CN105007040A - 一种智能光伏发电系统的故障识别和定位的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能光伏发电系统的故障识别和定位的方法及系统，本故障识别和定位的方法包括：步骤S1，获得一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元的相关系数；步骤S2，建立光伏发电单元的故障判断依据；步骤S3，对故障光伏发电单元进行故障识别及定位；本发明提供的智能光伏发电系统的故障识别和定位的方法及系统，根据光伏发电系统各单元之间距离和实时综合发电效率判别，进行数据分析，实现对智能光伏发电系统故障的准确识别和定位，大幅降低故障误报警概率，提高了智能光伏发电系统故障识别的准确度和故障定位的精度；同时，本发明不需要额外在光伏电站中增加专业故障诊断装置，降低成本，具有较广泛的应用前景。

Description

一种智能光伏发电系统的故障识别和定位的方法及系统

技术领域

本发明属于光伏智能监测领域，尤其涉及一种智能光伏发电系统故障识别和定位的方法。

背景技术

目前光伏发电作为最优质、最方便的清洁能源，受到世界各国的重视。在国家政策的推动下我国光伏发电技术发展迅速，但在光伏电站投运过程中，电站错误报警现象严重，导致用户对报警电站进盲目维修，耗费大量人力、物力、财力，同时也给用户的监测和维修带来较大的困难。传统方法是利用光伏发电系统综合效率法进行故障定位和识别，有效果但不明显。大幅度提高智能光伏发电系统故障识别的准确度和故障定位的精度，是光伏领域亟待的一大问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏发电系统的故障识别和定位的方法及系统，即在数据仿真和软件自动识别定位的基础上，提供智能光伏发电系统故障识别定位的方法，以获得更加准确的识别定位精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏发电系统的故障识别和定位的方法，包括如下步骤：

步骤S1，获得一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元的相关系数；

步骤S2，建立光伏发电单元的故障判断依据；

步骤S3，对故障光伏发电单元进行故障识别及定位。

进一步，所述步骤S1中获得一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元的相关系数的方法包括如下步骤：

步骤S11，测量各光伏发电单元的经纬度，并计算各光伏发电单元之间的距离；

步骤S12，将各距离的倒数作为相关因子，采用加权系数法确定所述相关系数。

进一步，所述步骤S2中建立光伏发电单元的故障判断依据的方法包括：

在确定相关系数的基础上，监测各光伏发电单元实时综合效率，以n-1个光伏发电单元实时综合效率与其对第n个光伏发电单元相关系数乘积之和作为判断依据。

进一步，所述步骤S3中对故障光伏发电单元进行故障识别及定位的方法包括：通过将各发电单元的实时综合效率结合故障判断依据对发生故障的光伏发电单元进行故障识别，并定位该光伏发电单元的故障范围。

进一步，所述通过将各发电单元的实时综合效率结合故障判断依据对发生故障的光伏发电单元进行故障识别的方法包括：环境干扰识别、光伏发电单元物理故障识别，即设定一限定值，将故障判断依据和限定值的乘积与一发电单元的实时综合效率相比较；若实时综合效率大于该乘积，则识别为环境干扰；若实时综合效率小于该乘积，则识别为光伏发电单元发生物理故障。

进一步，所述故障范围的定位方法包括：先定位故障光伏发电单元的地理位置，再对光伏发电单元的故障位置进行定位，即判断光伏发电单元发生物理故障后，若实时综合效率为0，则定位为逆变器出现故障，若实时综合效率大于0，则定位为组串线路故障。

又一方面，本发明还提供了一种光伏发电系统的故障识别和定位系统，包括：

相关系数计算模块，获得一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元的相关系数；与相关系数计算模块相连的异常现象分类模块，所述异常现象分类模块适于建立光伏发电单元的故障判断依据，以及对故障光伏发电单元进行故障识别及定位。

