CN108306615A - 一种用于光伏阵列故障类型诊断的方法及系统 - Google Patents
一种用于光伏阵列故障类型诊断的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于光伏阵列故障类型诊断的方法及系统，包括：基于光伏阵列中光伏组件的功率数据与预先设定的正常时光伏组件的功率数据，判断光伏阵列是否存在故障；若存在故障，则基于与光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子；基于光伏阵列区分因子，确定光伏阵列的故障类型。本发明利用光伏组件的功率数据和旁路二极管工作状态，确定光伏阵列区分因子并诊断光伏阵列的故障类型，可实时对故障位置进行诊断，有效提高了光伏阵列故障类型的准确性，确保光伏阵列安全可靠地运行。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种用于光伏阵列故障类型诊断的方法及系统。
背景技术
由于不可再生能源的枯竭，使得光伏发电得以快速发展，然而在现有的光伏发电系统中，光伏阵列可能会发生影响光伏发电系统正常工作的故障，如：热斑、老化、短路和开路等。
热斑故障的原因：部分电池长时间被遮挡，导致其产生的电流小于其他未被遮挡的电池，根据基尔霍夫电压定律，这些被遮挡的电池单体会带负电压，成为电路中的负载，并以热量形式消耗其他正常电池产生的功率。
老化故障的原因：光伏组件随着使用时间的增长，使得系统输出的功率下降。引起组件老化的原因包括以下几个方面：(1)串联电阻的增加，使得腐烛(通常由水或者蒸汽引起)或者电极的黏着力下降。(2)并联电阻的减小，使得金属迁移了PN结。(3)减反射膜退化，使得反射光的强度增强。
短路故障的原因：由于薄膜太阳电池的顶接触和背接触更靠近，使其可能经受由针孔、局部腐蚀及电池材料损坏而引起的短路，或气候、分层、碎裂或者电化学腐烛等引起的绝缘下降而产生短路。
开路故障的原因：由于光伏组件受热应力、冰雹或在处理和封装过程中损伤，导致了潜在的碎裂。
上述四种常见的故障，如不及时隔离，会影响光伏发电系统的正常工作，甚至会因热斑等故障引起火灾及设备损毁等重大事故。目前，光伏发电系统故障在线诊断方法有红外图像检测法和多传感器法等。红外图像检测法利用光伏组件在正常和故障两种状态时具有明显温差的特点，通过红外摄像仪拍摄光伏组件的红外图像并加以分析，判断出光伏组件的故障类型和故障位置。多传感器法是为一个或数个光伏组件安装电压和电流传感器，分析采集到的电压和电流数据以判断光伏阵列的故障类型及故障位置。
但上述方法需要增加额外的设备投入，投资较大，且不能确定具体的故障位置和故障类型，因此，需要提供一种技术方案来弥补现有技术的不足。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种用于光伏阵列故障类型诊断的方法及系统。
一种用于光伏阵列故障类型诊断的方法，其包括：基于光伏阵列中光伏组件的功率数据与预先设定的正常时光伏组件的功率数据，判断光伏阵列是否存在故障；若存在故障，则基于与光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子；基于光伏阵列区分因子，确定光伏阵列的故障类型。基于光伏阵列中光伏组件的功率数据与预先设定的正常时光伏组件的功率数据，判断光伏阵列是否存在故障，包括：若m×Pm-Pmarray<ε1，则光伏阵列的正常运行，否则存在故障；式中，m为串联的光伏组件个数，Pm为光伏组件的最大功率，Pmpparray为光伏阵列正常工作输出的功率，ε1为第一预设误差。
若存在故障，则基于与光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子之前，还包括：利用光伏组件的电压数据，确定光伏组件的故障位置和故障组件个数。
