CN108055002B - 一种光伏组串监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏组串监测方法及系统。一种光伏组串监测方法，包括：S1、获取N路MPPT的各光伏组串的组串电流；S2、通过每路MPPT的最大组串电流值I_{n_max}来判断是否对该路MPPT的各个光伏组串继续组串监测；如果I_{n_max}大于设定值，则对该路MPPT的光伏组串进行组串异常检测步骤S3，否则不进行检测；S3、对各光伏组串进行组串异常检测；所述步骤S3具体包括：S31、接收到全局扫描开始标志，进行全局扫描检测；S32、未接收到全局扫描标志，进行局部扫描检测；具体基于光伏组串在不同故障下的PV曲线特征不同来判断组串发生的故障类型。可快速定位光伏组串的发生位置和故障类型，降低维护成本，在光伏发电实际应用中有一定的实用价值和参考价值。

Description

一种光伏组串监测方法及系统

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种光伏组串监测方法及系统。

背景技术

随着光伏行业的不断发展，对光伏发电系统的可靠稳定运行要求越来越高，光伏系统的运行维护越来越受到关注和重视。光伏组串作为光伏发电系统的重要部件，其成本占据了整个系统成本的近一半，对其的检测维护尤其重要。对于大型光伏电站，组串数量庞大，一旦产生故障很难排查诊断。当前一种方法是通过辅助设备对组串进行监测，比如通过无人机携带热成像仪对光伏面板表面的红外信息进行不断的搜集，传送，分析完成组串故障的检测，此种方法信息处理的实时性不强，而且成本高，效率低下。

实际应用中光伏组件故障各种各样，常见的有安装过程中人为失误造成的反接，局部损坏或阴影等造成的热斑，面板差异造成的组件失配，以及保险丝熔断或接触不良造成的开路等。这些问题的存在如果不及时定位处理会造成发电量的较大损失。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种光伏组串监测方法及系统，其能够简单可靠地完成光伏组件的异常检测。

为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案为：

一种光伏组串监测方法，包括如下步骤：

S1、获取N路MPPT的各光伏组串的组串电流；

S2、通过每路MPPT的最大组串电流值I_{n_max}来判断是否对该路MPPT的各个光伏组串继续组串监测；如果I_{n_max}大于设定值，则对该路MPPT的光伏组串进行组串异常检测步骤S3，否则不进行检测；以及

S3、对各光伏组串进行组串异常检测；

其中，所述步骤S3具体包括：

S31、接收到全局扫描开始标志，进行全局扫描检测；以及

S32、未接收到全局扫描标志，进行局部扫描检测；

所述步骤S31包括：

S311、接收所述全局扫描开始标志和结束标志，记录全局扫描过程中N路MPPT的每路光伏组串的组串电流和组串电压，计算出每路MPPT中各光伏组串的功率信息，记录每路MPPT的光伏组串中的最大功率点 P_{nm_max} 和最大功率点的电压V_{nm_max}；

S312、比较所有光伏组串的最大功率得到一个最大的最大功率点功率P_{n_max}及其电压V_{n_max}；

S313、每路MPPT的光伏组串的最大功率点P_{nm_max}和所述最大的最大功率点P_{n_max}之比小于设定参数PCoeff_n，则判定组串异常；和/或

S314、每路MPPT的光伏组串最大功率点和所有光伏组串的最大的最大功率点的电压差值| V_{n_max} - V_{nm_max} |大于设定值，则判定组串异常；

所述步骤S32包括：

S321、当光伏组串的组串电流在某一定时间内小于某一设定值，则判定该光伏组串未连接；

S322、对每路MPPT的各光伏组串，当组串电流与本路MPPT最大组串电流之比在一定时间内小于设定参数ICoeff_n时，则判定组串异常。

在一些实施例中，所述光伏组串监测方法还包括步骤S4；

S4、同于同一路MPPT的光伏组串，在所述步骤S313及步骤S322中或所述步骤S314及步骤S322中均判定组串异常，则判定组串故障。

在一些实施例中，N路MPPT中的每路分别包括M路光伏组串输入，所述步骤S1中，对于每路MPPT，采集该路的MPPT电压和MPPT电流，采集该路MPPT中的M-1路光伏组串的组串电流，根据采集到的MPPT电流和M-1路光伏组串的组串电流计算出剩余1路光伏组串的组串电流。

在一些实施例中，所述步骤S31中各步骤的执行顺序为S311、S312、S313、S314或S311、S312、S314、S313.