进一步，所述故障识别和定位系统还包括：在线仿真模块，所述在线仿真模块适于根据各光伏发电单元之间的距离和综合发电效率进行MATLAB数值仿真，目标函数为光伏发电单元位置参数，自变量为各单元综合发电效率，约束条件为系统异常原因；仿真的目标函数，即判断函数是单目标函数，并采用加权系数法进行计算；以及对光伏发电单元的地理位置进行定位。

进一步，所述对故障光伏发电单元进行故障识别，即环境干扰识别、光伏发电单元物理故障识别；以及设定一限定值，将故障判断依据和限定值的乘积与一发电单元的实时综合效率相比较；若实时综合效率大于该乘积，则识别为环境干扰；若实时综合效率小于该乘积，则识别为光伏发电单元发生物理故障。

进一步，所述对故障光伏发电单元进行故障定位，即先定位故障光伏发电单元的地理位置，再对光伏发电单元的故障位置进行定位；以及判断光伏发电单元发生物理故障后，若实时综合效率为0，则定位为逆变器出现故障，若实时综合效率大于0，则定位为组串线路故障。

本发明的有益效果是，本发明提供的智能光伏发电系统的故障识别和定位的方法及系统，根据光伏发电系统各单元之间距离和实时综合发电效率判别，进行数据分析，实现对智能光伏发电系统故障的准确识别和定位，大幅降低故障误报警概率，提高了智能光伏发电系统故障识别的准确度和故障定位的精度；同时，本发明不需要额外在光伏电站中增加专业故障诊断装置，降低成本，具有较广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的光伏发电系统故障识别和定位流程图；

图2为本发明的光伏发电系统故障定位的相关性分析及判据示例图；

图3为本发明的光伏发电系统故障识别定位软件的原理框图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

图1为本发明的光伏发电系统故障识别和定位流程图。

图1中故障判断依据简称为判据。

如图1所示，本发明的一种光伏发电系统的故障识别和定位的方法，包括如下步骤：

步骤S1，获得一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元的相关系数；

步骤S2，建立光伏发电单元的故障判断依据；

步骤S3，对故障光伏发电单元进行故障识别及定位。

其中，所述光伏发电系统包括若干光伏发电单元。

图2为本发明的光伏发电系统故障定位的相关性分析及判据示例图。

进一步，所述步骤S1中获得一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元的相关系数的方法包括如下步骤：

步骤S11，测量各光伏发电单元的经纬度，并计算各光伏发电单元之间的距离；

步骤S12，将各距离的倒数作为相关因子，采用加权系数法确定所述相关系数。

其中，本发明中各光伏发电单元之间的距离具体为，某一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元之间的距离。

具体的步骤如下：根据测量结果计算出光伏发电单元1到光伏发电单元2、光伏发电单元3、光伏发电单元4…光伏发电单元n的距离分别为d₁₂、d₁₃、d₁₄…d_1n，取各距离倒数为相关因子，即光伏发电单元1与光伏发电单元、2光伏发电单元、光伏发电单元3、光伏发电单元4…光伏发电单元n的相关因子分别为1/d₁₂、1/d₁₃、1/d₁₄…1/d_1n。对光伏发电单元1与光伏发电单元2、光伏发电单元3、光伏发电单元4…光伏发电单元n的相关因子进行累加，即

$sum=\underset{m=2}{\overset{n}{\Σ}}\left(\frac{1}{d_{1m}}\right)=\frac{1}{d_{12}}+\frac{1}{d_{13}}+L+\frac{1}{d_{1n}}$

则光伏发电单元1与其他各光伏发电单元2、光伏发电单元3、光伏发电单元4…光伏发电单元n的相关性系数可分别表示为1/(d₁₂×sum)、1/(d₁₃×sum)、1/(d₁₄×sum)…1/(d_1n×sum).在此基础上，建立数学模型进行相关性分析，得到其他光伏发电单元i(0≤i≤n)对光伏发电单元1的相关系数为A_1i，第k个光伏发电单元的相关系数为A_ki，i≠k,1≤k≤n，且0≤i≤n。