若利用光伏组件的电压数据，确定光伏组件的故障位置和故障组件个数，包括：基于光伏组件的电压数据，建立电压表数据相减表；若电压表数据相减表中序号i对应的电压表数据相减后绝对值大于第二预设误差ε2，则第i个光伏组件或第m/2+i个光伏组件存在故障，设定单故障表中序号i对应的元素为1；计算第i个光伏组件电压PVm/2+i与第m/2+i个光伏组件电压PVi的差，若PVm/2+i-PVi大于第三预设误差ε3，则PVj故障，若PVm/2+i-PVi小于第三预设误差ε3，则PVm/2+j故障；当电压表数据相减表中序号i对应的电压表数值相减后绝对值小于第二预设误差ε2，则第i个光伏组件和第m/2+i个光伏组件都存在故障，设定双故障表中序号i对应的元素为1；则故障组件个数k＝nd+ns，其中，m为串联的光伏组件个数，nd和ns分别为单故障表和双故障表中元素为1的个数。
基于与光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子，包括：当光伏阵列的开路电压Uocarray能被光伏组件的开路电压Uoc整除时，则旁路二极管截止，否则旁路二极管导通；或当光伏阵列的开路电压Uocarray与光伏组件的开路电压Uoc整除存在实际误差时，令a＝mod(Uocarray,Uoc)/Uoc，C＝(Uoc-mod(Uocarray,Uoc))/Uoc，当a小于第四预设误差ε4或c小于第四预设误差ε4时，则旁路二极管截止，否则旁路二极管导通；当旁路二极管截止时，第一光伏阵列区分因子rarray1的计算公式如下所示：
rarray1＝Umpparray/Uocarray；
当旁路二极管导通时，第二光伏阵列区分因子rarray2的计算公式如下所示：
rarray2＝(Umpparray+0.7x’)/(Uocarray+0.7x’)；
其中，x’为光伏阵列中旁路二极管的导通个数，Umpparray为光伏阵列的最大功率点电压，正常光伏组件区分因子rmodule＝Umpp/Uoc，Umpp为光伏组件的最大功率点电压。
基于光伏阵列区分因子，确定光伏阵列的故障类型，包括：若abs(rarray1-rmodule)<ε5，则光伏阵列发生短路故障，否则发生老化故障；若abs(rarray2-rmodule)<ε6，则光伏阵列发生开路故障，否则发生热斑故障；rarray1为第一光伏阵列区分因子，rarray2为第二光伏阵列区分因子，ε5为第五预设误差，ε6为第六预设误差。
计算光伏阵列区分因子，还包括：根据光伏阵列的U-P曲线获取光伏阵列的最大功率点电压Umpparray、光伏阵列的开路电压Uocarray与光伏阵列正常工作输出的功率Pmarray；并在当前光照强度与环境温度下的正常光伏组件数据库中获取光伏组件的最大功率Pm。
该方法还包括：输出光伏组件的故障位置、故障组件个数、单故障表和双故障表中的数据及故障类型。
一种用于光伏阵列故障类型诊断的系统，其包括：故障判断模块，用于基于光伏阵列中光伏组件的功率数据与预先设定的正常时光伏组件的功率数据，判断光伏阵列是否存在故障；光伏阵列区分因子模块，用于若存在故障，则基于与光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子；故障类型确定模块，用于基于光伏阵列区分因子，确定光伏阵列的故障类型。
故障判断模块中用于判断光伏阵列运行状态的条件如下所示：若m×Pm-Pmarray<ε1，则光伏阵列的正常运行，否则存在故障；式中，m为串联的光伏组件个数，Pm为光伏组件的最大功率，Pmpparray为光伏阵列正常工作输出的功率，ε1为第一预设误差。
故障判断模块与光伏阵列区分因子模块之间还包括：位置个数确定模块；位置个数确定模块，用于利用光伏组件的电压数据，确定光伏组件的故障位置和故障组件个数。
