CN104779907A - 一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法及系统 - Google Patents

一种太阳能光伏电站的工作状态监测方法及系统 Download PDF

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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。所述方法及系统通过相邻或相近输入端的电流值的相互校验、电流变化率与日照强度变化率的校验、相邻或相近的输入端的电流变化率的校验、相邻或相近的输入端的跟随变化系数的校验来提高监测准确率。

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，提供了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；
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设值，则判断所述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，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，否则计算电流变化率，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，如果是，则计算所述输入端的电流变化率和与所述输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值；
判断所述输入端的电流变化率和与所述输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值是否大于预设的电流跟随变化系数，如果是，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，统计与所述输入端相邻或相近的输入端中电流跟随变化系数大于所述预设的电流跟随变化系数的输入端数量；
如果所述输入端数量小于第三预设值，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。
优选地，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，所述方法还包括：根据所述异常类别发出相应的报警信号。
优选地，根据所述异常类别发出相应的报警信号，包括：将所述输入端的电流值分别与零值报警门限、电流下限阈值和电流上限阈值进行比较，所述电流下限阈值大于所述零值报警门限、且小于所述电流上限阈值；
如果所述输入端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；
如果所述输入端的电流值大于所述零值报警门限、且小于所述电流下限阈值，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；
如果所述输入端的电流值大于所述电流上限阈值，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。
另一方面，提供了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，用于实时检测日照强度；
第一计算模块，用于根据所述输入端的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；
第四计算模块，用于计算所述输入端的电流变化率和与所述输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值；
统计模块，统计与所述输入端相邻或相近的输入端中电流跟随变化系数大于预设的电流跟随变化系数的输入端数量；
比较模块，用于分别将所述输入端的电流值与第一预设值或第二预设值比较，将所述输入端的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，将所述输入端的电流变化率和与所述输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值与预设的电流跟随变化系数比较，将与所述输入端相邻或相近的输入端中电流跟随变化系数大于所述预设的电流跟随变化系数的输入端数量与第三预设值比较；
确定模块，用于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。
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，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：
比较单元，用于将所述输入端的电流值分别与零值报警门限、电流下限阈值和电流上限阈值进行比较，所述电流下限阈值大于所述零值报警门限、且小于所述电流上限阈值；
分类报警单元，用于在所述输入端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；在所述输入端的电流值大于所述零值报警门限、且小于所述电流下限阈值时，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；在所述输入端的电流值大于所述电流上限阈值时，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。
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，首先实时检测每个输入端的电流值，利用相邻或相近的输入端的电流值相互校验判断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，然后利用电流变化率与日照强度变化率的比值判断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，然后再利用相邻或相近的输入端的电流值变化率相互校验判断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，最后利用相邻或相近的输入端的跟随变化系数超出预设值的数量来判断与该输入端连接的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态。在经过相邻或相近输入端的电流值的相互校验、电流变化率与日照强度变化率的校验、相邻或相近的输入端的电流变化率的校验、相邻或相近的输入端的跟随变化系数的校验后，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。
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。
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：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：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。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＝IZI-H1＝i11+i12+···+i1n，i输入端m＝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。