进一步，所述步骤S2中建立光伏发电单元的故障判断依据的方法包括：

在确定相关系数的基础上，监测各光伏发电单元实时综合效率，以n-1个光伏发电单元实时综合效率与其对第n个光伏发电单元相关系数乘积之和作为判断依据。

所述步骤S3中对故障光伏发电单元进行故障识别及定位的方法包括：通过将各发电单元的实时综合效率结合故障判断依据对发生故障的光伏发电单元进行故障识别，并定位该光伏发电单元的故障范围。

所述通过将各发电单元的实时综合效率结合故障判断依据对发生故障的光伏发电单元进行故障识别的方法包括：环境干扰识别、光伏发电单元物理故障识别，即设定一限定值，将故障判断依据和限定值的乘积与一发电单元的实时综合效率相比较；若实时综合效率大于该乘积，则识别为环境干扰；若实时综合效率小于该乘积，则识别为光伏发电单元发生物理故障。

所述故障范围的定位方法包括：先定位故障光伏发电单元的地理位置，再对光伏发电单元的故障位置进行定位，即判断光伏发电单元发生物理故障后，若实时综合效率为0，则定位为逆变器出现故障，若实时综合效率大于0，则定位为组串线路故障。

具体的实施步骤，监测各发电单元实时综合效率为η₁、η₂、η₃…η_n,针对第k个发电单元的故障判断依据：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(A_{ki}\×{\mathrm{\η}}_i),$

式中i≠k,1≤k≤n，且0≤i≤n，以及其中A_ki×η_i表示第k个光伏发电单元相对i个光伏发电单元(所有光伏发电单元中除第k个光伏发电单元之外的光伏发电单元)相关效率值。

设定限定值90％，即若第k个单元的实时综合效率则判断为环境干扰识别，例如但不限于云团等易挡住太阳的物体(此种干扰为间歇性干扰)，识别环境干扰后，无需采取相应措施，继续监测并处理下一循环各单元的实时效率；

若判断η_k是否为0，若η_k＝0，则说明逆变器故障，并定位逆变器的位置；若η_k＞0，则说明组串线路故障，或通过智能汇流箱数据定位至故障组串线路。

实施例2

图3为本发明的光伏发电系统故障识别定位软件的原理框图。

如图3所示，在实施例1基础上，本发明还提供了一种光伏发电系统的故障识别和定位系统，包括：

相关系数计算模块，获得一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元的相关系数；以及与相关系数计算模块相连的异常现象分类模块，所述异常现象分类模块适于建立光伏发电单元的故障判断依据，以及对故障光伏发电单元进行故障识别及定位。

所述故障判断依据的建立参见实施例1的相关内容。

进一步，所述故障识别和定位系统还包括：在线仿真模块，所述在线仿真模块适于根据各光伏发电单元之间的距离和综合发电效率进行MATLAB数值仿真，目标函数为光伏发电单元位置参数，自变量为各单元综合发电效率，约束条件为系统异常原因；仿真的目标函数，即判断函数是单目标函数，并采用加权系数法进行计算；以及对光伏发电单元的地理位置进行定位。

所述对故障光伏发电单元进行故障识别，即环境干扰识别、光伏发电单元物理故障识别；以及设定一限定值，将故障判断依据和限定值的乘积与一发电单元的实时综合效率相比较；若实时综合效率大于该乘积，则识别为环境干扰；若实时综合效率小于该乘积，则识别为光伏发电单元发生物理故障。

所述对故障光伏发电单元进行故障定位，即先定位故障光伏发电单元的地理位置，再对光伏发电单元的故障位置进行定位；以及判断光伏发电单元发生物理故障后，若实时综合效率为0，则定位为逆变器出现故障，若实时综合效率大于0，则定位为组串线路故障。

具体的，在判据分析的前提下，根据各光伏发电单元的实时综合效率，自动识别光伏发电系统出现异常的原因，并以红色警报和屏显形式向用户发送故障点信息。具体显示包括：以地理位置图标形式展开，随定位范围的缩小，逐级放大故障点位置图标，界面最终显示故障点逆变器或组串发电数据，即完成相应故障定位。