位置个数确定模块，包括：电压表数据相减表建立模块、单故障确定子模块、单故障位置子模块、双故障确定子模块和故障组件个数子模块；电压表数据相减表建立模块，用于基于光伏组件的电压数据，建立电压表数据相减表；单故障确定子模块，用于若电压表数据相减表中序号i对应的电压表数据相减后绝对值大于第二预设误差ε2，则第i个光伏组件或第m/2+i个光伏组件存在故障，单故障表中序号i对应的元素为1；单故障位置子模块，用于计算第i个光伏组件电压PVm/2+i与第m/2+i个光伏组件电压PVi的差，若PVm/2+i-PVi大于第三预设误差ε3，则PVj故障，若PVm/2+i-PVi小于第三预设误差ε3，则PVm/2+j故障；双故障确定子模块，用于当电压表数据相减表中序号i对应的电压表数值相减后绝对值小于第二预设误差ε2，则第i个光伏组件和第m/2+i个光伏组件都存在故障，双故障表中序号i对应的元素为1；故障组件个数子模块，用于计算故障组件个数k＝nd+ns，其中，m为串联的光伏组件个数，nd和ns分别为单故障表和双故障表中元素为1的个数。
光伏阵列区分因子模块，包括：旁路二极管状态子模块和区分因子计算子模块；旁路二极管状态子模块，用于判断旁路二极管处于导通状态还是截止状态；当光伏阵列的开路电压Uocarray能被光伏组件的开路电压Uoc整除时，则旁路二极管截止，否则旁路二极管导通；或当光伏阵列的开路电压Uocarray与光伏组件的开路电压Uoc整除存在实际误差时，令a＝mod(Uocarray,Uoc)/Uoc，C＝(Uoc-mod(Uocarray,Uoc))/Uoc，当a小于第四预设误差ε4或c小于第四预设误差ε4时，则旁路二极管截止，否则旁路二极管导通；区分因子计算子模块，用于计算光伏阵列的故障类型；
当旁路二极管截止时，光伏阵列区分因子rarray1的计算公式如下所示：
rarray1＝Umpparray/Uocarray；
当旁路二极管导通时，光伏阵列区分因子rarray2的计算公式如下所示：
rarray2＝(Umpparray+0.7x’)/(Uocarray+0.7x’)；
其中，x’为光伏阵列中旁路二极管的导通个数，Umpparray为光伏阵列的最大功率点电压，正常光伏组件区分因子rmodule＝Umpp/Uoc，Umpp为光伏组件的最大功率点电压。
故障类型确定模块，包括：短路老化判断子模块和开路热斑判断子模块；短路老化判断子模块，用于判断若abs(rarray1-rmodule)<ε5，则光伏阵列发生短路故障，否则发生老化故障；开路热斑判断子模块，用于判断若abs(rarray2-rmodule)<ε6，则光伏阵列发生开路故障，否则发生热斑故障；rarray1为第一光伏阵列区分因子，rarray2为第二光伏阵列区分因子，ε5为第五预设误差，ε6为第六预设误差。
光伏阵列区分因子模块中的光伏阵列的最大功率点电压Umpparray、光伏阵列的开路电压Uocarray与光伏阵列正常工作输出的功率Pmarray根据光伏阵列的U-P曲线获取；故障判断模块中最大功率Pm在当前光照强度与环境温度下的正常光伏组件数据库中获取。
该系统还包括：输出模块，用于输出光伏组件的故障位置、故障组件个数、单故障表和双故障表中的数据及故障类型。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明利用光伏组件的功率数据和旁路二极管工作状态，确定光伏阵列区分因子并诊断光伏阵列的故障类型，可实时对故障位置进行诊断，有效提高了光伏阵列故障类型的准确性，确保光伏阵列安全可靠地运行；
2、本发明利用光伏组件的功率数据和电压数据，基于故障表的故障位置诊断方法，判断光伏组件故障位置和数量，可以准确地确定光伏阵列故障位置；
3、本发明基于故障区分因子的故障类型和故障表的定位方法，诊断出光伏阵列发生的故障类型与故障位置后，通知工作人员，采取相应措施，避免故障对光伏阵列产生严重后果，保障光伏阵列长期正常运行。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明的具体流程框图；
图3是本发明的系统图；
图4是本发明单支路光伏阵列中的电压表与电流表安放位置图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明：
如图1所示，本发明的发明包括：基于光伏阵列中光伏组件的功率数据与预先设定的正常时光伏组件的功率数据，判断光伏阵列是否存在故障；若存在故障，则基于与光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子；基于光伏阵列区分因子，确定光伏阵列的故障类型。
