CN108322186B - 一种光伏系统故障监控方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏系统故障监控方法及系统，包括由至少3个电池串串联组成的光伏组件，所述方法包括如下步骤：采集光伏组件的实际输出电压，与实测环境下光伏组件的理论输出电压相比较，根据两者的电压偏差确定故障等级，输出故障告警。本发明通过简化组件监控硬件设计，仅采集光伏组件工作状态电压，通过优化组件电性能计算算法，分析光伏组件实际与标准工作状态电流，与参考值比较，从而准确判断光伏组件异常问题，便于查找故障点，操作方法简单、成本低廉。

Description

一种光伏系统故障监控方法及系统
技术领域
本发明涉及一种光伏系统故障监控方法及系统，属于光伏技术领域。
背景技术
近年太阳能光伏产业发展迅速，光伏组件实际其发电性能也备受关注。光伏系统运行过程会存在各种部件异常、性能衰减、失效等问题。对于大型光伏电站与屋顶分布式光伏电站，准确找到异常部件或产生问题光伏方阵区域，对光伏电站运行维护与提升发电量至关重要。为方便光伏电站运行维护，目前通常通过对光伏电站中每串或每个光伏组件发电效率进行监控，如发现与理论效率差异较大时即发出告警信号，使光伏电站维护人员能很快找到问题点。
通常为了更准确的找到失效或异常光伏组件，需要每个组件有电压电流监控，但成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种光伏系统故障监控方法及系统，解决现有技术中光伏组件故障查找困难、成本高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术问题是：一种光伏系统故障监控方法，包括由至少3个电池串串联组成的光伏组件，所述方法包括如下步骤：
采集光伏组件的实际输出电压，与实测环境下光伏组件的理论输出电压相比较，根据两者的电压偏差确定故障等级，输出故障告警。
实测环境下光伏组件的理论输出电压的计算方法如下：
计算标准测试条件下光伏组件的输出电流Im，计算公式如式(1)所示：
Figure GDA0002229718070000021
其中：Ima为光伏组件实际输出电流；Sref为标准条件下辐照度，Sref＝1000W/m2；S为实际环境辐照度；a为电流温度系数；ΔT为光伏组件背板温度与标准测试条件下电池串中太阳电池的温度偏差，标准测试条件下电池串的太阳电池的温度为25℃；
计算标准测试条件下光伏组件的输出电压Vm，计算公式如式(2)所示：
Figure GDA0002229718070000022
其中：Iph为光电流，认为Iph＝Isc，ref；I0为并联于光伏组件两端的旁路二极管的反向饱和电流；Rs为电池串内部串联电阻；A为旁路二极管pn结理想因子；K为波尔兹曼常数，K＝1.38x10-23 J/K；
其中I0的计算公式如下：
Figure GDA0002229718070000023
Rs的计算公式如下：
式中：
Figure GDA0002229718070000025
Tref为标准测试条件下电池串中太阳电池的温度，Tref＝25℃；q为电子电量，q＝1.6×10-19C，；Voc，ref为标准测试条件下电池串的开路电压；Isc，ref为标准测试条件下电池串的短路电流；Vm，ref为标准测试条件下的最大功率点电压；Im，ref为标准测试条件下的最大功率点电流；
计算实测环境下光伏组件的理论输出电压Vmc，计算公式如式(3)所示：
Figure GDA0002229718070000031
其中：c为电压温度系数，M为电压的光强修订系数。
故障等级的确定方法如下：
当实际输出电压低于理论输出电压的10％时，确定为低级别告警；
当实际输出电压低于理论输出电压的20％时，确定为中级别告警；
当实际输出电压低于理论输出电压的40％时，确定为高级别告警。
本发明还提供了一种光伏系统故障监控系统，包括监控客户端、由若干电池串串联组成的光伏组件、用于采集光伏组件实际输出电压的电压传感器、用于采集光伏系统的实际环境辐照度的辐照度采集模块、用于采集光伏组件实际输出电流的电流传感器和用于采集光伏组件背板温度的温度传感器；
