CN109406002B - 一种光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统及方法，包括信号收发天线和信号采集控制器，以及安装于光伏逆变器柜内多个测试点处与所述多个测试点一一对应连接的无源无线测温传感器；无源无线测温传感器通过信号收发天线，采用无线射频方式与信号采集控制器相连接；信号采集控制器还包括计算模块，所述计算模块用于根据所述无源无线测温传感器测量到的结果计算逆变器柜内各部件的温升值。该方案采用射频识别技术的无源无线传感器，可实现光伏逆变器正常运行工况下的机柜内多外温点和机柜外温度点的同步测量，并通过合并直流输入方阵的方法使逆变器工作在最大输出功率运行状态，从而得到逆变器工作的最大温升。

Description

一种光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统及方法

技术领域

本发明属于光伏逆变器现场测试领域，具体涉及一种光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统及方法。

背景技术

近年来，光伏产业发展迅猛。光伏逆变器是光伏发电的核心设备之一，长期工作于大电流、强磁场的环境下，易产生局部过热现象，造成火灾和大面积停电事故。而不同地点气候条件多样，实验室型式试验结果无法反映光伏电站现场的逆变器温升状况。在逆变器常现场温升测试方面，目前主要有红外测温法、光纤测温法和声波表面测温法。

红外测温法依据黑体辐射定律，通过对物体自身辐射红外能量的测量，从而测定它的表面温度。目前常用的手持式红外热成像仪是一种典型的非接触式测量手段，需人工操作，无法实现不间断在线测量，无法透过柜门测量内部设备(逆变器运行时必须关闭柜门)，且易受温度、污染和干扰等因素的影响。

在线红外测温法是另一种非接触式测温方法，要求被测量点能够在视野内并且无遮掩，表面必须干净以确保准确性，测试时易受环境及周围的电磁场干扰，另外开关柜内的空间非常狭小，难以安装红外测温探头，同时。此外，红外辐射的影响因素很多且具有时变性，无法对其一一校正，因而这种方式通用性较差，无法推广使用。

光纤测温法依据光纤的光时域反射原理以及光纤的后向拉曼散射温度效应进行温度测试。光纤具有优异的绝缘性能，能够隔离逆变器机柜内的高压，温度传感器可直接安装到柜内高压触点上，准确测量高压触点的运行温度。然而，光纤表面受到污染时会导致光纤沿面放电，此外还具有易折、易断、不耐高温等特性，受开关柜结构影响，在柜内布线难度较大。

声波表面测温法采用无源无线传感器，但受限于声表测温的频宽分切制式原理及信号模拟处理技术，存在易受干扰、扩充性差的缺点，易发生测温中断或是数据大幅跳变，不能安装太多传感器，否则接收系统无法辨别。

专利CN201210073736《一种大功率光伏逆变器额定功率下的温升和效率测试系统及方法》提出在逆变器的功率单元上安装温度传感器，实现光伏逆变器在额定功率下的温升测试，但该专利侧重于逆变器效率测试，未对温升测试的温度传感器类型、测试原理、具体使用方法等进行说明，且该系统和方法用于在产品研发和产品出厂实验阶段。

发明目的

为了解决上述不足，本发明提出一种光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统及方法，该系统及方法采用射频识别技术的无源无线传感器，可实现光伏逆变器正常运行工况下的机柜内多外温点和机柜外温度点的同步测量，并根据测量结果合并柜内测试点的直流输入，使逆变器工作在最大输出功率运行状态，从而得到逆变器工作的最大温升。

发明内容

本发明采用多个无源无线测温传感器、天线、信号采集及控制器构成光伏逆变器现场运行工况下温升测试系统，其中无源无线测温传感器为基于射频技术的绝缘材料测温传感器。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统，所述系统包括信号收发天线和信号采集控制器，以及安装于光伏逆变器柜内多个测试点处与所述多个测试点一一对应连接的无源无线测温传感器；