如图2所示，本发明采用的技术方案具体包括以下步骤：
1、建立正常光伏组件数据库；
正常光伏组件数据库包括：光照强度S、环境温度T、最大功率点电压Umpp、开路电压Uoc、最大功率Pm五个参数。
2、在正常光伏组件数据库中查找得到，与环境温度对应的光照强度的最大功率点电压Umpp、开路电压Uoc与最大功率Pm。
3、获取光伏阵列的实际运行参数，光伏组件的功率点电压Umpparray、开路电压Uocarray与功率Pmarray，判断光伏阵列是否发生故障：
如图3所示，可根据光伏阵列的U-P曲线经获取功率点电压Umpparray、开路电压Uocarray与功率Pmarray，对于有m个光伏组件串联组成的光伏阵列，在当前光照强度与环境温度下，根据正常光伏组件数据库，可以查到正常光伏组件对应的最大功率Pm。
由于实际光伏阵列正常工作输出的功率Pmarray与m×Pm存在一定的误差，当m×Pm-Pmarray<ε1时，诊断出光伏阵列正常；当m×Pm-Pmarray≥ε1时，诊断出光伏阵列存在故障；
其中ε1＝((S/1000)×Impp+CT×(T-Tref))×Umpp/2时，Impp为组件最大功率点电流，温度系数CT＝0.0016A/K，参考温度Tref＝25℃。
4、获取电压表数据，更新故障表中的数据，判断故障光伏组件的位置，输出故障光伏组件的位置和故障组件的个数：
如图4所示，依次连接的m个光伏组件，其中，1号光伏组件和m/2+1号光伏组件与电压表1并联，2号光伏组件和m/2+2号光伏组件与电压表2并联，以此类推，m/2号光伏组件和m-1号光伏组件与电压表m/2并联。
获取所有电压表数据，其中，表1是电压表数据相减表，表2是初始时(即为正常状态时)故障表的数据，表3故障组件个数为x时的故障表数据。更新故障表中的数据。
表1电压表数据相减表
表2初始时(即正常状态时)故障表的数据
| 故障表 | 1 | 2 | … | j | j+1 | … | m/2-1 | m/2 |
| 无故障表 | 1 | 1 | … | 1 | 1 | … | 1 | 1 |
| 单故障表 | 0 | 0 | … | 0 | 0 | … | 0 | 0 |
| 双故障表 | 0 | 0 | … | 0 | 0 | … | 0 | 0 |
表3故障组件个数为变量x时的故障表数据
| 故障表 | 1 | 2 | … | j | j+1 | … | m/2-1 | m/2 |
| 无故障表 | 0 | 1 | … | 0 | 1 | … | 0 | 1 |
| 单故障表 | 0 | 0 | … | 1 | 0 | … | 1 | 0 |
| 双故障表 | 1 | 0 | … | 0 | 0 | … | 0 | 0 |
对于无故障表，若故障表中某序号对应的元素为1且表1中对应的该序号对应的电压表的数值相减后绝对值大于ε2，则将无故障表中该序号的元素变为0，单故障表中该序号的元素变为1，否则不需要更新无故障表中该序号的元素值；
对于单故障表，若某序号对应的元素为1且表1中对应的该序号电压表相减值绝对值小于ε2，将单故障表中该序号的元素变为0，双故障表中该序号的元素变为1，否则不需要更新单故障表中该序号的元素值；
若表3中无故障表为0的元素个数为k，单故障表与双故障表元素为1的个数分别为nd和ns，可得故障组件个数k＝nd+ns。
故障位置的诊断：结合表1与表3可以确定故障组件的位置，在单故障表中元素为1对应的序号设为j，计算该序号j对应的组件电压表数据相减的值即PVm/2+j-PVj：由于故障组件的输出电压小于正常组件的输出电压，若该值大于ε3，表示PVj故障，小于-ε3，表示PVm/2+j故障；对于双故障表其序号对应的元素为1表示该序号对应的2个组件均为故障组件，其中ε3为0.001。
5、利用与光伏组件并联的旁路二极管，确定故障类型和其对应的故障区分因子：