所述监控客户端包括：理论输出电压计算模块、故障等级确定模块和故障告警输出模块；
理论输出电压计算模块根据实际环境辐照度、光伏组件实际输出电流、光伏组件背板温度计算光伏组件的理论输出电压；
故障等级确定模块比较光伏组件的实际输出电压和理论输出电压，根据两者的电压偏差确定故障等级，故障告警输出模块根据故障等级分级输出告警。
所述光伏组件由至少3个电池串串联组成。
所述电池串的两端并联有防止热斑效应的旁通二极管。
所述电压传感器、辐照度采集模块、电流传感器通过无线通信模块与监控客户端通信连接。
所述监控客户端包括手机。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：通过简化组件监控硬件设计，仅采集光伏组件工作状态电压，通过优化组件电性能计算算法，分析光伏组件实际与标准工作状态电流，与参考值比较，从而准确判断光伏组件异常问题，便于查找故障点，操作方法简单、成本低廉。
附图说明
图1是本发明提供的光伏组件的结构示意图；
图中：1、电池串；2、旁通二极管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供的一种光伏系统故障监控方法，包括由至少3个电池串串联组成的光伏组件，所述方法包括如下步骤：
采集光伏组件的实际输出电压，与实测环境下光伏组件的理论输出电压相比较，根据两者的电压偏差确定故障等级，输出故障告警。
实测环境下光伏组件的理论输出电压的计算方法如下：
计算标准测试条件下光伏组件的输出电流Im，计算公式如式(1)所示：
Figure GDA0002229718070000041
其中：Ima为光伏组件实际输出电流；Sref为标准条件下辐照度，Sref＝1000W/m2；S为实际环境辐照度；a为电流温度系数；ΔT为光伏组件背板温度与标准测试条件下电池串中太阳电池的温度偏差，标准测试条件下电池串中太阳电池的温度为25℃；
计算标准测试条件下光伏组件的输出电压Vm，计算公式如式(2)所示：
其中：Iph为光电流，认为Iph＝Isc，ref；I0为并联于光伏组件两端的旁路二极管的反向饱和电流；Rs为电池串内部串联电阻；A为旁路二极管pn结理想因子；K为波尔兹曼常数，K＝1.38x10-23 J/K；
其中I0的计算公式如下：
Figure GDA0002229718070000052
Rs的计算公式如下：
Figure GDA0002229718070000053
式中：
Tref为标准测试条件下电池串中太阳电池的温度，Tref＝25℃；q为电子电量，q＝1.6×10-19C，；Voc，ref为标准测试条件下电池串的开路电压；Isc，ref为标准测试条件下电池串的短路电流；Vm，ref为标准测试条件下的最大功率点电压；Im，ref为标准测试条件下的最大功率点电流；
计算实测环境下光伏组件的理论输出电压Vmc，计算公式如式(3)所示：
Figure GDA0002229718070000055
其中：c为电压温度系数，M为电压的光强修订系数。
故障等级的确定方法如下：
当实际输出电压低于理论输出电压的10％时，确定为低级别告警；
当实际输出电压低于理论输出电压的20％时，确定为中级别告警；
当实际输出电压低于理论输出电压的40％时，确定为高级别告警。
本发明还提供了一种光伏系统故障监控系统，可以作为上述方法得以实现的硬件基础。它包括监控客户端、由若干电池串串联组成的光伏组件、用于采集光伏组件实际输出电压的电压传感器、用于采集光伏系统的实际环境辐照度的辐照度采集模块、用于采集光伏组件实际输出电流的电流传感器和用于采集光伏组件背板温度的温度传感器；监控客户端包括：理论输出电压计算模块、故障等级确定模块和故障告警输出模块；理论输出电压计算模块根据实际环境辐照度、光伏组件实际输出电流、光伏组件背板温度计算光伏组件的理论输出电压；故障等级确定模块比较光伏组件的实际输出电压和理论输出电压，根据两者的电压偏差确定故障等级，故障告警输出模块根据故障等级分级输出告警。
