CN108336969A - 一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断方法，本发明所采用的技术方案是通过光照强度传感器、温度传感器对环境工况进行测量，结合光伏组件工程数学模型获取理论I‑V输出特性曲线；针对实际运行光伏组件，采用直流电子负载扫描其I‑V输出特性曲线；将光伏组件I‑V输出特性理论曲线和实际曲线均传输至显示屏，对光伏组件进行故障判断。本发明的有益效果是能够实现对异常光伏组件的有效筛选。
Description
技术领域
本发明属于光伏设备技术领域，涉及一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断方法。
背景技术
光伏发电具有设计安装容易、地域限制小、扩容性强、噪声低以及寿命长等特点，日益成为新能源发电的主要形式之一。然而，长期运行的光伏组件，容易产生各种运行故障，直接导致发电效率低下，将异常光伏组件进行早期甄别，可以减少后期的光伏电站运营和维护成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断方法，本发明的有益效果是能够实现对异常光伏组件的有效筛选。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
步骤1：通过光照强度传感器、温度传感器对环境工况进行测量，结合光伏组件工程数学模型获取理论I-V输出特性曲线；
步骤2：针对实际运行光伏组件，采用直流电子负载扫描其I-V输出特性曲线；
步骤3：将光伏组件I-V输出特性理论曲线和实际曲线均传输至显示屏，对光伏组件进行故障判断。
进一步，步骤1中理论I-V输出特性曲线获取过程如下：
开路电压Voc、短路电流Isc、最大功率点电压Vm和最大功率点电流Im，结合光伏组件工程数学模型描绘出光伏组件理论I-V输出特性曲线，数学模型如下：
式中，a、d表示电压-光照强度补偿系数；b、e表示电压-温度补偿系数；c、f表示电流-温度补偿系数；Sref和Tref分别表示STC下光照强度和环境温度参考值；S和T分别表示实际光照强度和环境温度值；Voc,ref、Isc,ref、Vm,ref和Im,ref分别表示光伏组件生产厂家所提供的STC下外特性电气参数值。
进一步，步骤2中光伏组件实际I-V输出特性曲线采集过程：
将可编程直流电子负载作为光伏组件的负载，可编程电子负载的等效阻值受控制电路输出信号的控制，该等效阻值变化范围由0逐步变化到无穷大，光伏组件工作点也由短路点(0,Isc)逐步变化到开路点(Voc,0)，在此过程中，对光伏组件的连续工作点上输出电压、电流进行采样，便得到光伏组件在当前工况下整条I-V输出特性曲线。
进一步，步骤3中将光伏组件I-V输出特性理论曲线和实际曲线通过数字处理器的数据采集功能，将理论计算数值和实际采样值直接传输至显示屏，观察两条曲线对光伏组件进行故障判断。
进一步，根据权利要求1所述的一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断装置，其特征在于，数字处理器可为DSP或FPGA及相关外设。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的光伏组件实际I-V特性曲线扫描电路框图。
图中，1.数字处理器，2.温度传感器，3.光照强度传感器，4.显示屏，5.直流电子负载，6.光伏组件，7.电压采样电路，8.电流采样电路，9.控制电路。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示本发明基于曲线扫描的光伏组件故障诊断方法的装置，包括数字处理器1、数字处理器1分别连接温度传感器2、光照强度传感器3和显示屏4，显示屏4通过直流电子负载5连接光伏组件6。图2为本发明的光伏组件实际I-V特性曲线扫描电路框图，光伏组件6分别连接电压采样电路7、电流采样电路8和控制电路9。
本发明选用精度较高的PT100型铂热电阻对环境温度T进行测量，其在满量程范围内具有优良的线性度；光照强度S则通过TBQ-2型光照强度传感器进行测量。
光伏组件铭牌上提供组件的相关电气参数，包括：开路电压Voc、短路电流Isc、最大功率点电压Vm和最大功率点电流Im，结合光伏组件工程数学模型即可描绘出光伏组件理论I-V输出特性曲线，数学模型如下：
