CN108418549A - 光伏组件iv曲线同步扫描方法、装置以及光伏发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种光伏组件IV曲线同步扫描方法、装置以及光伏发电系统，该扫描方法应用于光伏系统，首先获取IV曲线扫描指令，然后控制组串电压控制装置输出至少一组目标信号。之后基于目标信号以及组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点，并根据预设时间间隔，获取多个目标同步点的电压值和电流值。可见，在本方案中需要使组串电压控制装置输出预设规律的目标信号，然后通过组件监控装置识别该目标信号，并比对目标信号和组件监控装置的预设信号参数，进而确定出第一个同步点，以保证组串电压控制装置采集的电流值以及组件监控装置采集到的电压值进行同步。并且，再确定了第一个同步点后，逐步获取具有相同时间间隔的电压以及电流数据，以便后续IV曲线的绘制。
Description
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域，具体涉及一种光伏组件IV曲线同步扫描方法、装置以及光伏发电系统。
背景技术
随着新能源的快速发展，光伏发电系统的效率也逐步提升。通常，在光伏发电系统中，多组光伏组件串并联连接，分别进行光能的吸收，然而，由于组件遮挡、器件短路等现象会导致光伏组件的发电量降低，进而使得整个光伏系统的发电量损失严重。
基于此，需要对光伏组件的发电情况进行监控，以保证整个光伏系统的最大发电效率。具体的，通过后级电力电子设备获取光伏组串的IV特性曲线，当检测到IV特性曲线发生异常后，警示监控人员进行在线诊断以便排除故障。
目前的组件级IV曲线扫描方法，是通过逆变器或汇流箱记录组串电流，通过组件监控装置记录组件电压，以进行IV曲线的绘制。然而，IV曲线中的任何一组电压电流数据都需要是采集组件的同一时刻数据，因此需要要求电压数据以及电流数据需要进行同步获取。除此，发明人还发现，目前的IV特性曲线监测只能定位到某个光伏组串，当识别出故障光伏组串后，还需要进一步采取辅助手段对光伏组串内的光伏组件进行逐一排查，消耗大量的人力物力。
因此，如何提供一种光伏组件IV曲线同步扫描方法，能够实现对数据的准确同步，是本领域技术人员亟待解决的一大技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种光伏组件IV曲线同步扫描方法、装置以及光伏发电系统。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种光伏组件IV曲线同步扫描方法，应用于光伏系统，所述光伏系统包括光伏组串、组件监控装置以及组串电压控制装置，所述同步扫描方法包括：
获取IV曲线扫描指令，控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号；
基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点；
根据预设时间间隔，获取多个目标同步点的电压值和电流值。
可选的，所述获取IV曲线扫描指令，控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号，包括：
所述目标信号包括标识位，所述标识位用于表征目标信号的通信顺序；
相应的，所述基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点，包括：
在获取具有预设标识位的目标信号后，所述组串电压控制装置进行封波，并确定当前点为所述第一个同步点。
可选的，控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号，包括：
所述组串电压控制装置输出低频调制信号并封波；
相应的，所述基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点，包括：
确定封波后的当前点为所述第一个同步点。
可选的，控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号，包括：
所述目标信号包括至少一个开路电压；
相应的，所述基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点，包括：
获取所述开路电压，并控制所述光伏组串输出下拉阈值电压后进行封波，确定当前点为所述第一个同步点。
可选的，还包括：
当所述目标同步点的数量小于第一预设值时，确定所述目标同步点中最后一个点的数据为补偿点的数据，所述补偿点的个数为所述第一预设值与所述目标同步点的个数的差值。
