CN107947739A - 一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，包括顺次连接的光伏板发电矩阵组、数据采集模块、中央处理器及报警显示模块；光伏板发电矩阵组包括多个顺次电连接的光伏板，任意两个相邻光伏板之间设置有常闭开关D；中央处理器还信号连接有开关矩阵模块；开关矩阵模块包括检测开关电路和PLC控制器；同时本发明还公开了一种基于开关矩阵的光伏板故障定位方法。本发明结构简单操作方便，可快速、精准的对光伏板进行检测，并能检测所有的光伏板，检测完全、精度高，并且在检测过程中还可以检测出光伏板击穿或失效的故障情况，以及还可检测出光伏板的老化情况。
Description
技术领域
本发明涉及光伏板技术领域，更具体的说是涉及一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，同时本发明还公开了基于光伏板故障定位系统的光伏板故障定位方法。
背景技术
在能源危机形势下，太阳能光伏发电作为可再生清洁能源得到了广泛发展和应用。受外部环境和自身使用寿命的影响，太阳能光伏电池板通常出现碎裂，老化等故障现象。太阳能电池板的故障会影响整个发电系统的效率，严重时会发生火灾等。
目前，太阳能光伏发电系统的设备故障检测主要有基于红外图像的故障诊断方法和电气测量故障诊断方法。其中基于红外图像的检测方法成本较高，受外界环境影响较大；电气检测方法不能实现实时检测，并且检测结构在大规模光伏阵列应用中难以推广。
近些年来，人工智能被广泛应用到太阳能光伏发电系统的故障诊断中，实现了实时在线检测；但实时监测方法中基本都只能应用于某一区域的检测，无法实现大区域的全面检测，并且无法精确定位到出现故障的光伏板，同时很多都是在检测过程中，当某一光伏板出现故障后，就无法再继续检测，无法将所有光伏板一次性全部检测完全，给光伏板精确排障带来了诸多不便。
发明内容
基于以上技术问题，本发明提供了一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，从而解决了以往光伏板出现故障无法及时、准确的定位的技术问题；同时，本发明基于上述基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，还公开了一种基于开关矩阵的光伏板故障定位方法。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，包括顺次连接的光伏板发电矩阵组、数据采集模块、中央处理器及报警显示模块；
其中，
光伏板发电矩阵组包括多个顺次电连接的光伏板，任意两个相邻光伏板之间设置有常闭开关D；
中央处理器还信号连接有开关矩阵模块；
开关矩阵模块包括检测开关电路和PLC控制器；
检测开关电路包括多个顺次设置的常开开关T，多个常开开关T与光伏板数量相同；每个常开开关T还电连接有常开开关S，多个常开开关S的另一端分别依次与多个常闭开关D对应电连接，且常开开关S两端均分别与常开开关S和常闭开关D的输出端电连接；
多个所述常闭开关D、常开开关T及常开开关S均与所述PLC控制器信号连接。
基于以上技术方案，所述数据采集模块包括传感器模块和数据传输模块，传感器模块包括均与数据传输模块信号连接的电压检测互感器、温度传感器、湿度传感器及光照强度传感器。
基于以上技术方案，所述数据传输模块包括连接电压检测互感器、温度传感器、湿度传感器及光照强度传感器的传输线路，传输线路均通过通信接口与中央处理器信号连接。
基于以上技术方案，所述通信接口为485通信接口。
基于以上技术方案，所述常闭开关D、常开开关T、常开开关S及光伏板数量均相同。
基于以上技术方案，所述常闭开关D、常开开关T及常开开关S均集成于开关柜内。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明结构简单操作方便，可快速、精准的对光伏板进行检测，并能检测所有的光伏板，检测完全、精度高，并且在检测过程中还可以检测出光伏板击穿或失效的故障情况，以及还可检测出光伏板的老化情况。
2、本发明常闭开关D、常开开关T及常开开关S均集成在开关柜内，并通过PLC控制器进行开关控制，控制精度高，并且便于管理维护。
同时，基于上述的一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，本发明还公开了一种基于开关矩阵的光伏板故障定位方法，该方法包括以下步骤：