当Uocarray能被Uoc整除时，旁路二极管截止，否则旁路二极管导通；当整除存在实际误差时，令a＝mod(Uocarray,Uoc)/Uoc，C＝(Uoc-mod(Uocarray,Uoc))/Uoc，当a<ε4或c<ε4时，旁路二极管截止，否则旁路二极管导通；当旁路二极管截止时，光伏阵列区分因子的计算公式：rarray1＝Umpparray/Uocarray，当旁路二极管导通时，导通个数为x’，光伏阵列区分因子的计算公式：rarray2＝(Umpparray+0.7x’)/(Uocarray+0.7x’)，正常光伏组件区分因子rmodule＝Umpp/Uoc。
当旁路二极管截止时，若abs(rarray1-rmodule)<ε5，则光伏阵列发生短路故障，否则发生老化故障；
当旁路二极管导通时，若abs(rarray2-rmodule)<ε6，则光伏阵列发生开路故障，否则发生热斑故障。
由上可得，表4的故障类型与故障区分因子的对应关系：
表4故障类型与故障区分因子的对应关系表
其中，m为光伏组件总数，k为故障光伏组件数，Udoc为发生短路故障的开路电压,ULoc为发生老化故障的开路电压,Ukoc为发生开路故障时的开路电压，Uroc为发生热斑故障时的开路电压。rd为短路故障区分因子、rL为老化故障区分因子、rK为开路故障区分因子、rr为热斑故障区分因子。
6、转到步骤2，循环实时检测诊断光伏阵列故障类型，并输出故障位置。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种用于光伏阵列故障类型诊断与定位的系统，下面进行说明。
本发明提供的系统包括：故障判断模块，用于基于光伏阵列中光伏组件的功率数据与预先设定的正常时光伏组件的功率数据，判断光伏阵列是否存在故障；光伏阵列区分因子模块，用于若存在故障，则基于与光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子；故障类型确定模块，用于基于光伏阵列区分因子，确定光伏阵列的故障类型。
故障判断模块中用于判断光伏阵列运行状态的条件如下所示：若m×Pm-Pmarray<ε1，则光伏阵列的正常运行，否则存在故障；式中，m为串联的光伏组件个数，Pm为光伏组件的最大功率，Pmpparray为光伏阵列正常工作输出的功率，ε1为第一预设误差。
故障判断模块与光伏阵列区分因子模块之间还包括：位置个数确定模块；位置个数确定模块，用于利用光伏组件的电压数据，确定光伏组件的故障位置和故障组件个数。
位置个数确定模块，包括：电压表数据相减表建立模块、单故障确定子模块、单故障位置子模块、双故障确定子模块和故障组件个数子模块；电压表数据相减表建立模块，用于基于光伏组件的电压数据，建立电压表数据相减表；单故障确定子模块，用于若电压表数据相减表中序号i对应的电压表数据相减后绝对值大于第二预设误差ε2，则第i个光伏组件或第m/2+i个光伏组件存在故障，单故障表中序号i对应的元素为1；单故障位置子模块，用于计算第i个光伏组件电压PVm/2+i与第m/2+i个光伏组件电压PVi的差，若PVm/2+i-PVi大于第三预设误差ε3，则PVj故障，若PVm/2+i-PVi小于第三预设误差ε3，则PVm/2+j故障；双故障确定子模块，用于当电压表数据相减表中序号i对应的电压表数值相减后绝对值小于第二预设误差ε2，则第i个光伏组件和第m/2+i个光伏组件都存在故障，双故障表中序号i对应的元素为1；故障组件个数子模块，用于计算故障组件个数k＝nd+ns，其中，m为串联的光伏组件个数，nd和ns分别为单故障表和双故障表中元素为1的个数。
光伏阵列区分因子模块，包括：旁路二极管状态子模块和区分因子计算子模块；旁路二极管状态子模块，用于判断旁路二极管处于导通状态还是截止状态；当光伏阵列的开路电压Uocarray能被光伏组件的开路电压Uoc整除时，则旁路二极管截止，否则旁路二极管导通；或当光伏阵列的开路电压Uocarray与光伏组件的开路电压Uoc整除存在实际误差时，令a＝mod(Uocarray,Uoc)/Uoc，C＝(Uoc-mod(Uocarray,Uoc))/Uoc，当a小于第四预设误差ε4或c小于第四预设误差ε4时，则旁路二极管截止，否则旁路二极管导通；区分因子计算子模块，用于计算光伏阵列的故障类型；