可选的，所述目标信号通过二进制进行表征。
一种光伏组件IV曲线同步扫描装置，应用于光伏系统，所述光伏系统包括光伏组串、组件监控装置以及组串电压控制装置，所述同步扫描装置包括：
第一获取模块，用于获取IV曲线扫描指令，控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号；
确定模块，用于基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点；
第二获取模块，用于根据预设时间间隔，获取多个目标同步点的电压值和电流值。
可选的，所述目标信号包括标识位，所述标识位用于表征目标信号的通信顺序；
相应的，所述确定模块包括：
第一执行单元，用于在获取具有预设标识位的目标信号后，所述组串电压控制装置进行封波，并确定当前点为所述第一个同步点。
可选的，所述第一获取模块包括：
控制单元，用于控制所述组串电压控制装置输出低频调制信号并封波；
相应的，所述确定模块包括：
第二执行单元，用于确定封波后的当前点为所述第一个同步点。
可选的，所述目标信号包括至少一个开路电压；
相应的，所述确定模块包括：
第三执行单元，用于获取所述开路电压，并控制所述组串电压控制电路输出下拉阈值电压后进行封波，确定当前点为所述第一个同步点。
可选的，还包括：
补偿模块，用于当所述目标同步点的数量小于第一预设值时，确定所述目标同步点中最后一个点的数据为补偿点的数据，所述补偿点的个数为所述第一预设值与所述目标同步点的个数的差值。
可选的，所述目标信号通过二进制进行表征。
一种光伏发电系统，包括任意一项上述的光伏组件IV曲线同步扫描装置。
基于上述技术方案，本发明实施例提供了一种光伏组件IV曲线同步扫描方法、装置以及光伏发电系统，该光伏组件IV曲线同步扫描方法，应用于光伏系统，首先获取IV曲线扫描指令，然后控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号。之后，基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点，并根据预设时间间隔，获取多个目标同步点的电压值和电流值。可见，在本方案中需要使组串电压控制装置输出预设规律的目标信号，然后比对目标信号和组件监控装置的预设信号参数，进而确定出第一个同步点，以保证组串电压控制装置采集的电流值以及组件监控装置采集到的电压值进行同步。并且，再确定了第一个同步点后，逐步获取具有相同时间间隔的电压以及电流数据，以便后续IV曲线的绘制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中光伏系统的结构示意图；
图2为本实施例提供的一种光伏组件IV曲线同步扫描方法的流程示意图；
图3为本实施例提供的一种光伏系统应用上述同步扫描方法的示意图；
图4为本实施例提供的一种光伏系统应用上述同步扫描方法的又一示意图；
图5为本实施例提供的一种光伏系统应用上述同步扫描方法的又一示意图；
图6为本实施例提供的一种光伏组件IV曲线同步扫描方法的同步点分布示意图。
具体实施方式
常规的光伏系统如图1所示，包括光伏组串、组件监控装置以及组串电压控制装置。需要说明的是，在本实施例中，组件监控装置可以为组件监控器、关断装置以及功率优化器等具有组件级电压检测能力的电子设备。组串电压控制装置可以为集中式逆变器、集散式逆变器、组串式逆变器以及汇流箱等具有组串IV曲线扫描以及能够控制组串电压按照一定的规律变化且能够采集组串电流的电子设备。
本实施例中，当获取到IV曲线扫描指令后，逆变器控制组串电压按照一定规律变化，并记录光伏组串的电流值。然后组件监控装置在获取到同步信号后，同步记录光伏组串的电压值。
具体的，请参阅图2，本实施例提供了一种光伏组件IV曲线同步扫描方法，该同步扫描方法可以应用于如图1所示的光伏系统，该同步扫描方法包括步骤：
S21、获取IV曲线扫描指令，控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号；
S22、基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点；
S23、根据预设时间间隔，获取多个目标同步点的电压值和电流值。
结合背景技术可知，进行IV曲线扫描时，需要通过组串电压控制装置获取当前点电流值，并通过组件监控装置获取当前点的电压值，而由于IV曲线需要保证电流值的时间点和电压值的时间点同步，因此，本实施例提供的光伏组件IV曲线同步扫描方法通过控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号，然后基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点，以保证时间点的同步。