S1数据采集模块采集光伏板发电矩阵组的工作数据进行采集，并传输至中央处理器；
S2中央处理器对数据进行挖掘诊断，诊断是否有光伏板组异常，并根据诊断结果执行以下步骤：
S201当诊断结果为正常时，则中央处理器不进行操作，继续诊断后续传输的数据；
S202当诊断结果为异常时，则中央处理器发送指令至开关矩阵模块执行下一步骤；
S3开关矩阵模块接收到中央处理器指令，开启PLC控制器，PLC控制器控制常闭开关D、常开开关T及常开开关S开闭对所有光伏板依次进行检测；
S4重复步骤S1～S3，直到所有的光伏板均检测完毕；
S5检测完毕后，将所有数据异常的光伏板的位置数据发送至报警显示模块，报警并显示异常光伏板位置。
基于以上方法，所述步骤S3中，常闭开关D、常开开关T及常开开关S开闭的方法如下：
设常闭开关D、常开开关T、常开开关S及光伏板数量共设置有n个，n为大于1的整数，
则检测时，断开所有的常闭开关D和常开开关S，闭合所有的常开开关T，
当检测第n个光伏板数据时，闭合第n个光伏板对应的常开开关Sn、常开开关Sn-1和常闭开关Dn，断开常开开关Sn-1和常闭开关Dn前面的所有常开开关S和常闭开关D；
同时常开开关Tn断开，常开开关Tn前面的所有常开开关T均全部保持闭合，
其中，
常开开关Sn、常开开关Sn-1分别表示第n个、第n-1个常开开关S；
常开开关Tn、常开开关Tn-1分别表示第n个、第n-1个常开开关T。
基于以上方法，所述常闭开关D、常开开关T、常开开关S及光伏板数量均相同。
本方法可针对每个光伏板依次进行检测，且检测顺序进行直到所有的光伏板均检测完毕，从而可以将故障的光伏板精确定位，达到了快速检测及精确定位的技术效果。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明实施例的流程示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
如图1所示，一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，包括顺次连接的光伏板发电矩阵组、数据采集模块、中央处理器及报警显示模块；
其中，
光伏板发电矩阵组包括多个顺次电连接的光伏板，任意两个相邻光伏板之间设置有常闭开关D；
中央处理器还信号连接有开关矩阵模块；
开关矩阵模块包括检测开关电路和PLC控制器；
检测开关电路包括多个顺次设置的常开开关T，多个常开开关T与光伏板数量相同；每个常开开关T还电连接有常开开关S，多个常开开关S的另一端分别依次与多个常闭开关D对应电连接，且常开开关S两端均分别与常开开关S和常闭开关D的输出端电连接；
多个所述常闭开关D、常开开关T及常开开关S均与所述PLC控制器信号连接。
光伏板发电矩阵组，由多个顺次电连接的光伏板组成，用于光能转化；
数据采集模块，用于采集光伏板的工作数据和工作环境数据，并将数据传输至中央处理器；
中央处理器，用于处理数据采集模块传输的数据，进行数据挖掘诊断，并控制开关矩阵模块的工作；
开关矩阵模块，接收中央处理器指令，用于对所有光伏板进行故障检测，并将检测结果传输至报警显示模块；
报警显示模块，接收开关矩阵模块传输的数据，显示故障光伏板的位置，并提供报警功能。
开关矩阵模块在检测光伏板时，通过PLC控制器分别控制常闭开关D、常开开关T及常开开关S的开闭，从而保证每次只有一个光伏板处于通路中并用于检测，从而可以根据光伏板位置一一进行检测。
本实施例相对于现有技术的红外图像排障系统和电气测量故障诊断系统而言，成本低、结构简单，并且操作方便，不仅可对光伏板进行故障检测，且检测按照光伏板设置顺序依次进行，直到检测完所有的光伏板，可快速、精准的对光伏板进行检测，检测完全、精度高；同时，利用本实施例的系统进行检测时，还可同时检测出光伏板击穿或失效的故障情况，以及还可检测出光伏板的老化情况，实现了其余故障的检测，也能及时排除因光伏板老化而带来的危害，杜绝了光伏系统的潜在威胁。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，优化了数据采集模块，具体为：所述数据采集模块包括传感器模块和数据传输模块，传感器模块包括均与数据传输模块信号连接的电压检测互感器、温度传感器、湿度传感器及光照强度传感器。
