CN110071692A - 光伏组件故障判定方法、装置及控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了光伏组件故障判定方法、装置及控制器，利用待检测光伏组件在检测日对应的辐照数据和电流数据，以及历史相似日的相关数据准确区分电流偏态、固定遮挡和组件故障，从而使运维人员能够准确针对组件故障的类型进行维护，提高了维护效率。而且，不需要增加测量设备因此不会增加系统设备成本。此外，能够收集该光伏发电系统中存在电流偏态和固定遮挡时的数据，为下一步进行数据分析提供依据。
Description
技术领域
本发明属于光伏技术领域，尤其涉及光伏组件故障判定方法、装置及控制器。
背景技术
光伏技术可以直接将太阳能转换为电能，随着光伏技术快速发展，光伏发电系统日益广泛。光伏组件是光伏发电系统的核心部分，因此，光伏组件故障诊断成为亟需解决的问题。
光伏发电系统的安装环境复杂，可能出现固定遮挡、电流偏态、组件故障等现象。固定遮挡是指太阳光照射到遮挡物上，进而在光伏组件上形成阴影，影响光伏组件的辐照吸收，影响光伏发电系统的发电量。电流偏态是指光伏组件的电流曲线相对于辐照曲线呈现左偏或右偏的现象。组件故障是指光伏组件出现故障无法正常工作的现象。
目前的光伏组件故障诊断方法无法准确区分遮挡、电流偏态和组件故障这几种现象。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供光伏组件故障判定方法、装置及控制器，以解决目前的光伏组件故障诊断方法无法准确区分遮挡、电流偏态和组件故障的技术问题，具体的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种光伏组件故障判定方法，包括：
获取待检测光伏组件在检测日的不同时刻对应的辐照数据和电流数据；
依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据；
依据所述无偏态电流数据及与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断所述待检测光伏组件是否存在固定遮挡，并从所述无偏态电流数据中获取不存在固定遮挡的正常电流测量数据，其中，所述历史相似日为辐照强度与所述检测日的辐照强度相同的历史日期，所述历史正常电流数据是指不存在电流偏态、不存在固定遮挡且无组件故障的光伏组件在所述历史相似日对应的电流数据；
依据所述正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障，所述日平均电流阈值范围依据所述历史相似日对应的所述历史正常电流数据确定。
可选地，所述依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，包括：
获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的电流数据中的众数和平均数；
若所述平均数大于所述众数，则确定所述待检测光伏组件的电流存在电流右偏态；
若所述平均数小于所述众数，则确定所述待检测光伏组件的电流存在电流左偏态；
若所述平均值等于所述众数，则确定所述待检测光伏组件的电流不存在电流偏态。
可选地，所述获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据，包括：
若所述待检测光伏组件的电流存在电流右偏态，则选取所述检测日内测量时刻早于所述众数对应时刻的电流数据作为所述无偏态电流数据；
若所述待检测光伏组件的电流存在电流左偏态，则选取所述检测日内测量时刻晚于所述众数对应时刻的电流数据作为所述无偏态电流数据；
若所述待检测光伏组件的电流不存在电流偏态，则确定所述待检测光伏组件在所述检测日对应的全部电流数据为所述无偏态电流数据。
可选地，所述依据所述无偏态电流数据及与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断所述待检测光伏组件是否存在固定遮挡，包括：
根据所述待检测光伏组件在所述检测日的第一测量时刻和第二测量时刻对应的无偏态电流数据，计算得到所述第二测量时刻对应的电流梯度绝对值，所述第一测量时刻是与所述第二测量时刻相邻的前一时刻；
确定出所述待检测光伏组件在所述检测日内电流梯度绝对值大于电流梯度阈值的目标测量时刻，所述电流梯度阈值依据所述历史正常电流数据的平均值确定；
获取所述待检测光伏组件在所述历史相似日的电流梯度绝对值大于所述电流梯度阈值的历史测量时刻；
若所述历史测量时刻与所述目标测量时刻是同一时刻，则确定所述待检测光伏组件在所述目标测量时刻存在固定遮挡；
若所述历史测量时刻与所述目标测量时刻不是同一时刻，则确定所述待检测光伏组件在所述目标测量时刻不存在固定遮挡。
可选地，所述从所述待检测光伏组件在所述检测日的无偏态电流数据中获取不存在固定遮挡的正常电流测量数据，包括：
从所述待检测光伏组件在所述检测日对应的无偏态电流数据中，剔除存在固定遮挡时刻所对应的电流数据，得到所述正常电流测量数据。
可选地，在获取待检测光伏组件在检测日的不同时刻对应的辐照数据和电流数据之后，所述方法还包括：
依据所述辐照数据和所述电流数据计算得到辐照电流相关系数，所述辐照电流相关系数表征所述辐照数据与所述电流数据之间的关联程度；
依据所述辐照数据计算所述检测日的辐照变异系数，所述辐照变异系数表征辐照变化的波动程度；
依据所述辐照电流相关系数和所述辐照变异系数，判断天气状况是否稳定；
当所述辐照电流相关系数大于辐照电流相关系数阈值，且所述辐照变异系数小于辐照变异系数阈值时，确定所述天气状况稳定，并依据所述辐照数据判断所述检测日的日均辐照强度是否大于辐照阈值，所述辐照阈值依据历史平均辐照强度确定；
当所述检测日的天气状况稳定且所述日均辐照强度大于所述辐照阈值时，执行所述依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据的步骤；
当所述检测日的天气状况稳定且所述日均辐照强度小于所述辐照阈值时，确定所述待检光伏组件在所述检测日对应的电流数据均为所述正常电流测量数据，并执行判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障的步骤；
当所述辐照电流相关系数小于或等于所述辐照电流相关系数阈值，且所述辐照变异系数大于所述辐照变异系数阈值时，确定所述天气状况不稳定。
可选地，所述依据所述正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障，包括：
依据所述正常电流测量数据计算所述待检测光伏组件在所述检测日的日平均电流；