本发明提供的智能光伏发电系统的故障识别和定位的方法及系统，通过对电站位置信息进行相关性分析给出相关因子，并监测各光伏发电单元实时效率，对故障进行智能识别和定位，方便企业进行及时有效维护，极大程度上降低了假报警情况发生的概率，具有较广泛的应用前景。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种光伏发电系统的故障识别和定位的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，获得一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元的相关系数；

步骤S2，建立光伏发电单元的故障判断依据；

步骤S3，对故障光伏发电单元进行故障识别及定位。

2.根据权利要求1所述的故障识别和定位的方法，其特征在于，所述步骤S1中获得一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元的相关系数的方法包括如下步骤：

步骤S11，测量各光伏发电单元的经纬度，并计算各光伏发电单元之间的距离；

步骤S12，将各距离的倒数作为相关因子，采用加权系数法确定所述相关系数。

3.根据权利要求2所述的故障识别和定位的方法，其特征在于，所述步骤S2中建立光伏发电单元的故障判断依据的方法包括：

在确定相关系数的基础上，监测各光伏发电单元实时综合效率，以n-1个光伏发电单元实时综合效率与其对第n个光伏发电单元相关系数乘积之和作为判断依据。

4.根据权利要求3所述的故障识别和定位的方法，其特征在于，所述步骤S3中对故障光伏发电单元进行故障识别及定位的方法包括：

通过将各发电单元的实时综合效率结合故障判断依据对发生故障的光伏发电单元进行故障识别，并定位该光伏发电单元的故障范围。

5.根据权利要求4所述的故障识别和定位的方法，其特征在于，所述通过将各发电单元的实时综合效率结合故障判断依据对发生故障的光伏发电单元进行故障识别的方法包括：

环境干扰识别、光伏发电单元物理故障识别，即

设定一限定值，将故障判断依据和限定值的乘积与一发电单元的实时综合效率相比较；

若实时综合效率大于该乘积，则识别为环境干扰；

若实时综合效率小于该乘积，则识别为光伏发电单元发生物理故障。

6.根据权利要求5所述的故障识别和定位的方法，其特征在于，所述故障范围的定位方法包括：

先定位故障光伏发电单元的地理位置，再对光伏发电单元的故障位置进行定位，即

判断光伏发电单元发生物理故障后，若实时综合效率为0，则定位为逆变器出现故障，若实时综合效率大于0，则定位为组串线路故障。

7.一种光伏发电系统的故障识别和定位系统，其特征在于，包括：

相关系数计算模块，获得一光伏发电单元相对于其余各光伏发电单元的相关系数；

与相关系数计算模块相连的异常现象分类模块，所述异常现象分类模块适于建立光伏发电单元的故障判断依据，以及对故障光伏发电单元进行故障识别及定位。

8.根据权利要求7所述的故障识别和定位系统，其特征在于，所述故障识别和定位系统还包括：在线仿真模块，

所述在线仿真模块适于根据各光伏发电单元之间的距离和综合发电效率进行MATLAB数值仿真，目标函数为光伏发电单元位置参数，自变量为各单元综合发电效率，约束条件为系统异常原因；仿真的目标函数，即判断函数是单目标函数，并采用加权系数法进行计算；以及对光伏发电单元的地理位置进行定位。

9.根据权利要求8所述的故障识别和定位系统，其特征在于，所述对故障光伏发电单元进行故障识别，即

环境干扰识别、光伏发电单元物理故障识别；以及

设定一限定值，将故障判断依据和限定值的乘积与一发电单元的实时综合效率相比较；

若实时综合效率大于该乘积，则识别为环境干扰；

若实时综合效率小于该乘积，则识别为光伏发电单元发生物理故障。

10.根据权利要求9所述的故障识别和定位系统，其特征在于，所述对故障光伏发电单元进行故障定位，即

先定位故障光伏发电单元的地理位置，再对光伏发电单元的故障位置进行定位；以及

判断光伏发电单元发生物理故障后，若实时综合效率为0，则定位为逆变器出现故障，若实时综合效率大于0，则定位为组串线路故障。