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。
本发明实施例提供了一种如图1所示的太阳能光伏电站的工作状态监测方法，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如图2所示，包括以下步骤：
步骤101：实时检测每个输入端的电流值。然后进入步骤102和步骤103的零值告警判断。
步骤102：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。
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。
如果步骤102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，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、汇流箱同时发生短路故障的概率极小，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，故判断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102的判断结果为否的话，则进入步骤103：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103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103的判断结果为否时，存在两种情况：
第一种情况，所有输入端的电流值均大于等于第一预设值；
第二种情况：有的输入端的电流值大于等于第一预设值，而其它输入端的电流值处于第一预设值与第二预设值之间的“可接受”的低水平状态。
而两种情况中，太阳能电池串是否产生了故障还是未知的，因为这些处于较高水平的发电状态或者“可接受”的低水平的发电状态的太阳能电池串的发电状态是如何达到的还不可知。例如，在第一种情况中，有可能光照条件逐渐变好，但其中有太阳能电池串由于发生了断路故障而使发电水平逐渐降低(但仍保持在超过第一预设值的高水平)，或者，在第二中情况中，有可能处于“可接受”的低水平发电状态的太阳能电池串是本身的型号性能问题导致其未超过第一预设值，这在大型太阳能电站建设时多供应商、多批次采购太阳能电池串时经常遇到，此时低水平发电状态的太阳能电池串经历了与环境光照条件同步的变化，而非故障。
因此在步骤103判断结果为否的情况下本发明的实施例还计算电流变化率并进入步骤104及后续步骤的日照强度判断，进行进一步的检测。其中，电流变化率是电流值随时间的变化率的简称，分别检测出两个时刻的电流值后，本领域技术人员容易计算出电流变化率。
步骤104：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105：计算电流变化率与日照强度变化率的比值。此后进入步骤201及后续步骤进行电流变化率与日照强度变化率的比值校验。
步骤201：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，则说明该输入端连接的太阳能电池串或者上一级汇流箱的发电状态并未与日照强度变化同步，此时进入步骤202：确定与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；如果是，还不能立刻判断太阳能电池串处于正常工作状态，因为虽然此时输入端的电流变化与日照强度变化基本正相关或者说同步，但是相邻的输入端的电流的变化并不一定同步。例如，随着日照强度的增加，所有输入端的电流同步提高，但当某一时刻一个太阳能电池串突然发生短路或者断路时，太阳能电池串输出的电流会突然增大或者减小，但该变化还不足以严重影响到后面的级别较高的汇流箱的输入端的电流变化率，此时虽然故障已经发生，但输入端的电流仍然是与日照强度同步变化的。为了检出这种故障，在步骤201判断结果为是的情况下，进入步骤203；
步骤203：计算输入端的电流变化率和与输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值，在此将该比值作为一个电流跟随变化系数。
步骤204：判断输入端的电流变化率和与输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值是否大于预设的电流跟随变化系数，如果是，则进入步骤202：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。在一个输入端的电流变化率和与该输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值大于预设的电流跟随变化系数的情况下，说明相邻或相近的输入端的电流变化率是正常的、随日照强度变化而变化的缓慢变化，而该输入端的电流变化率要更加剧烈，或者说该输入端的电流变化并未很好地“跟随”相邻或相近的输入端的电流变化，此时就能够确定具有更加剧烈的电流变化率的输入端所连接的太阳能电池串或者上一级汇流箱发生了断路或者短路等故障异常。例如，假设一级汇流箱Z1-H1的所有输入端均相邻，它们所连接的太阳能电池串所在的物理区域内的日照强度变化率均为1.1，而输入端1的电流变化率为1.1、输入端2的电流变化率为1，输入端3的电流变化率为1.8，输入端4的变化率为1.1，假设预设阈值范围为0.9-1.1，则将输入端1至输入端4的电流变化率与日照强度变化率相比较后，发现输入端3的电流变化率与日照强度变化率的比值为1.8/1.1＝1.64＞1.1，则输入端3的电流增加速度明显超过了环境条件所能达到的速度，因此确定输入端3连接的太阳能电池串存在短路的异常工作状态。但是，虽然输入端1、输入端2、输入端4的变化率与日照强度变化率的比值均处于预设阈值范围内，但是输入端2的电流变化率明显要低于输入端1和输入端3的电流变化率，如果预设电流跟随变化系数为0.95的话，输入端2的电流变化率与输入端1的电流变化率的比值或者与输入端3的电流变化率比值均小于0.95，或者说输入端2的电流变化并未很好地“跟随”相邻或相近输入端的电流变化，此时确定输入端2连接的太阳能电池串中有太阳能电池板单体存在故障，造成输入端2连接的太阳能电池串处于异常工作状态。
当步骤204的判断结果为否时，说明作为判断对象的输入端与相邻或相近的输入端产生了很好的电流变化跟随。此时能够将该输入端作为一个基准，进一步对与该输入端相邻或相近的输入端的电流变化进行步骤301及后续处理。
步骤301：统计与所述输入端(即在步骤204中作为判断对象的输入端，此输入端作为一个基准)相邻或相近的输入端中电流跟随变化系数大于预设的电流跟随变化系数的输入端数量。例如，在步骤204中判断输入端4的电流变化率与日照强度变化率的比值、输入端4的电流变化率与相邻或相近的输入端的电流变化率的比值均正常，则将输入端4作为一个基准，计算与输入端4相邻或相近的输入端1、输入端5、输入端6等的电流跟随变化系数(即输入端5的电流变化率与输入端4的电流变化率的比值、输入端6与输入端4的电流变化率的比值)中大于预设的电流跟随变化系数的数量，输入端5、输入端6、输入端7的电流跟随变化系数均大于预设的电流跟随变化系数的话，则步骤301中统计到的输入端数量为3。可见，在步骤301中，“所述输入端”指的是步骤204中作为判断对象的输入端，而步骤301中作为统计对象的输入端，是与作为判断对象的输入端相邻或者相近的输入端。