并且本实施例提供了多种实现第一个同步点确定的具体实现方法，如下：
方式一
在步骤S21中，所述目标信号包括标识位，所述标识位用于表征目标信号的通信顺序。相应的，步骤S22可以为：
在获取具有预设标识位的目标信号后，所述组串电压控制装置进行封波，并确定当前点为所述第一个同步点。
具体的，组串电压控制装置在收到IV扫描指令后，与其对应的组件监控装置进行通信至少1次。其中，通信间隔固定，并在通信信息中，带有通信序列的标识位，用以约定在第几次通信后，组串电压控制装置封波，并采集第一个点的组串电流，同时组件监控装置开始同步采集第一个点的组件电压。进一步的，该方法还可以解决可能存在的通信丢包问题。
假设约定n次通信后开始进行扫描，每次通信间隔t，第一次通信标识1，第二次通信标识2，…，第n次通信标识n。组串电压控制装置在发出标识为n的信息后，开始进行扫描控制和组串电流采样，同时组件监控装置在接收到标识n的信息，开始记录各自组件电压信息。除此之外，为避免丢失最后一次通信，在当前接收到的n-1次通信后，开始计时，计时到达后，仍未接收到标识为n的通信，组件监控装置同样开始记录各自组件的电压信息。
示意性的，结合图3，通过通信实现IV曲线数据的同步。首先设定第n次通信，开始进行扫描和数据采集，每次通信间隔为t。图中灰色信息代表信息丢失，即PV1丢失标识为2的信息，在组件监控装置1接收到nIVscan后，开始记录第一个点的电压信息。PVm丢失标识为n的信息，在组件监控装置m接收到(n-1)IVscan后，计时达到t时，同样开始记录第一个点的电压信息。
方式二
步骤S21可以为：控制所述组串电压控制装置输出低频调制信号并封波。相应的，步骤S22可以为：确定封波后的当前点为所述第一个同步点。
具体的，组串电压控制装置在接收到IV扫描指令后，发出低频调制信号，然后封波并采集第一个点的组串电流，组件监控装置在解析出该信号后，开始采集第一个点的组件电压。
其中，组串电压控制装置所发出的调制信号可为直接将组串电压拉低到一定值，或者周期性将组串电压拉低到一定程度；组件监控装置解析该信号的方法，可为直接检测组件电压值的变化，或者将组件电压值的变化转换为可识别的描述同等信息的信号后进行识别，如周期方波信号。
示意性的，如图4所示，通过电压低频调制实现IV曲线数据的同步。设定第n次调制后，开始进行扫描和数据采集。
当接收到IV扫描指令后，组串电压控制装置控制组串电压按照图示曲线变化时，各组件电压会同等比例变化，在逆变器第n次恢复至当前工作电压或者某个设定电压后，封波，并记录第一个点的组串电流；组件监控装置在第n次解析出对应信号后，记录第一个点的组件电压。
需要说明的是，在本实施例中，还可将该电压变化转化为可描述同等信息的其他信号，如方波信号，供组件监控装置的MCU检测。
方式三
步骤S21可以为：所述目标信号包括至少一个开路电压。相应的，步骤S22可以为：获取所述开路电压，并控制所述光伏组串输出下拉阈值电压后进行封波，确定当前点为所述第一个同步点。
具体的，组串电压控制装置在接收到IV扫描指令后，将组串电压拉低至一定程度(Vth)或者不改变当前状态，(此时，组串中的组件可能存在三种状态：一是完全被旁路，而输出电压为0V；二是部分被旁路，输出电压较低；三是没有被旁路，输出电压正常)，封波，然后记录组串电压，此即为组串开路电压U；对于各组件监控装置，如果在t1内检测到组件电压变化超过一定阈值并且在之后t2时间内检测到组件电压基本不变，则在之后的t3时间内的电压平均值即为组件开路电压Um；之后将组串电压再次拉低后封波，当组串电压控制装置检测到电压恢复至U时，开始记录第一个点的组串电流，组件监控装置在检测到组件电压恢复至Um时，开始记录第一个点的组件电压。
示意性的，如图5所示，通过识别开路电压来实现IV曲线数据的同步。在接收到IV扫描指令后，组串电压控制装置首先封波，组串电压控制装置及各组件监控装置检测t1和t2时间内电压变化(t1>t2)，当t1内电压变化超过一定阈值ΔU1并且t2时间内检测到电压变化量小于ΔU2时，开始记录t3时间内的电压平均值，其中，(ΔU1＞ΔU2)。此即为各组件的总开路电压U和各组件开路电压Um，之后组串电压控制装置再次拉低组串电压后封波，当组串电压控制装置检测到电压恢复至U时，开始记录第一个点的组串电流，组件监控装置在检测到电压恢复至Um时，开始记录第一个点的组件电压。
在上述获取了第一个同步点后，本实施例还需要根据预设的时间间隔，获取其他同步点，具体的，结合图6所示，在完成第一个IV曲线数据点的采集后，组串电压控制装置按照预设的间隔时间控制组串电压按预设规律变化，并采集各时间段内的组串电流，同时组件监控装置按照同样的时间间隔采集各时间段内的组件电压，直至组串电压变化值预设最小值，并采集到预设点数。