如图1所示，是本发明提供的光伏组件的结构示意图，所述光伏组件由至少3个电池串串联组成。一个电池串由18-96片太阳电池串联而成，采用透明玻璃进行封装。每个电池串的两端均并联有旁通二极管，以保护电池串，防止太阳电池反偏热斑。
电压传感器、辐照度采集模块、电流传感器通过无线通信模块与监控客户端通信连接，无线传输包括蓝牙、WiFi方式。监控客户端可以选用手机、平板电脑等便携式设备。
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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光伏系统故障监控方法，其特征在于，包括由至少3个电池串串联组成的光伏组件，所述电池串的两端并联有防止热斑效应的旁通二极管；所述方法包括如下步骤：
采集光伏组件的实际输出电压，与实测环境下光伏组件的理论输出电压相比较，根据两者的电压偏差确定故障等级，输出故障告警；
实测环境下光伏组件的理论输出电压的计算方法如下：
计算标准测试条件下光伏组件的输出电流Im，计算公式如式(1)所示：
Figure FDA0002251028710000011
其中：Ima为光伏组件实际输出电流；Sref为标准条件下辐照度，Sref＝1000W/m2；S为实际环境辐照度；a为电流温度系数；△T为光伏组件背板温度与标准测试条件下电池串中太阳电池的温度偏差，标准测试条件下电池串中太阳电池的温度为25℃；
计算标准测试条件下光伏组件的输出电压Vm，计算公式如式(2)所示：
Figure FDA0002251028710000012
其中：Iph为光电流，认为Iph＝Isc，ref；I0为并联于光伏组件两端的旁路二极管的反向饱和电流；Rs为电池串内部串联电阻；A为旁路二极管pn结理想因子；K为波尔兹曼常数，K＝1.38x10-23J/K；
其中I0的计算公式如下：
Rs的计算公式如下：
Figure FDA0002251028710000021
式中：
Figure FDA0002251028710000022
Tref为标准测试条件下电池串中太阳电池的温度，Tref＝25℃；q为电子电量，q＝1.6×10-19C；Voc，ref为标准测试条件下电池串的开路电压；Isc，ref为标准测试条件下电池串的短路电流；Vm，ref为标准测试条件下的最大功率点电压；Im，ref为标准测试条件下的最大功率点电流；
计算实测环境下光伏组件的理论输出电压Vmc，计算公式如式(3)所示：
Figure FDA0002251028710000023
其中：c为电压温度系数，M为电压的光强修订系数。
2.根据权利要求1所述的光伏系统故障监控方法，其特征在于，故障等级的确定方法如下：
当实际输出电压低于理论输出电压的10％时，确定为低级别告警；
当实际输出电压低于理论输出电压的20％时，确定为中级别告警；
当实际输出电压低于理论输出电压的40％时，确定为高级别告警。
3.一种基于权利要求1所述方法的光伏系统故障监控系统，其特征在于，包括监控客户端、由至少3个电池串串联组成的光伏组件、用于采集光伏组件实际输出电压的电压传感器、用于采集光伏系统的实际环境辐照度的辐照度采集模块、用于采集光伏组件实际输出电流的电流传感器和用于采集光伏组件背板温度的温度传感器；所述电池串的两端并联有防止热斑效应的旁通二极管；
所述监控客户端包括：理论输出电压计算模块、故障等级确定模块和故障告警输出模块；
理论输出电压计算模块根据实际环境辐照度、光伏组件实际输出电流、光伏组件背板温度计算光伏组件的理论输出电压；
故障等级确定模块比较光伏组件的实际输出电压和理论输出电压，根据两者的电压偏差确定故障等级，故障告警输出模块根据故障等级分级输出告警。
4.根据权利要求3所述的光伏系统故障监控系统，其特征在于，所述电压传感器、辐照度采集模块、电流传感器通过无线通信模块与监控客户端通信连接。
5.根据权利要求4所述的光伏系统故障监控系统，其特征在于，所述监控客户端包括手机。
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