内某个回路，n最大为输入端数，t为某个回路，计时器时间，此变量可通过后台维护软件设置,调节范围依据不同项目进行不同设置。

对于(5)电流高值越限：

通过比较电流值在设置的时间内的变化量来判断是否有输入端电流发生突变，超过正常限值，来判断组串是否正常工作。

当输入端电流满足以下条件时，发出“电流高值越限”报警，即电流高值越限遥信量置1的条件为：

1、计算当前日照幅度变化率，若日照幅度变化率为正值，且日照幅度变化率与输入端电流变化率的比值的绝对值超过所设置的日照幅度跟随变化系数R2，那么电流高值越限系数置1；

2、设置比较输入端跟随变化系数B2，计算该输入端周围的其他输入端电流变化率的比值，当该比值超过所设置的输入端跟随变化系数时，电流低值越限系数置1。

3、设置电流高值越限系数h(也称为电流上限阈值)：即输入端电流变化率高于电流的h倍时，输出告警遥信。

当(i_n(t)-i_n(0))>I_max＝hi_n(0)，输出电流高值越限告警遥信，其中，h为电流高值限制系数，h∈(0,1)，此变量可通过后台维护软件设置，有读写窗口，可以通过485通信线直接下载到设备中，而不需重新烧写程序，n为整数，代表汇流箱内某个回路，n最大为实际支路数，t为某个回路，计时器时间，此变量可通过后台维护软件设置，调节范围依据不同项目进行不同设置。

本实施例中的提样能光伏电站的工作状态监测方法，首先通过实时检测每个输入端的电流值，根据该输入端的电流值计算电流变化率，然后实时检测每个输入端的日照强度，并根据日照强度计算日照强度变化率，然后根据电流变化率与日照强度变化率的比值确定与该输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态，如果电流变化率与日照强度变化率的比值超过预设阈值区间，则证明输入端所连接的太阳能电池串或上一级汇流箱的发电水平并未与环境条件同步变化，而非环境因素导致的电流变化必然为太阳能电池串或者上一级汇流箱本身的短路或者断路造成，因而检测出了断路路或者短路等异常工作状态；而在输入端的电流与日照强度同步变化的条件下，如果所有相邻或相近的输入端的电流值全部小于第一预设值时识别为阴影遮挡，仍然判断工作状态正常，而如果某输入端的电流值处于一个低水平同时相邻或相近的输入端的电流值超过一个高水平时，虽然这些输入端的电流均与日照强度发生同步变化，但由于发电水平差距过大，而确定处于较低水平的输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱发生故障。这样将实时检测的发电电流数据和能够反映环境情况的日照强度数据相结合进行监测，并利用相邻或相近输入端的电流值的相互校验，能够减少对历史数据的依赖以及外界干扰引起的误判，从而有效提高监测准确率。

相应地，本发明实施例还提供了一种太阳能光伏电站的工作状态监测系统，如图3所示，太阳能光伏电站包括至少一个太阳能光伏电池阵列，太阳能光伏电池阵列包括多个太阳能电池串和具有多个输入端和一个输出端的汇流箱，每个汇流箱的输入端和一个太阳能电池串或上一级汇流箱的输出端相连，所述系统包括：

电流检测模块201，用于实时检测每个输入端的电流值；

日照强度检测模块203，用于实时检测每个输入端的日照强度；

第一计算模块202，用于根据电流检测模块201获得的电流值计算电流变化率；

第二计算模块204，用于根据日照强度检测模块203获得的日照强度计算日照强度变化率；

第三计算模块205，用于计算第一计算模块202获得的电流变化率与第二计算模块204获得的日照强度变化率的比值；

比较模块206，用于分别将第三计算模块205获得的电流变化率与日照强度变化率的比值与预设阈值区间比较，或者在步骤104判断结果为是的情况下，将电流检测模块201获得的输入端的电流值与第一预设值或第二预设值比较，第一预设值大于第二预设值；

判断模块207，用于实现图1中的步骤104、步骤106、步骤107中的判断；

确定模块208，用于在判断模块207做出是或否的判断后，确定与输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态是否异常。