当旁路二极管截止时，光伏阵列区分因子rarray1的计算公式如下所示：
rarray1＝Umpparray/Uocarray；
当旁路二极管导通时，光伏阵列区分因子rarray2的计算公式如下所示：
rarray2＝(Umpparray+0.7x’)/(Uocarray+0.7x’)；
其中，x’为光伏阵列中旁路二极管的导通个数，Umpparray为光伏阵列的最大功率点电压，正常光伏组件区分因子rmodule＝Umpp/Uoc，Umpp为光伏组件的最大功率点电压。
故障类型确定模块，包括：短路老化判断子模块和开路热斑判断子模块；短路老化判断子模块，用于判断若abs(rarray1-rmodule)<ε5，则光伏阵列发生短路故障，否则发生老化故障；开路热斑判断子模块，用于判断若abs(rarray2-rmodule)<ε6，则光伏阵列发生开路故障，否则发生热斑故障；rarray1为第一光伏阵列区分因子，rarray2为第二光伏阵列区分因子，ε5为第五预设误差，ε6为第六预设误差。
光伏阵列区分因子模块中的光伏阵列的最大功率点电压Umpparray、光伏阵列的开路电压Uocarray与光伏阵列正常工作输出的功率Pmarray根据光伏阵列的U-P曲线获取；故障判断模块中最大功率Pm在当前光照强度与环境温度下的正常光伏组件数据库中获取。
该系统还包括：输出模块，用于输出光伏组件的故障位置、故障组件个数、单故障表和双故障表中的数据及故障类型。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (16)
1.一种用于光伏阵列故障类型诊断的方法，其特征在于，包括：
基于光伏阵列中光伏组件的功率数据与预先设定的正常时所述光伏组件的功率数据，判断所述光伏阵列是否存在故障；
若存在故障，则基于与所述光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子；
基于所述光伏阵列区分因子，确定所述光伏阵列的故障类型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于光伏阵列中光伏组件的功率数据与预先设定的正常时所述光伏组件的功率数据，判断所述光伏阵列是否存在故障，包括：
若m×Pm-Pmarray<ε1，则所述光伏阵列的正常运行，否则存在故障；
式中，m为串联的光伏组件个数，Pm为所述光伏组件的最大功率，Pmpparray为所述光伏阵列正常工作输出的功率，ε1为第一预设误差。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若存在故障，则基于与所述光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子之前，还包括：
利用所述光伏组件的电压数据，确定所述光伏组件的故障位置和故障组件个数。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述光伏组件的电压数据，确定所述光伏组件的故障位置和故障组件个数，包括：
基于所述光伏组件的电压数据，建立电压表数据相减表；
若所述电压表数据相减表中序号i对应的电压表数据相减后绝对值大于第二预设误差ε2，则第i个光伏组件或第m/2+i个光伏组件存在故障，设定单故障表中序号i对应的元素为1；
计算第i个光伏组件电压PVm/2+i与第m/2+i个光伏组件电压PVi的差，若PVm/2+i-PVi大于第三预设误差ε3，则PVj故障，若PVm/2+i-PVi小于第三预设误差ε3，则PVm/2+j故障；
当电压表数据相减表中序号i对应的电压表数值相减后绝对值小于第二预设误差ε2，则第i个光伏组件和第m/2+i个光伏组件都存在故障，设定双故障表中序号i对应的元素为1；