需要说明的是，由于第一个采样点是同步开始的，而之后的每个点均按照固定的时间间隔△t进行采集，故每一组的电压、电流信息都是一一对应的，可认为是同一时刻同一状态的组件信息，即实现了任意时刻点组串电流与组件电压的一一对应关系(同步)。
在上述实施例的基础上，本实施例提供的光伏组件IV曲线同步扫描方法，还进一步包括：
当所述目标同步点的数量小于第一预设值时，确定所述目标同步点中最后一个点的数据为补偿点的数据，所述补偿点的个数为所述第一预设值与所述目标同步点的个数的差值。
示意性的，由于每个组件的电压是不同的，当组串扫描到电压最小阈值时，可能部分组件监控装置因为欠压而无法采集到足够的数据点，此时可以通过近似的补偿方法，用最后一个点的电压值代替剩余未采集到的点的数值，构成相同的数据量，以完成同步匹配。
除此，本实施例提供的光伏组件IV曲线同步扫描方法，为了节省数据的存储量，目标信号采用二进制进行表征。具体的，由于数据完成同步采样后，需要通过通信的方式上传到终端，面对IV曲线庞大的数据量，对存储空间和通信都造成一定的压力。通常定点MCU以16bits的int型变量存储电压电流数据，浮点MCU以32bits的float型变量存储电压电流数据，而对于目前市场广泛应用的组件，其电压普遍在50V以下，电流普遍在10A以下，采用上述变量类型存储和转发组件IV曲线数据，无疑对空间和时间都造成较大浪费。
具体的，采用16bits以下的位数来表示组件IV曲线数据，典型如8bits，其电压分辨率为50/256＝0.2V，精度达0.4％,电流分辨率为10/256＝0.04A，精度达0.4％，这种程度的分辨率足以对组件异常进行判断。
具体的，以8bits为例，在采集到IV曲线后，将当前占用更多位数的数据采用更少位数的空间进行表征，对于电压数据为0xFF，代表50V；为0x0F，代表25V；为0x00，代表0V。类似的，也可采用6bits或者10bits，只要保证满足精度要求，均可采用。
上文介绍了同步扫描方法，本实施例还提供了一种光伏组件IV曲线同步扫描装置，应用于光伏系统，所述光伏系统包括光伏组串、组件监控装置以及组串电压控制装置，该同步扫描装置包括：
第一获取模块，用于获取IV曲线扫描指令，控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号；
确定模块，用于基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点；
第二获取模块，用于根据预设时间间隔，获取多个目标同步点的电压值和电流值。
优选的，所述目标信号包括标识位，所述标识位用于表征目标信号的通信顺序；
相应的，所述确定模块包括：
第一执行单元，用于在获取具有预设标识位的目标信号后，所述组串电压控制装置进行封波，并确定当前点为所述第一个同步点。
又或者，所述第一获取模块包括：
控制单元，用于控制所述组串电压控制装置输出低频调制信号并封波；
相应的，所述确定模块包括：
第二执行单元，用于确定封波后的当前点为所述第一个同步点。
又或者，所述目标信号还可以包括至少一个开路电压；
相应的，所述确定模块包括：
第三执行单元，用于获取所述开路电压，并控制所述组串电压控制装置输出下拉阈值电压后进行封波，确定当前点为所述第一个同步点。
除此，光伏组件IV曲线同步扫描装置，还包括：
补偿模块，用于当所述目标同步点的数量小于第一预设值时，确定所述目标同步点中最后一个点的数据为补偿点的数据，所述补偿点的个数为所述第一预设值与所述目标同步点的个数的差值。
其中，所述目标信号通过二进制进行表征。
该装置的工作原理请参见上述方法实施例，在此不进行详述。
在上述实施例的基础上，本实施例还提供了一种光伏发电系统，包括任意一项上述的光伏组件IV曲线同步扫描装置。该光伏发电系统的工作原理以及技术效果请参见上述光伏组件IV曲线同步扫描装置的工作原理以及技术效果，在此不重复叙述。
综上，本发明实施例提供了一种光伏组件IV曲线同步扫描方法、装置以及光伏发电系统，该光伏组件IV曲线同步扫描方法，应用于光伏系统，首先获取IV曲线扫描指令，然后控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号。之后，基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点，并根据预设时间间隔，获取多个目标同步点的电压值和电流值。可见，在本方案中需要使组串电压控制装置输出预设规律的目标信号，然后比对目标信号和组件监控装置的预设信号参数，进而确定出第一个同步点，以保证组串电压控制装置采集的电流值以及组件监控装置采集到的电压值进行同步。并且，再确定了第一个同步点后，逐步获取具有相同时间间隔的电压以及电流数据，以便后续IV曲线的绘制。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (13)