在一些实施例中，所述步骤S32中各步骤的执行顺序为S321、S322或S322、S321。

在一些实施例中，所述光伏组串监测方法还包括步骤S5；

S5、对监测到的组串异常的信息进行显示，所述组串异常的信息包括警告信息和状态信息，所述警告信息用于提示存在组串异常，所述状态信息用于显示具体为哪路光伏组串异常以及光伏组串是否处于未连接状态。

在一些实施例中，通过存储器存储所述设定参数PCoeffn及ICoeffn；通过副CPU获取N路MPPT的各光伏组串的组串电流并对各光伏组串进行组串异常检测；通过主CPU向所述CPU定时发送所述全局扫描开始标志和所述全局扫描结束标志。

本发明采用的另一种技术方案如下：

一种应用所述的光伏组串检测方法的光伏组串监测系统，包括：

N个电压传感器或电压采样电路，分别设置在N路MPPT中，用于分别采集N路MPPT中各光伏组串的组串电压；

多个电流传感器，分别设置在各路MPPT和/或各路MPPT的各光伏组串中，用于获取各路MPPT电流和/或光伏组串的组串电流；

副CPU，分别和所述电压传感器或电压采样电路、所述电流传感器相电连，用于接收组串电压、MPPT电流和/或组串电流来获取N路MPPT的各光伏组串的组串电流；

主CPU，和所述副CPU相电连，用于向所述副CPU定时发送全局扫描开始标志和全局扫描结束标志；

所述副CPU还用于在接收到所述全局扫描开始标志后进行全局扫描检测，否则进行非全局扫描检测。

在一些实施例中，所述光伏组串监测系统还包括：

存储器，和所述副CPU相电连，用于存储设定参数PCoeff_n及ICoeff_n。

在一些实施例中，所述光伏组串监测系统还包括：

显示屏，和所述主CPU相电连，用于将所述副CPU检测到的组串异常的信息进行显示。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

该光伏组串监测方法中，基于光伏组串在不同故障下的PV曲线特征不同来判断组串发生的故障类型；可快速定位光伏组串的发生位置和故障类型，降低维护成本，在光伏发电实际应用中有一定的实用价值和参考价值。

该光伏组串监测系统中，组串电流的采样的组串异常的检测主要由副CPU完成，节约了主CPU的时间和空间资源；组串异常检测检测原理简单高效，不需要添加外部数据存储芯片，节省成本；检测算法主要通过副CPU来实现，降低了主CPU的资源负担。本系统完全由单独的逆变器实现，无需外部设备参与数据的采集和分析，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的一种光伏组串检测系统的硬件结构示意图；

图2为根据本发明的一种光伏组串监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

本实施例提供一种光伏组串检测方法及系统，其用于对光伏电站的光伏组串进行异常、故障监测，通过逆变器系统本身来完成监测，不需要辅助设备。

本实施例提供的光伏组串监测系统基于独立的光伏逆变器，主要包括电压采集电路、电流传感器、存储器、副CPU、主CPU以及显示屏。光伏逆变器包括N路MPPT输入，每路MPPT分别包括M串光伏组串，N、M分别为大于或等于1的整数，各路MPPT所包括的光伏组串数（即M）可以相同也可以不同。如图1所示，所述电压采集电路的数量为3个，每路MPPT中分别设有一个所述的电压采集电路，用于获取每路MPPT的MPPT电压，还可通过电压传感器对每路MPPT的MPPT电压进行采集；所述的电流传感器包括N个MPPT电流传感器和多个组串电流传感器，其中，每路MPPT中的M-1串光伏组串中分别设有一个所述的组串电流传感器，也就是说，每路MPPT中都有一串光伏组串上未设置组串电流传感器，而该光伏组串的组串电流则通过该路MPPT电流和所述M-1串光伏组串的组串电流的差值获得。对应于图1中，该光伏逆变器包括3路MPPT输入，第1路MPPT输入包括3串光伏组串。第2路MPPT输入包括3串光伏组串，第3路MPPT输入包括4串光伏组串，对应地，电压采集电路3的数量为3，MPPT电流传感器2的数量为3，组串电流传感器1的数量为7。副CPU 6和各电压采集电路3、MPPT电流传感器2以及组串电流传感器1分别相电连，以获取10串光伏组串的7路组串电流采样，3路MPPT电压采样和3路MPPT电流采样；所有采样信号通过复选芯片由副CPU 6以20KHz的频率进行循环采样。副CPU 6根据组串电流和MPPT电流计算三路未采样组串的电流。三路未采样组串电流计算公式分别为：