在获得输入端数量后，进入步骤302：判断输入端数量是否小于第三预设值。如果所述输入端数量小于第三预设值，则进入步骤202：确定与这些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。例如，第三预设值为4，而仅有输入端5、输入端6和输入端7的电流跟随变化系数超过预设的电流跟随变化系数，说明一级汇流箱Z1-H1的输入端之间大部分处于良好跟随状态，而一小部分跟随状态不佳的输入端连接的太阳能电池串能够被确定为异常。但是，如果输入端5、输入端6直至输入端15均未发生电流变化的良好跟随，输入端数量超过4，此时认为这种大范围的未良好跟随的情况是环境因素造成的，例如较薄的云彩飘过，在此过程中所有太阳能电池串均处于良好发电状态，但受云彩扫过的太阳能电池串并不能很好地跟随其它太阳能电池串实现电流变化，此时确定这些输入端连接的太阳能电池串处于正常工作状态。
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，上述太阳能光伏电站的工作状态监测方法还包括报警步骤401：根据异常类别发出相应的报警信号。
上述根据输入端的电流值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，包括：
步骤S1：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S2：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S3：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S4：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。
在本发明的一个实施例中，根据输入端的电流值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，还包括：
步骤S11：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；
如果输入端的当前时刻的电流值小于零值报警门限，则执行步骤S12：确定工作状态的异常类别为零值报警，并发出零值报警信号。
其中，上述判断比值是否在预设阈值区间内包括：
判断比值是否为正数，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，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，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”。
在本发明实施例中，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，组串电流相对稳定，不会突变，当有故障或损坏时，其输出电流将发生明显变化。因此，可以通过检测组串实时电流变化量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)：即输入端电流变化量低于电流的l倍时，发出“电流低值越限”报警。
当(in(0)-in(t))<Imin＝lin(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)：即输入端电流变化量高于电流的h倍时，输出告警遥信。
当(in(t)-in(0))>Imax＝hin(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。
本发明实施例提供的太阳能光伏电站的工作状态监测方法，首先实时检测每个输入端的电流值，在所有相邻或相近的输入端的电流值全部低于第一预设值时，认为是阴影遮挡或者天黑等环境因素造成，此时不报异常而确定为正常，降低故障误报率；当存在输入端电流大于第一预设值时，说明环境条件很好，此时认为低于第二预设值的输入端电流过低甚至接近于零是由断路等故障造成的，从而正确检出故障；然后引入日照强度因素，如果电流变化率与日照强度的变化率的比值在预定阈值区间内，说明输入端的电流正随着日照强度进行同步变化，而未发生同步变化的输入端连接的太阳能电池串或者上一级汇流箱确定出现故障；然后再利用电流跟随变化系数来进行相邻或相近输入端的电流变化率的校验，当输入端的电流变化率和与输入端相邻或相近的其余输入端的电流变化率的比值大于该跟随系数时，说明输入端的电流变化不是同步的，此时再次检出了未同步变化的输入端并确定出异常状态；最后以电流跟随变化系数正常的输入端作为基准，对相邻或相近的输入端发生电流跟随变化系数异常的数量进行比较，如果仅少量未良好跟随，则直接确定异常，如果大量输入端均未良好跟随，则判断该现象产生原因为环境因素影响，确定正常。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，并利用相邻相近输入端的多重相互校验，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501，用于实时检测每个输入端的电流值；
日照强度检测模块503，用于实时检测日照强度；
第一计算模块502，用于根据输入端的电流值计算电流变化率；
第二计算模块504，用于根据日照强度计算日照强度变化率；
第三计算模块505，用于计算电流变化率与日照强度变化率的比值；
第四计算模块506，用于计算输入端的电流变化率和与该输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值，该比值也被称为电流跟随变化系数；
统计模块507，统计与输入端相邻或相近的输入端中电流跟随变化系数大于预设的电流跟随变化系数的输入端数量；
比较模块508，用于分别将电流检测模块501获得的输入端的电流值与第一预设值或第二预设值比较，将第三计算模块505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，将第四计算模块506获得的电流变化跟随系数与预设的电流跟随变化系数比较，将统计模块507所获得的输入端数量与第三预设值比较；
确定模块509，用于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。更具体地，当上述步骤103的判断结果为是时，或者上述步骤201判断结果为否时，或者上述步骤204判断结果为是时，或者上述步骤302判断结果为是是，确定与输入端连接的太阳能电池串或者上一级汇流箱的工作状态为异常，否则确定为正常。
分类报警模块510，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，根据异常类别发出相应的报警信号。异常类别包括步骤103中判断出的零值异常、步骤201中判断出的电流与日照强度同步性异常、步骤204中判断出的输入端与相邻或相近输入端之间的电流变化率跟随异常、步骤302中判断出的发生电流变化率跟随异常的输入端数量异常。