本实施例的电压检测互感器、温度传感器、湿度传感器及光照强度传感器可分别对光伏板的工作电压、外界温湿度及光照强度进行检查，从而从几个方面的数据综合判断光伏板的工作情况，从而可以判断其是否工作正常，从而可以筛选出故障的光伏板。
基于以上，所述数据传输模块包括连接电压检测互感器、温度传感器、湿度传感器及光照强度传感器的传输线路，传输线路均通过通信接口与中央处理器信号连接。
基于以上，所述通信接口为485通信接口。
实施例3
本实施例在实施例1或实施例2的基础上，优化了以下结构：所述常闭开关D、常开开关T、常开开关S及光伏板数量均相同。
本实施例中，每个光伏板均对应一个常闭开关D、常开开关T及常开开关S，从而在操作时，只需要接通需要检测的光伏板、断开已检测或未检测的光伏板即可，使得每次检测均单独检测一个光伏板，起到精确检测和定位度高的效果。
实施例4
本实施例在实施例1-实施例3中任一实施例的基础上，优化了以下结构：所述常闭开关D、常开开关T及常开开关S均集成于开关柜内。
本实施例将常闭开关D、常开开关T及常开开关S均集成于开关柜内，从而方便安装和管理维护，结构也更为简单。
为了更好的实现本发明，本发明基于实施例1-实施例4中任一实施例的基础上，还公开了一种基于开关矩阵的光伏板故障定位方法，该方法包括以下步骤：
S1数据采集模块采集光伏板发电矩阵组的工作数据进行采集，并传输至中央处理器；
S2中央处理器对数据进行挖掘诊断，诊断是否有光伏板组异常，并根据诊断结果执行以下步骤：
S201当诊断结果为正常时，则中央处理器不进行操作，继续诊断后续传输的数据；
S202当诊断结果为异常时，则中央处理器发送指令至开关矩阵模块执行下一步骤；
S3开关矩阵模块接收到中央处理器指令，开启PLC控制器，PLC控制器控制常闭开关D、常开开关T及常开开关S开闭对所有光伏板依次进行检测；
S4重复步骤S1～S3，直到所有的光伏板均检测完毕；
S5检测完毕后，将所有数据异常的光伏板的位置数据发送至报警显示模块，报警并显示异常光伏板位置。
本方法可实时采集光伏板数据，并根据数据按照光伏板设置顺序依次对所有的光伏板进行检测，并且每次检测均单独的对每个光伏板进行检测，从而可以将故障的光伏板精确定位，达到了快速检测及精确定位的技术效果。
在执行步骤S3时，常闭开关D、常开开关T及常开开关S开闭的方法如下：
设常闭开关D、常开开关T、常开开关S及光伏板数量共设置有n个，n为大于1的整数，
则检测时，断开所有的常闭开关D和常开开关S，闭合所有的常开开关T，
当检测第n个光伏板数据时，闭合第n个光伏板对应的常开开关Sn、常开开关Sn-1和常闭开关Dn，断开常开开关Sn-1和常闭开关Dn前面的所有常开开关S和常闭开关D；
同时常开开关Tn断开，常开开关Tn前面的所有常开开关T均全部保持闭合，
其中，
常开开关Sn、常开开关Sn-1分别表示第n个、第n-1个常开开关S；
常开开关Tn、常开开关Tn-1分别表示第n个、第n-1个常开开关T。
采用该控制方式，通过合理控制常闭开关D、常开开关T及常开开关S的开闭，即可保证每次检测时均只对一个光伏板进行检测，且检测顺序进行，方便了光伏板的定位。
同时，为了方便常闭开关D、常开开关T及常开开关S的开闭控制，所述常闭开关D、常开开关T、常开开关S及光伏板数量均相同，常闭开关D、常开开关T、常开开关S及光伏板数量相同，从而每个光伏板均对应一个常闭开关D、常开开关T及常开开关S，使得控制更为方便。
基于以上方法，下面结合具体实施例对本发明的方法做进一步说明。
具体实施例
如图2所示，常闭开关D1，D2，D3，…，Dn在未发现故障时为常闭状态，常开开关S1，S2，S3，…，Sn在未发现故障时为常开状态，常开开关T1，T2，T3,…,Tn在未发现故障时为常开状态。
当发现某一回路故障时，开启这一回路的开关矩阵检测，此时常闭开关D1，D2，D3，…，Dn全部断开，常开开关T1，T2，T3,…,Tn全部闭合；首先闭合常闭开关D1和常开开关S1，断开常开T1，通过数据采集模块和中央处理器判断光伏板G1是否有故障，判断结束后，断开常闭开关D1，光伏板G1检测完毕；然后，闭合常闭开关D2、常开开关S2及常开开关T1，断开常开开关T2，通过数据采集模块和中央处理器判断光伏板G2是否有故障，判断结束后，断开常开开关S1和常闭开关D2，闭合常开开关T2，光伏板G2检测完毕；最后，闭合常开开关S3和常闭开关D3，断开常开开关T3，通过数据采集模块和中央处理器判断光伏板G3是否有故障，判断结束后，断开常开开关S2和常闭开关D3，闭合常开开关T3，光伏板G3检测完毕，依次类推，即可实现本发明所述方法，最终依次检测出所有的故障光伏板。