I₁₃ = I₁– I₁₁– I₁₂ ；

I₂₃ = I₂– I₂₁– I₂₂ ；

I₃₄ = I₃– I₃₁– I₃₂ – I₃₃。

存储器具体采用EEPROM芯片5，EEPROM芯片5内存储组串电流检测所需的所有设定参数，每路MPPT的设定参数不同，包括分别对应于3路MPPT输入的电流比例系数ICoeff₁、ICoeff₂、ICoeff₂，功率比例系数PCoeff₁、PCoeff₂、PCoeff₂。副CPU 6和EEPROM芯片5相电连，从而能够调用所述设定参数。可以通过上位机指令来对EEPROM芯片5中的各设定参数进行设置。

主CPU 7和副CPU 6相电连，主CPU 7会把MPPT全局扫描的开始标志和结束标志通信发送给副CPU 6。主CPU 7为光伏逆变器本申请的控制装置，基本功能为对3路MPPT的BOOST1、BOOST3、BOOST3以及逆变模块INVERTER进行控制。

副CPU 6接收采样信息，EERPOM芯片 5存储的设定参数，主CPU 7发送的全局扫描开始标志和结束标志，然后结合这些信息进行组串检测。

副CPU 6的组串检测结果通信发送给主CPU 7，由主CPU 7统一故障编码发送给显示屏显示。显示屏具体为和主CPU 7相电连的人机界面HMI 8显示，HMI 8显示包括警告显示和故障显示，警告信息显示仅用于提示存在组串异常，状态信息则可以显示具体哪一路组串存在异常，组串是处于未连接状态还是其它组串异常状态，每个组串在状态信息中用3个位表示，第1个位表示组串是否连接，第2个位和第3个位表示其它异常。

图2示出了本实施例的光伏组串监测方法，即副CPU进行组串检测的软件算法流程。如图2所示，依次包括如下步骤：

步骤1：进行组串电流、MPPT电压、MPPT电流采样计算；

步骤2：计算组串电流最大值I_{n_max}，判断最大电流I_{n_max} >a（其中，n为小于或等于N的正整数，a为内部设定值），是，则进行组串检测，进入步骤3；否，则不进行组串检测，检测结束；

步骤3：判断是否接收到全局扫描开始标志，是，则进入步骤4a；否，则进入步骤4b；

步骤4a：计算并记录整个全局扫描过程（具体是指自接收到全局扫描开始标志到接收到全局扫描结束标志的这段时间）中此路MPPT每个组串的最大功率点功率P_{nm_max}和电压V_{nm_max}，其中m为小于或等于M的正整数；

步骤5a：分别比较每路MPPT的所有光伏组串的最大功率点功率P_{nm_max}，得到所有组串中最大的最大功率点功率P_{n_max}和其对应的电压 V_{n_max}；

步骤6a：判断P_{nm_max} / P_{n_max} < PCoeff_n，是，则此组串异常，进入步骤7a；否，则跳过步骤；

步骤7a：判断| V_{n_max} - V_{nm_max} | > e（e为另一设定值），是，则此组串异常，进入步骤8；否，跳过本步骤；

步骤4b：判断组串电流I_nm<b是否累积时间超过c（b、c分别为设定值），是，则此组串未连接，检测结束；否，进入步骤5b；

步骤5b：判断组串电流I_nm/I_{n_max}>ICoeff_n是否累积时间超过d分钟（d为设定值），是，则判定组串异常，进步步骤8；否，则跳过本步骤。

步骤8：判断是否在全局扫描过程中和非全局扫描过程中均存在第nM串组串异常，是，则此组串存在故障；否，检测结束。

需要说明的是，步骤6a、7a的顺序可以调换，步骤4b、5b的顺序可以调换。

本发明具有如下优点：组串电流的采样使用了用于控制的MPPT电流采样，可以减少一路组串电流采样电路；组串电流的采样的组串异常的检测主要由副CPU完成，节约了主CPU的时间和空间资源；通过外部EEPROM分别对每路MPPT设置组串异常判断参数，设置灵活；组串异常检测检测原理简单高效，不需要添加外部数据存储芯片，节省成本。检测算法主要通过副CPU来实现，降低了主CPU的资源负担；上位机通过警告信息和状态信息显示各组串异常状态，方便快速定位异常组串。本系统完全由单独的逆变器实现，无需外部设备参与数据的采集和分析，节约成本。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏组串监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取N路MPPT的各光伏组串的组串电流；

S2、通过每路MPPT的最大组串电流值I_{n_max}来判断是否对该路MPPT的各个光伏组串继续组串监测；如果I_{n_max}大于设定值，则对该路MPPT的光伏组串进行组串异常检测步骤S3，否则不进行检测；以及