则故障组件个数k＝nd+ns，其中，m为串联的光伏组件个数，nd和ns分别为单故障表和双故障表中元素为1的个数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于与所述光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子，包括：
当光伏阵列的开路电压Uocarray能被光伏组件的开路电压Uoc整除时，则所述旁路二极管截止，否则所述旁路二极管导通；
或当所述光伏阵列的开路电压Uocarray与所述光伏组件的开路电压Uoc整除存在实际误差时，令a＝mod(Uocarray,Uoc)/Uoc，C＝(Uoc-mod(Uocarray,Uoc))/Uoc，当a小于第四预设误差ε4或c小于第四预设误差ε4时，则所述旁路二极管截止，否则所述旁路二极管导通；
当所述旁路二极管截止时，第一光伏阵列区分因子rarray1的计算公式如下所示：
rarray1＝Umpparray/Uocarray；
当所述旁路二极管导通时，第二光伏阵列区分因子rarray2的计算公式如下所示：
rarray2＝(Umpparray+0.7x’)/(Uocarray+0.7x’)；
其中，x’为所述光伏阵列中旁路二极管的导通个数，Umpparray为所述光伏阵列的最大功率点电压，正常光伏组件区分因子rmodule＝Umpp/Uoc，Umpp为所述光伏组件的最大功率点电压。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述光伏阵列区分因子，确定所述光伏阵列的故障类型，包括：
若abs(rarray1-rmodule)<ε5，则所述光伏阵列发生短路故障，否则发生老化故障；
若abs(rarray2-rmodule)<ε6，则所述光伏阵列发生开路故障，否则发生热斑故障；
rarray1为第一光伏阵列区分因子，rarray2为第二光伏阵列区分因子，ε5为第五预设误差，ε6为第六预设误差。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算光伏阵列区分因子，还包括：
根据光伏阵列的U-P曲线获取光伏阵列的最大功率点电压Umpparray、所述光伏阵列的开路电压Uocarray与光伏阵列正常工作输出的功率Pmarray；
并在当前光照强度与环境温度下的正常光伏组件数据库中获取光伏组件的最大功率Pm。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：输出光伏组件的故障位置、故障组件个数、单故障表和双故障表中的数据及故障类型。
9.一种用于光伏阵列故障类型诊断的系统，其特征在于，包括：
故障判断模块，用于基于光伏阵列中光伏组件的功率数据与预先设定的正常时所述光伏组件的功率数据，判断所述光伏阵列是否存在故障；
光伏阵列区分因子模块，用于若存在故障，则基于与所述光伏组件并联的旁路二极管的工作状态，计算光伏阵列区分因子；
故障类型确定模块，用于基于所述光伏阵列区分因子，确定所述光伏阵列的故障类型。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述故障判断模块中用于判断所述光伏阵列运行状态的条件如下所示：
若m×Pm-Pmarray<ε1，则所述光伏阵列的正常运行，否则存在故障；
式中，m为串联的光伏组件个数，Pm为所述光伏组件的最大功率，Pmpparray为所述光伏阵列正常工作输出的功率，ε1为第一预设误差。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述故障判断模块与所述光伏阵列区分因子模块之间还包括：位置个数确定模块；
所述位置个数确定模块，用于利用所述光伏组件的电压数据，确定所述光伏组件的故障位置和故障组件个数。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述位置个数确定模块，包括：电压表数据相减表建立模块、单故障确定子模块、单故障位置子模块、双故障确定子模块和故障组件个数子模块；
所述电压表数据相减表建立模块，用于基于所述光伏组件的电压数据，建立电压表数据相减表；