式中，a、d表示电压-光照强度补偿系数；b、e表示电压-温度补偿系数；c、f表示电流-温度补偿系数；Sref和Tref分别表示STC下光照强度和环境温度参考值，即1000W/m2和25℃；S和T分别表示实际光照强度和环境温度值；Voc,ref、Isc,ref、Vm,ref和Im,ref分别表示光伏组件生产厂家所提供的STC下外特性电气参数值。
对光伏组件的连续工作点上输出电压、电流进行采样，便得到光伏组件在当前工况下整条I-V输出特性曲线。为使光伏组件I-V输出特性曲线中恒流源区扫描更加准确，可编程直流电子负载采用多个MOSFET并联，以减小其完全导通时的等效电阻。
通过对MOSFET驱动电压的控制即可实现对直流电子负载的控制，基于可编程直流电子负载对I-V输出特性曲线进行扫描可实现扫描过程可控化。根据驱动电压来确定光伏组件工作点，为减小干扰的影响，可对光伏组件同一工作点进行多次采样取平均值；可根据待扫描光伏系统功率不同对全控型器件进行选型或扩容，以满足不同的应用场合。
将光伏组件输出端与可编程直流电子负载两端相连接，该直流电子负载由控制器通过数模转换(DAC)模块输出控制信号，并由数字控制器直接测量AD采样调理电路处理后的光伏组件中电压V、电流I信号。
将理论计算数据与实验数据打包，通过WIFI模块将数据同步发送至显示屏中，对比两条光伏组件I-V输出特性曲线从而判断光伏组件故障。
本发明基于曲线扫描的光伏组件故障诊断装置，其目的旨在有效甄别光伏组件故障。能够进一步提高光伏组件故障诊断的准确性。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断方法，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤1：通过光照强度传感器、温度传感器对环境工况进行测量，结合光伏组件工程数学模型获取理论I-V输出特性曲线；
步骤2：针对实际运行光伏组件，采用直流电子负载扫描其I-V输出特性曲线；
步骤3：将光伏组件I-V输出特性理论曲线和实际曲线均传输至显示屏，对光伏组件进行故障判断。
2.按照权利要求1所述一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断方法，其特征在于：所述步骤1中理论I-V输出特性曲线获取过程如下：
开路电压Voc、短路电流Isc、最大功率点电压Vm和最大功率点电流Im，结合光伏组件工程数学模型描绘出光伏组件理论I-V输出特性曲线，数学模型如下：
式中，a、d表示电压-光照强度补偿系数；b、e表示电压-温度补偿系数；c、f表示电流-温度补偿系数；Sref和Tref分别表示STC下光照强度和环境温度参考值；S和T分别表示实际光照强度和环境温度值；Voc,ref、Isc,ref、Vm,ref和Im,ref分别表示光伏组件生产厂家所提供的STC下外特性电气参数值。
3.按照权利要求1所述一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断方法，其特征在于：所述步骤2中光伏组件实际I-V输出特性曲线采集过程：
将可编程直流电子负载作为光伏组件的负载，可编程电子负载的等效阻值受控制电路输出信号的控制，该等效阻值变化范围由0逐步变化到无穷大，光伏组件工作点也由短路点(0,Isc)逐步变化到开路点(Voc,0)，在此过程中，对光伏组件的连续工作点上输出电压、电流进行采样，便得到光伏组件在当前工况下整条I-V输出特性曲线。
4.按照权利要求1所述一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断方法，其特征在于：所述步骤3中将光伏组件I-V输出特性理论曲线和实际曲线通过数字处理器的数据采集功能，将理论计算数值和实际采样值直接传输至显示屏，观察两条曲线对光伏组件进行故障判断。
5.按照权利要求1所述一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断方法，其特征在于：所述根据权利要求1所述的一种基于曲线扫描的光伏组件故障诊断装置，其特征在于，数字处理器可为DSP或FPGA。
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