除上述模块外，作为优选实施例，太阳能光伏电站的工作状态监测系统还包括：

分类报警模块，用于确定模块208确定出工作状态异常后，确定工作状态的异常类别，例如零值报警异常或者电流变化率与日照强度变化率的比值异常(即，电流变化与日照强度变化同步性异常)等，并根据异常类别发出相应的报警信号。

作为优选实施例，上述分类报警模块包括：

获取单元，用于分别获取输入端在预设时刻和当前时刻的电流值；

第一计算单元，用于计算输入端的电流变化量；

第一比较单元，用于将电流变化量分别与电流上限阈值、电流下限阈值比较，电流上限阈值大于所述电流下限阈值；

第一分类报警单元，用于在电流变化量大于电流上限阈值，且大于预设时刻电流值的h倍时，h大于0且小于1，确定工作状态的异常类别为电流高值越限，并发出电流高值越限报警信号；在电流变化量小于所述电流下限阈值，且小于预设时刻电流值的l倍时，l大于0且小于1，确定工作状态的异常类别为电流低值越限，并发出电流低值越限报警信号。

第二比较单元，用于将当前时刻的电流值与零值报警门限比较，零值报警门限小于电流下限阈值；

第二分类报警单元，用于在输入端的当前时刻的电流值小于零值报警门限时，确定所述工作状态的异常类别为零值报警，并发出零值报警信号。

作为一个优选实施例，判断模块207包括：

第一判断单元，用于判断电流变化率与日照强度变化率的比值是否为正数；

第二判断单元，用于在第一判断单元判断比值为正数后，判断比值是否小于第一预设阈值，如果是，则判断比值在预设阈值区间内；还用于在第一判断单元判断比值不为正数后，判断比值是否大于第二预设阈值，如果是，则判断比值在预设阈值区间内；第一预设阈值为正数，第二预设阈值为负数。

本发明实施例提供的太阳能光伏电站的工作状态监测系统，首先通过电流变化率与光照强度的比值判断输入端的电流变化与日照强度变化是否具有良好的同步性，因为影响太阳能电池串及汇流箱发电水平的只有环境变化和本身故障两种因素，因此在同步性不一致的情况下，能够直接确定出与输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的异常工作状态，然后在同步性一致的条件下，继续通过相邻或相近的输入端的电流值的相互校验，来判断是否在某一稳定不发电状态下，例如天黑状态下，发生了故障。由于将实时检测的发电电流数据和能够反映环境情况的日照强度数据相结合进行监测，能够减少对历史数据的依赖以及外界干扰引起的误判，从而有效提高监测准确率。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块或单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法，所述太阳能光伏电站包括至少一个太阳能光伏电池阵列，所述太阳能光伏电池阵列包括多个太阳能电池串和具有多个输入端和一个输出端的汇流箱，每个所述汇流箱的输入端和一个太阳能电池串或上一级汇流箱的输出端相连，其特征在于，所述方法包括：

实时检测每个输入端的电流值，并计算电流变化率，；

实时检测每个输入端的日照强度，并根据所述日照强度计算日照强度变化率；

计算所述电流变化率与所述日照强度变化率的比值；

判断所述比值是否在预设阈值区间内，如果否，则确定与所述输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常，否则进行下一步判断；

判断是否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设值，如果是，则确定与所述输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态正常，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设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设值，其中所述第一预设值大于所述第二预设值，如果是，则确定该输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱处于异常工作状态。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏电站的工作状态监测方法，其特征在于，在判断与所述输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常后，所述方法还包括：确定所述工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的报警信号。

3.根据权利要求2所述的太阳能光伏电站的工作状态监测方法，其特征在于，确定所述工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的报警信号，包括：

分别获取所述输入端在预设时刻和当前时刻的电流值，计算所述输入端的电流变化率；

将所述电流变化率分别与电流上限阈值、电流下限阈值比较，所述电流上限阈值大于所述电流下限阈值；

如果所述电流变化率大于所述电流上限阈值，且大于所述预设时刻电流值的h倍，所述h大于0且小于1，则确定所述工作状态的异常类别为电流高值越限，并发出电流高值越限报警信号；

如果所述电流变化率小于所述电流下限阈值，且小于所述预设时刻电流值的l倍，所述l大于0且小于1，则确定所述工作状态的异常类别为电流低值越限，并发出电流低值越限报警信号。

4.根据权利要求3所述的太阳能光伏电站的工作状态监测方法，其特征在于，所述确定所述工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的报警信号，还包括：