所述单故障确定子模块，用于若电压表数据相减表中序号i对应的电压表数据相减后绝对值大于第二预设误差ε2，则第i个光伏组件或第m/2+i个光伏组件存在故障，单故障表中序号i对应的元素为1；
所述单故障位置子模块，用于计算第i个光伏组件电压PVm/2+i与第m/2+i个光伏组件电压PVi的差，若PVm/2+i-PVi大于第三预设误差ε3，则PVj故障，若PVm/2+i-PVi小于第三预设误差ε3，则PVm/2+j故障；
所述双故障确定子模块，用于当电压表数据相减表中序号i对应的电压表数值相减后绝对值小于第二预设误差ε2，则第i个光伏组件和第m/2+i个光伏组件都存在故障，双故障表中序号i对应的元素为1；
所述故障组件个数子模块，用于计算故障组件个数k＝nd+ns，其中，m为串联的光伏组件个数，nd和ns分别为单故障表和双故障表中元素为1的个数。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述光伏阵列区分因子模块，包括：旁路二极管状态子模块和区分因子计算子模块；
所述旁路二极管状态子模块，用于判断所述旁路二极管处于导通状态还是截止状态；
当光伏阵列的开路电压Uocarray能被光伏组件的开路电压Uoc整除时，则所述旁路二极管截止，否则所述旁路二极管导通；
或当所述光伏阵列的开路电压Uocarray与所述光伏组件的开路电压Uoc整除存在实际误差时，令a＝mod(Uocarray,Uoc)/Uoc，C＝(Uoc-mod(Uocarray,Uoc))/Uoc，当a小于第四预设误差ε4或c小于第四预设误差ε4时，则所述旁路二极管截止，否则所述旁路二极管导通；
所述区分因子计算子模块，用于计算所述光伏阵列的故障类型；
当所述旁路二极管截止时，光伏阵列区分因子rarray1的计算公式如下所示：
rarray1＝Umpparray/Uocarray；
当所述旁路二极管导通时，光伏阵列区分因子rarray2的计算公式如下所示：
rarray2＝(Umpparray+0.7x’)/(Uocarray+0.7x’)；
其中，x’为所述光伏阵列中旁路二极管的导通个数，Umpparray为所述光伏阵列的最大功率点电压，正常光伏组件区分因子rmodule＝Umpp/Uoc，Umpp为所述光伏组件的最大功率点电压。
14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述故障类型确定模块，包括：短路老化判断子模块和开路热斑判断子模块；
所述短路老化判断子模块，用于判断若abs(rarray1-rmodule)<ε5，则所述光伏阵列发生短路故障，否则发生老化故障；
所述开路热斑判断子模块，用于判断若abs(rarray2-rmodule)<ε6，则所述光伏阵列发生开路故障，否则发生热斑故障；
rarray1为第一光伏阵列区分因子，rarray2为第二光伏阵列区分因子，ε5为第五预设误差，ε6为第六预设误差。
15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，
所述光伏阵列区分因子模块中的光伏阵列的最大功率点电压Umpparray、所述光伏阵列的开路电压Uocarray与光伏阵列正常工作输出的功率Pmarray根据光伏阵列的U-P曲线获取；
所述故障判断模块中最大功率Pm在当前光照强度与环境温度下的正常光伏组件数据库中获取。
16.如权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括：输出模块，用于输出光伏组件的故障位置、故障组件个数、单故障表和双故障表中的数据及故障类型。
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| CN107395119A (zh) * | 2017-08-11 | 2017-11-24 | 中国计量大学 | 一种光伏阵列的故障定位方法 |
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