S3、对各光伏组串进行组串异常检测；

其中，所述步骤S3具体包括：

S31、接收到全局扫描开始标志，进行全局扫描检测；以及

S32、未接收到全局扫描标志，进行局部扫描检测；

所述步骤S31包括：

S311、接收所述全局扫描开始标志和结束标志，记录全局扫描过程中N路MPPT的每路光伏组串的组串电流和组串电压，计算出每路MPPT中各光伏组串的功率信息，记录每路MPPT的光伏组串中的最大功率点 P_{nm_max}和最大功率点的电压V_{nm_max}；

S312、比较每路MPPT中所有光伏组串的最大功率得到一个最大的最大功率点功率P_{n_max}及其电压V_{n_max}；

S313、每路MPPT的光伏组串的最大功率点P_{nm_max}和所述最大的最大功率点P_{n_max}之比小于设定参数PCoeff_n，则判定组串异常；和/或

S314、每路MPPT的光伏组串最大功率点和所有光伏组串的最大的最大功率点的电压差值| V_{n_max} - V_{nm_max} |大于设定值，则判定组串异常；

所述步骤S32包括：

S321、当光伏组串的组串电流在某一定时间内小于某一设定值，则判定该光伏组串未连接；

S322、对每路MPPT的各光伏组串，当组串电流与本路MPPT最大组串电流之比在一定时间内小于设定参数ICoeff_n 时，则判定组串异常。

2.根据权利要求1所述的光伏组串监测方法，其特征在于，所述光伏组串监测方法还包括步骤S4；

S4、对于同一路MPPT的光伏组串，在所述步骤S313及步骤S322中或所述步骤S314及步骤S322中均判定组串异常，则判定组串故障。

3.根据权利要求1所述的光伏组串监测方法，其特征在于，N路MPPT中的每路分别包括M路光伏组串输入，所述步骤S1中，对于每路MPPT，采集该路的MPPT电压和MPPT电流，采集该路MPPT中的M-1路光伏组串的组串电流，根据采集到的MPPT电流和M-1路光伏组串的组串电流计算出剩余1路光伏组串的组串电流。

4.根据权利要求1所述的光伏组串监测方法，其特征在于，所述步骤S31中各步骤的执行顺序为S311、S312、S313、S314或S311、S312、S314、S313。

5.根据权利要求1所述的光伏组串监测方法，其特征在于，所述步骤S32中各步骤的执行顺序为S321、S322或S322、S321。

6.根据权利要求1或2所述的光伏组串监测方法，其特征在于，所述光伏组串监测方法还包括步骤S5；

S5、对监测到的组串异常的信息进行显示，所述组串异常的信息包括警告信息和状态信息，所述警告信息用于提示存在组串异常，所述状态信息用于显示具体为哪路光伏组串异常以及光伏组串是否处于未连接状态。

7.根据权利要求1所述的光伏组串监测方法，其特征在于，通过存储器存储所述设定参数PCoeff_n及ICoeff_n；通过副CPU获取N路MPPT的各光伏组串的组串电流并对各光伏组串进行组串异常检测；通过主CPU向所述副CPU定时发送所述全局扫描开始标志和所述全局扫描结束标志。

8.一种应用所述权利要求1-7中任一项所述的光伏组串检测方法的光伏组串监测系统，其特征在于，包括：

N个电压传感器或电压采样电路，分别设置在N路MPPT中，用于分别采集N路MPPT中各光伏组串的组串电压；

多个电流传感器，分别设置在各路MPPT和/或各路MPPT的各光伏组串中，用于获取各路MPPT电流和/或光伏组串的组串电流；

副CPU，分别和所述电压传感器或电压采样电路、所述电流传感器相电连，用于接收组串电压、MPPT电流和/或组串电流来获取N路MPPT的各光伏组串的组串电流；

主CPU，和所述副CPU相电连，用于向所述副CPU定时发送全局扫描开始标志和全局扫描结束标志；

所述副CPU还用于在接收到所述全局扫描开始标志后进行全局扫描检测，否则进行非全局扫描检测。

9.根据权利要求8所述的光伏组串监测系统，其特征在于，所述光伏组串监测系统还包括：

存储器，和所述副CPU相电连，用于存储设定参数PCoeff_n及ICoeff_n。

10.根据权利要求8所述的光伏组串监测系统，其特征在于，所述光伏组串监测系统还包括：

显示屏，和所述主CPU相电连，用于将所述副CPU检测到的组串异常的信息进行显示。