将所述当前时刻的电流值与零值报警门限比较，所述零值报警门限小于所述电流下限阈值；

如果所述输入端的当前时刻的电流值小于所述零值报警门限，则确定所述工作状态的异常类别为零值报警，并发出零值报警信号。

5.根据权利要求1至4任一项所述的太阳能光伏电站的工作状态监测方法，其特征在于，所述判断所述比值是否在预设阈值区间内包括：

判断所述比值是否为正数，如果是，则在所述比值小于第一预设阈值时，判断所述比值在预设阈值区间内；否则，在所述比值大于第二预设阈值时，判断所述比值在预设阈值区间内；所述第一预设阈值为正数，所述第二预设阈值为负数。

6.一种太阳能光伏电站的工作状态监测系统，所述太阳能光伏电站包括至少一个太阳能光伏电池阵列，所述太阳能光伏电池阵列包括多个太阳能电池串和具有多个输入端和一个输出端的汇流箱，每个所述汇流箱的输入端和一个太阳能电池串或上一级汇流箱的输出端相连，其特征在于，所述系统包括：

电流检测模块，用于实时检测每个输入端的电流值；

日照强度检测模块，用于实时检测每个输入端的日照强度；

第一计算模块，用于根据所述电流值计算电流变化率；

第二计算模块，用于根据所述日照强度计算日照强度变化率；

第三计算模块，用于计算所述电流变化率与所述日照强度变化率的比值；

比较模块，用于分别将所述电流变化率与所述日照强度变化率的比值与预设阈值区间比较，或者将所述输入端的电流值与第一预设值或第二预设值比较，所述第一预设值大于所述第二预设值；

判断模块，用于判断所述比值是否在预设阈值区间内，或者所述相邻或相近的输入端电流值是否全部小于第一预设值，或者在所述相邻或相近的输入端电流值全部小于第一预设值的判断结果为否的条件下进一步判断是否存在某输入端的电流值小于等于第二预设值同时相邻或相近的输入端的电流值大于等于第一预设值；

确定模块，用于在所述判断模块做出后，确定与所述输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态是否异常。

7.根据权利要求6所述的太阳能光伏电站的工作状态监测系统，其特征在于，所述系统还包括：

分类报警模块，用于在确定与所述输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常后，确定所述工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的报警信号。

8.根据权利要求7所述的太阳能光伏电站的工作状态监测系统，其特征在于，所述分类报警模块包括：

获取单元，用于分别获取所述输入端在预设时刻和当前时刻的电流值；

第一计算单元，用于计算所述输入端的电流变化量；

第一比较单元，用于将所述电流变化量分别与电流上限阈值、电流下限阈值比较，所述电流上限阈值大于所述电流下限阈值；

第一分类报警单元，用于在所述电流变化量大于所述电流上限阈值，且大于所述预设时刻电流值的h倍时，所述h大于0且小于1，确定所述工作状态的异常类别为电流高值越限，并发出电流高值越限报警信号；在所述电流变化量小于所述电流下限阈值，且小于所述预设时刻电流值的l倍时，所述l大于0且小于1，确定所述工作状态的异常类别为电流低值越限，并发出电流低值越限报警信号。

9.根据权利要求6至8任一项所述的太阳能光伏电站的工作状态监测系统，其特征在于，所述分类报警模块还包括：

第二比较单元，用于将所述当前时刻的电流值与零值报警门限比较，所述零值报警门限小于所述电流下限阈值；

第二分类报警单元，用于在所述输入端的当前时刻的电流值小于所述零值报警门限时，确定所述工作状态的异常类别为零值报警，并发出零值报警信号。

10.根据权利要求9所述的太阳能光伏电站的工作状态监测系统，其特征在于，所述判断模块包括：

第一判断单元，用于判断所述比值是否为正数；

第二判断单元，用于在所述第一判断单元判断所述比值为正数后，判断所述比值是否小于第一预设阈值，如果是，则判断所述比值在预设阈值区间内；

所述第二判断单元，还用于在所述第一判断单元判断所述比值不为正数后，判断所述比值是否大于第二预设阈值，如果是，则判断所述比值在预设阈值区间内；所述第一预设阈值为正数，所述第二预设阈值为负数。