所述无源无线测温传感器通过信号收发天线，采用无线射频方式与信号采集控制器相连接；

所述信号采集控制器还包括计算模块，所述计算模块用于根据所述无源无线测温传感器测量到的结果计算逆变器柜内各部件的温升值。

优选的，所述无源无线测温传感器通过导热胶粘贴与测试点连接；其中，所述无源无线测温传感器包含唯一ID寻址标识。

优选的，所述无源无线测温传感器的壳体由基于射频技术的绝缘材料制成。

优选的，所述安装于光伏逆变器柜内的多个测试点包括功率单元、电容器和/或母线电缆。

优选的，还包括安装在逆变器机柜外测试点的无源无线测温传感器；

所述安装在逆变器机柜外测试点的无源无线测温传感器，设置于无阳光直射、通风良好且紧邻被测逆变器机柜处，用于测量逆变器所处环境的平均温度。

优选的，所述信号采集控制器，用于向无源无线测温传感器发送测量控制信号，并接收所述无源无线测温传感器的测量结果。

进一步地，所述信号采集控制器包括主控制器、收发控制器、收发开关、射频放大器和解调器，所述主控制器通过收发控制器与收发开关相连接，所述收发开关在主控制器的控制下接收无源无线测温传感器的无线射频信号；并将无线射频信号发送至与收发开关相互连接的射频信号放大器和解调器上；

所述射频信号放大器将输出放大的无线射频信号至解调器，所述解调器对放大器的无线射频信号进行解调处理后传输给主控制器，主控制器对接收的温度数据进行显示和存储处理。

所述的光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统的测试方法，其特征在于，包括：当逆变器达到热稳定状态时，向设置于光伏逆变器内的多个无源无线测温传感器发送测量控制信号；所述无源无线测温传感器接收测量控制信号，进行温度测量，并触发无线射频信号将测量结果返回；根据测量结果计算逆变器的温升值。

优选的，所述当逆变器达到热稳定状态时，向无源无线测温传感器发送测量控制信号，包括：关闭逆变器机柜柜门，使逆变器正常工作至输出额定输出功率；当柜内测试点的温度变化不超过1K/30min时，则逆变器达到热稳定状态，通过信号采集控制器进行逆变器机柜内外测试点的单次测试或者定时自动测试的信号发送。

优选的，所述根据测量结果计算逆变器的温升值包括：比较逆变器输出功率与其额定输出功率的大小，当逆变器输出功率小于其额定输出功率时，根据其差值大小补入直流输入，直到逆变器输出功率达到满载，同步记录所述逆变器柜内各部件的温度达到满载时的温度值和逆变器机柜外测量点的环境平均温度值，并计算所述测量结果与环境平均温度的差值，得出逆变器柜内各部件的最大温升值。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明提供的一种光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统，包括一种光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统，所述系统包括信号收发天线和信号采集控制器，以及安装于光伏逆变器柜内多个测试点处与所述多个测试点一一对应连接的无源无线测温传感器；可以在紧凑的逆变器柜内对内部设备自动进行不间断在线测量，实现可靠绝缘监测，而且不易受温度、污染和干扰等因素的影响。

本发明提出的无源无线测温传感器通过信号收发天线，采用无线射频方式与信号采集控制器相连接；信号采集控制器还包括计算模块，所述计算模块用于根据所述无源无线测温传感器测量到的结果计算逆变器柜内各部件的温升值。该逆变器温升测试系统可在逆变器正常工作时进行测试，测试结果可真实反映逆变器现场运行工况下的温度上升情况。解决了红外方式无法在逆变器运行时测量，更加无法反映逆变器运行过程中内部的真实温度情况的缺陷。当逆变器达到热稳定状态时，向设置于光伏逆变器内的多个无源无线测温传感器发送测量控制信号；所述无源无线测温传感器接收测量控制信号，进行温度测量，并触发无线射频信号将测量结果返回；根据测量结果计算逆变器的温升值。通过合并直流输入方阵的方法使逆变器工作在最大输出功率运行状态，从而得到逆变器工作的最大温升。

本发明使用的无源无线传感器不需要电池及外部供电，体积小，安装方便灵活，不受逆变器机柜结构和空间影响，无需破坏逆变器机柜结构，不影响逆变器自身性能，机柜内安装不存在角度对准问题。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的光伏逆变器现场温升测试系统结构图；

图2为本发明实施例中提供的光伏逆变器机柜内温升测试系统布置图；

图3为本发明实施例中提供的光伏逆变器现场温升测试系统测试方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