上述分类报警模块具体可以包括：
比较单元511，用于将输入端的电流值分别与零值报警门限、电流下限阈值和电流上限阈值进行比较，电流下限阈值大于所述零值报警门限、且小于电流上限阈值；
分类报警单元512，用于在输入端的电流值小于零值报警门限时，确定工作状态的异常类别为零值报警，并发出零值报警信号；在输入端的电流值大于零值报警门限、且小于电流下限阈值时，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；在输入端的电流值大于电流上限阈值时，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。
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，首先实时检测每个输入端的电流值，在所有相邻或相近的输入端的电流值全部低于第一预设值时，认为是阴影遮挡或者天黑等环境因素造成，此时不报异常而确定为正常，降低故障误报率；当存在输入端电流大于第一预设值时，说明环境条件很好，此时认为低于第二预设值的输入端电流过低甚至接近于零是由断路等故障造成的，从而正确检出故障；然后引入日照强度因素，如果电流变化率与日照强度的变化率的比值在预定阈值区间内，说明输入端的电流正随着日照强度进行同步变化，而未发生同步变化的输入端连接的太阳能电池串或者上一级汇流箱确定出现故障；然后再利用电流跟随变化系数来进行相邻或相近输入端的电流变化率的校验，当输入端的电流变化率和与输入端相邻或相近的其余输入端的电流变化率的比值大于该跟随系数时，说明输入端的电流变化不是同步的，此时再次检出了未同步变化的输入端并确定出异常状态；最后以电流跟随变化系数正常的输入端作为基准，对相邻或相近的输入端发生电流跟随变化系数异常的数量进行比较，如果仅少量未良好跟随，则直接确定异常，如果大量输入端均为良好跟随，则判断该现象产生原因为环境因素影响，确定正常。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，并利用相邻相近输入端的多重相互校验，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。
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 (6)

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；
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设值，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，否则计算电流变化率，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，如果是，则计算所述输入端的电流变化率和与所述输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值；
判断所述输入端的电流变化率和与所述输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值是否大于预设的电流跟随变化系数，如果是，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，统计与所述输入端相邻或相近的输入端中电流跟随变化系数大于所述预设的电流跟随变化系数的输入端数量；
如果所述输入端数量小于第三预设值，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。
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，所述方法还包括：根据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，根据异常类别发出相应的报警信号，包括：将所述输入端的电流值分别与零值报警门限、电流下限阈值和电流上限阈值进行比较，所述电流下限阈值大于所述零值报警门限、且小于所述电流上限阈值；
如果所述输入端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；
如果所述输入端的电流值大于所述零值报警门限、且小于所述电流下限阈值，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；
如果所述输入端的电流值大于所述电流上限阈值，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。
4.一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，用于实时检测日照强度；
第一计算模块，用于根据所述输入端的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；
第四计算模块，用于计算所述输入端的电流变化率和与所述输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值；
统计模块，统计与所述输入端相邻或相近的输入端中电流跟随变化系数大于预设的电流跟随变化系数的输入端数量；
比较模块，用于分别将所述输入端的电流值与第一预设值或第二预设值比较，将所述输入端的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，将所述输入端的电流变化率和与所述输入端相邻或相近的输入端的电流变化率的比值与预设的电流跟随变化系数比较，将与所述输入端相邻或相近的输入端中电流跟随变化系数大于所述预设的电流跟随变化系数的输入端数量与第三预设值比较；
确定模块，用于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。
5.根据权利要求4所述的太阳能光伏电站的工作状态监测系统，其特征在于，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，根据所述异常类别发出相应的报警信号。
6.根据权利要求5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：
比较单元，用于将所述输入端的电流值分别与零值报警门限、电流下限阈值和电流上限阈值进行比较，所述电流下限阈值大于所述零值报警门限、且小于所述电流上限阈值；
分类报警单元，用于在所述输入端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；在所述输入端的电流值大于所述零值报警门限、且小于所述电流下限阈值时，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；在所述输入端的电流值大于所述电流上限阈值时，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。
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