1.一种光伏组件IV曲线同步扫描方法，其特征在于，应用于光伏系统，所述光伏系统包括光伏组串、组件监控装置以及组串电压控制装置，所述同步扫描方法包括：
获取IV曲线扫描指令，控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号；
基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点；
根据预设时间间隔，获取多个目标同步点的电压值和电流值。
2.根据权利要求1所述的光伏组件IV曲线同步扫描方法，其特征在于，所述获取IV曲线扫描指令，控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号，包括：
所述目标信号包括标识位，所述标识位用于表征目标信号的通信顺序；
相应的，所述基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点，包括：
在获取具有预设标识位的目标信号后，所述组串电压控制装置进行封波，并确定当前点为所述第一个同步点。
3.根据权利要求1所述的光伏组件IV曲线同步扫描方法，其特征在于，所述控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号，包括：
所述组串电压控制装置输出低频调制信号并封波；
相应的，所述基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点，包括：
确定封波后的当前点为所述第一个同步点。
4.根据权利要求1所述的光伏组件IV曲线同步扫描方法，其特征在于，所述控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号，包括：
所述目标信号包括至少一个开路电压；
相应的，所述基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点，包括：
获取所述开路电压，并控制所述组串电压控制装置输出下拉阈值电压后进行封波，确定当前点为所述第一个同步点。
5.根据权利要求1所述的光伏组件IV曲线同步扫描方法，其特征在于，还包括：
当所述目标同步点的数量小于第一预设值时，确定所述目标同步点中最后一个点的数据为补偿点的数据，所述补偿点的个数为所述第一预设值与所述目标同步点的个数的差值。
6.根据权利要求1所述的光伏组件IV曲线同步扫描方法，其特征在于，所述目标信号通过二进制进行表征。
7.一种光伏组件IV曲线同步扫描装置，其特征在于，应用于光伏系统，所述光伏系统包括光伏组串、组件监控装置以及组串电压控制装置，所述同步扫描装置包括：
第一获取模块，用于获取IV曲线扫描指令，控制所述组串电压控制装置输出至少一组目标信号；
确定模块，用于基于所述目标信号以及所述组件监控装置的预设信号参数，确定出第一个同步点；
第二获取模块，用于根据预设时间间隔，获取多个目标同步点的电压值和电流值。
8.根据权利要求7所述的光伏组件IV曲线同步扫描装置，其特征在于，所述目标信号包括标识位，所述标识位用于表征目标信号的通信顺序；
相应的，所述确定模块包括：
第一执行单元，用于在获取具有预设标识位的目标信号后，所述组串电压控制装置进行封波，并确定当前点为所述第一个同步点。
9.根据权利要求7所述的光伏组件IV曲线同步扫描装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：
控制单元，用于控制所述组串电压控制装置输出低频调制信号并封波；
相应的，所述确定模块包括：
第二执行单元，用于确定封波后的当前点为所述第一个同步点。
10.根据权利要求7所述的光伏组件IV曲线同步扫描装置，其特征在于，所述目标信号包括至少一个开路电压；
相应的，所述确定模块包括：
第三执行单元，用于获取所述开路电压，并控制所述组串电压控制装置输出下拉阈值电压后进行封波，确定当前点为所述第一个同步点。
11.根据权利要求7所述的光伏组件IV曲线同步扫描装置，其特征在于，还包括：
补偿模块，用于当所述目标同步点的数量小于第一预设值时，确定所述目标同步点中最后一个点的数据为补偿点的数据，所述补偿点的个数为所述第一预设值与所述目标同步点的个数的差值。
12.根据权利要求7所述的光伏组件IV曲线同步扫描装置，其特征在于，所述目标信号通过二进制进行表征。
13.一种光伏发电系统，其特征在于，包括如权利要求7-12中任意一项所述的光伏组件IV曲线同步扫描装置。
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