为了解决现有技术的以下不足：

1)逆变器正常运行时须机柜关闭，传统有源有线测试方法、红外热成像仪测温法等无法适用；

2)光纤测温法的测量传感器不便于在逆变器机柜内的狭小空间安装；

3)受辐照资源限制，光伏逆变器正常运行时往往无法达到额定输出功率，无法测试出逆变器额定输出功率下的温升。

综上，常规的热电偶、热电阻、半导体温度传感器等测温方式，由于本身带电或者需要金属导线传输信号，在紧凑的逆变器柜内很难实现可靠绝缘监测；红外热成像仪虽采用非接触式测量手段，需人工操作，无法实现不间断在线测量，无法透过柜门测量内部设备，且易受温度、污染和干扰等因素的影响。

而本发明提供一种光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统，如图1和图2所示。包括：信号收发天线和信号采集控制器，以及安装于光伏逆变器柜内多个测试点处与所述多个测试点一一对应连接的无源无线测温传感器；

所述无源无线测温传感器通过信号收发天线，采用无线射频方式与信号采集控制器相连接；

信号采集控制器还包括计算模块，所述计算模块用于根据所述无源无线测温传感器测量到的结果计算逆变器柜内各部件的温升值。

其中，安装于光伏逆变器柜内的多个测试点包括功率单元、电容器和/或母线电缆。此外还包括安装在逆变器机柜外测试点的无源无线测温传感器；

安装在逆变器机柜外测试点的无源无线测温传感器，设置于无阳光直射、通风良好且紧邻被测逆变器机柜之处，用于测量逆变器所处环境的平均温度。无源无线测温传感器通过导热胶粘贴与测试点连接；其中，所述无源无线测温传感器包含唯一ID寻址标识，多个传感器测试结果自动一一识别。

无源无线测温传感器的壳体由基于射频技术的绝缘材料制成。

信号采集控制器，用于向无源无线测温传感器发送测量控制信号，并接收所述无源无线测温传感器的测量结果。

信号采集控制器包括主控制器、收发控制器、收发开关、射频放大器和解调器，所述主控制器通过收发控制器与收发开关相连接，所述收发开关在主控制器的控制下接收无源无线测温传感器的无线射频信号；并将无线射频信号发送至与收发开关相互连接的射频信号放大器和解调器上；射频信号放大器将输出放大的无线射频信号至解调器，所述解调器对放大器的无线射频信号进行解调处理后传输给主控制器，主控制器对接收的温度数据进行显示和存储处理。

如上述光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统的测试方法，如图3所示，包括：

首先定义逆变器机柜内外的测试点，根据测试点确定无源无线测温传感器的位置；光伏逆变器温升测试的测试点可根据测试目的的不同而定制化设计，柜内测试点一般包括功率单元、电容器、母线电缆等处，逆变器机柜柜外测试点应能反映逆变器所处环境的平均温度水平，且不宜离逆变器机柜太远，以保证测温传感器可靠接收无线控制信号、无线传输测量数据，一般为逆变器室两台逆变器的中间通道处。

其中，定义逆变器机柜内外的测试点包括：根据实际工况需求，在逆变器机柜内选取相应部件作为逆变器机柜内测试点；

逆变器机柜外测试点设置于无阳光直射、通风良好且紧邻被测逆变器机柜处，以保证测温传感器接收无线控制信号和无线测量数据的传输；

逆变器机柜内测试点，用于反映逆变器的柜内温度；

逆变器机柜外测试点，用于反映逆变器所处环境的平均温度。

根据测试点确定无源无线测温传感器的位置，包括：将无源无线测温传感器安装于测试点处，通过信号收发天线与其它无源无线测温传感器建立通信。

其次，在确定无源无线测温传感器的位置后，安装无线收发天线，接收信号采集控制器的控制信号，实现对多个温度传感器的链接。天线安装取决于开关柜的结构和温度传感器的位置，一般安装在逆变器交流柜的上部空隙、柜内温度传感器的中间位置。