如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，其特征在于，包括顺次连接的光伏板发电矩阵组、数据采集模块、中央处理器及报警显示模块；
其中，
光伏板发电矩阵组包括多个顺次电连接的光伏板，任意两个相邻光伏板之间设置有常闭开关D；
中央处理器还信号连接有开关矩阵模块；
开关矩阵模块包括检测开关电路和PLC控制器；
检测开关电路包括多个顺次设置的常开开关T，多个常开开关T与光伏板数量相同；每个常开开关T还电连接有常开开关S，多个常开开关S的另一端分别依次与多个常闭开关D对应电连接，且常开开关S两端均分别与常开开关S和常闭开关D的输出端电连接；
多个所述常闭开关D、常开开关T及常开开关S均与所述PLC控制器信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，其特征在于，所述数据采集模块包括传感器模块和数据传输模块，传感器模块包括均与数据传输模块信号连接的电压检测互感器、温度传感器、湿度传感器及光照强度传感器。
3.根据权利要求2所述的一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，其特征在于，所述数据传输模块包括电压检测互感器、温度传感器、湿度传感器及光照强度传感器的传输线路，传输线路均通过通信接口与中央处理器信号连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，其特征在于，所述通信接口为485通信接口。
5.根据权利要求1所述的一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，其特征在于，所述常闭开关D、常开开关T、常开开关S及光伏板数量均相同。
6.根据权利要求1所述的一种基于开关矩阵的光伏板故障定位系统，其特征在于，所述常闭开关D、常开开关T及常开开关S均集成于开关柜内。
7.一种基于开关矩阵的光伏板故障定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1数据采集模块采集光伏板发电矩阵组的工作数据进行采集，并传输至中央处理器；
S2中央处理器对数据进行挖掘诊断，诊断是否有光伏板组异常，并根据诊断结果执行以下步骤：
S201当诊断结果为正常时，则中央处理器不进行操作，继续诊断后续传输的数据；
S202当诊断结果为异常时，则中央处理器发送指令至开关矩阵模块执行下一步骤；
S3开关矩阵模块接收到中央处理器指令，开启PLC控制器，PLC控制器控制常闭开关D、常开开关T及常开开关S开闭对所有光伏板依次进行检测；
S4重复步骤S1～S3，直到所有的光伏板均检测完毕；
S5检测完毕后，将所有数据异常的光伏板的位置数据发送至报警显示模块，报警并显示异常光伏板位置。
8.根据权利要求7所述的一种基于开关矩阵的光伏板故障定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，常闭开关D、常开开关T及常开开关S开闭的方法如下：
设常闭开关D、常开开关T、常开开关S及光伏板数量共设置有n个，n为大于1的整数；
则检测时，断开所有的常闭开关D和常开开关S，闭合所有的常开开关T；
当检测第n个光伏板数据时，闭合第n个光伏板对应的常开开关Sn、常开开关Sn-1和常闭开关Dn，断开常开开关Sn-1和常闭开关Dn前面的所有常开开关S和常闭开关D；
同时常开开关Tn断开，常开开关Tn前面的所有常开开关T均全部保持闭合；
其中，
常开开关Sn、常开开关Sn-1分别表示第n个、第n-1个常开开关S；
常开开关Tn、常开开关Tn-1分别表示第n个、第n-1个常开开关T。
9.根据权利要求8所述的一种基于开关矩阵的光伏板故障定位方法，其特征在于，所述常闭开关D、常开开关T、常开开关S及光伏板数量均相同。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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