安装信号采集控制器，控制射频信号的发送和采集，传感器通过射频信号与天线连接，实现测温及数据传送功能。信号采集控制器可就地安装在逆变器室或远程安装于电站主控室，与温度采集器间采用无线传输协议，进行本地所有逆变器温度监控信息的采集、存储、管理。在相邻的两个逆变器机柜之间或其他无阳光直射、通风良好且紧邻被测逆变器机柜处的测试点安装无源无线测温传感器，用于测量逆变器所处环境的平均温度。

a.当逆变器达到热稳定状态时，向设置于光伏逆变器内的多个无源无线测温传感器发送测量控制信号；

关闭逆变器机柜柜门，使逆变器正常工作至输出额定输出功率；当柜内测试点的温度变化不超过1K/30min时，则逆变器达到热稳定状态，通过信号采集控制器进行逆变器机柜内外测试点的单次测试或者定时自动测试的信号发送；

b.无源无线测温传感器接收测量控制信号，进行温度测量，并触发无线射频信号将测量结果返回；根据测量结果计算逆变器的温升值。

其中，根据测量结果计算逆变器的温升值包括：比较逆变器输出功率与其额定输出功率的大小，当逆变器输出功率小于其额定输出功率时，根据其差值大小补入直流输入，直到逆变器输出功率达到满载，同步记录所述逆变器柜内各部件的温度达到满载时的温度值和逆变器机柜外测量点的环境平均温度值，并计算所述测量结果与环境平均温度的差值，得出逆变器柜内各部件的最大温升值。

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申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (2)

1.一种用于光伏逆变器现场运行工况下的温升测试系统的测试方法，所述系统包括信号收发天线和信号采集控制器，以及安装于光伏逆变器柜内多个测试点处与所述多个测试点一一对应连接的无源无线测温传感器；

所述无源无线测温传感器通过信号收发天线，采用无线射频方式与信号采集控制器相连接；

所述信号采集控制器还包括计算模块，所述计算模块用于根据所述无源无线测温传感器测量到的结果计算逆变器柜内各部件的温升值；

所述无源无线测温传感器通过导热胶粘贴与测试点连接；其中，所述无源无线测温传感器包含唯一ID寻址标识；

所述无源无线测温传感器的壳体由基于射频技术的绝缘材料制成；所述安装于光伏逆变器柜内的多个测试点包括功率单元、电容器和/或母线电缆；

还包括安装在逆变器机柜外测试点的无源无线测温传感器；

所述安装在逆变器机柜外测试点的无源无线测温传感器，设置于无阳光直射、通风良好且紧邻被测逆变器机柜处，用于测量逆变器所处环境的平均温度；

所述信号采集控制器，用于向无源无线测温传感器发送测量控制信号，并接收所述无源无线测温传感器的测量结果；

所述信号采集控制器包括主控制器、收发控制器、收发开关、射频放大器和解调器，所述主控制器通过收发控制器与收发开关相连接，所述收发开关在主控制器的控制下接收无源无线测温传感器的无线射频信号；并将无线射频信号发送至与收发开关相互连接的射频信号放大器和解调器上；

所述射频信号放大器将输出放大的无线射频信号至解调器，所述解调器对放大器的无线射频信号进行解调处理后传输给主控制器，主控制器对接收的温度数据进行显示和存储处理；

其特征在于，所述方法包括：当逆变器达到热稳定状态时，向设置于光伏逆变器内的多个无源无线测温传感器发送测量控制信号；所述无源无线测温传感器接收测量控制信号，进行温度测量，并触发无线射频信号将测量结果返回；根据测量结果计算逆变器的温升值；

所述当逆变器达到热稳定状态时，向无源无线测温传感器发送测量控制信号，包括：关闭逆变器机柜柜门，使逆变器正常工作至输出额定输出功率；当柜内测试点的温度变化不超过1K/30min时，则逆变器达到热稳定状态，通过信号采集控制器进行逆变器机柜内外测试点的单次测试或者定时自动测试的信号发送。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据测量结果计算逆变器的温升值包括：比较逆变器输出功率与其额定输出功率的大小，当逆变器输出功率小于其额定输出功率时，根据其差值大小补入直流输入，直到逆变器输出功率达到满载，同步记录所述逆变器柜内各部件的温度达到满载时的温度值和逆变器机柜外测量点的环境平均温度值，并计算所述测量结果与环境平均温度的差值，得出逆变器柜内各部件的最大温升值。

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