若所述日平均电流超出所述日平均电流阈值范围，则确定所述待检测光伏组件存在组件故障；
若所述日平均电流在所述日平均电流阈值范围内，则确定所述待检测光伏组件无组件故障。
第二方面，本发明还提供了一种光伏组件故障判定装置，包括：
数据获取模块，用于获取待检测光伏组件在检测日的不同时刻对应的辐照数据和电流数据；
无偏态电流数据获取模块，用于依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据；
无遮挡电流数据获取模块，用于依据所述无偏态电流数据及与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断所述待检测光伏组件是否存在固定遮挡，并从所述无偏态电流数据中获取不存在固定遮挡的正常电流测量数据，其中，所述历史相似日为辐照强度与所述检测日的辐照强度相同的历史日期，所述历史正常电流数据是指不存在电流偏态、不存在固定遮挡且无组件故障的光伏组件在所述历史相似日对应的电流数据；
故障判断模块，用于依据所述正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障，所述日平均电流阈值范围依据所述历史相似日对应的所述历史正常电流数据确定。
可选地，所述装置还包括：
辐照电流相关系数获取模块，用于依据所述辐照数据和所述电流数据计算得到辐照电流相关系数，所述辐照电流相关系数表征所述辐照数据与所述电流数据之间的关联程度；
辐照变异系数获取模块，用于依据所述辐照数据计算所述检测日的辐照变异系数，所述辐照变异系数表征辐照变化的波动程度；
天气状况判断模块，用于依据所述辐照电流相关系数和所述辐照变异系数，判断天气状况是否稳定；当所述辐照电流相关系数大于辐照电流相关系数阈值，且所述辐照变异系数小于辐照变异系数阈值时，确定所述天气状况稳定，当所述辐照电流相关系数小于或等于所述辐照电流相关系数阈值，且所述辐照变异系数大于所述辐照变异系数阈值时，确定所述天气状况不稳定；
辐照强度判断模块，用于当确定所述天气状况稳定后，依据所述辐照数据判断所述检测日的日均辐照强度是否大于辐照阈值，所述辐照阈值依据历史平均辐照强度确定；当所述检测日的天气状况稳定且所述日均辐照强度大于所述辐照阈值时，触发所述无偏态电流数据获取模块执行所述依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据的步骤；当所述检测日的天气状况稳定且所述日均辐照强度小于所述辐照阈值时，确定所述待检光伏组件在所述检测日对应的电流数据均为所述正常电流测量数据，并触发所述故障判断模块执行判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障的步骤。
第三方面，本发明还提供了一种控制器，包括：存储器和处理器，其中，所述存储器内存储有程序，所述处理器执行所述存储器内的程序以实现以下步骤：
获取待检测光伏组件在检测日的不同时刻对应的辐照数据和电流数据；
依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据；
依据所述无偏态电流数据及与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断所述待检测光伏组件是否存在固定遮挡，并从所述无偏态电流数据中获取不存在固定遮挡的正常电流测量数据，其中，所述历史相似日为辐照强度与所述检测日的辐照强度相同的历史日期，所述历史正常电流数据是指不存在电流偏态、不存在固定遮挡且无组件故障的光伏组件在所述历史相似日对应的电流数据；
依据所述正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障，所述日平均电流阈值范围依据所述历史相似日对应的所述历史正常电流数据确定。
本发明提供的光伏组件故障判定方法，首先获取待检测光伏组件在天气状况稳定的检测日对应的辐照数据和电流数据。依据获得的电流数据判断待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取不存在电流偏态的无偏态电流数据；然后，依据无偏态电流数据与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断待检测光伏组件是否存在固定遮挡，并获取无偏态电流数据中不存在固定遮挡的正常电流测量数据。最终，依据该正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断待检测光伏组件是否存在组件故障。利用该方法能够准确区分电流偏态、固定遮挡和组件故障，从而使运维人员能够准确针对组件故障的类型进行维护，提高了维护效率。而且，该方法不需要增加测量设备因此不会增加系统设备成本。此外，能够收集该光伏发电系统中存在电流偏态和固定遮挡时的数据，为下一步进行数据分析提供依据。
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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种光伏组件故障判定方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种电流曲线存在左偏态的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种光伏组件故障判定方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种光伏组件故障判定装置的框图；
图5是本发明实施例提供的另一种光伏组件故障判定装置的框图；
图6是本发明实施例提供的一种控制器的框图。
具体实施方式
在光伏发电系统投入使用后，运维人员根据实际情况对光伏发电系统进行维护，以及系统优化人员需要根据系统的实际运行情况进行优化以使系统的发电量达到最优，提高光伏发电系统的收益。对光伏发电系统的维护和优化都需要准确区分电流偏态、遮挡和组件故障这几种现象，以便制定准确的维护方案和优化方案。本发明提供了一种光伏组件故障判定方法、装置及控制器，不依赖于数学模型因此避免了对光伏系统建模的难点；同时，不需要增加检测设备因此不会增加光伏发电系统的设备成本。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，示出了本发明实施例提供的一种光伏组件故障判定方法的流程图，该方法应用于光伏发电系统中，光伏发电系统中的核心部件即光伏组件，用于将太阳能转化为电能。因此，能够检测光伏组件是否存在故障对光伏系统至关重要。
如图1所示，该方法包括以下步骤：
S110，获取待检测光伏组件在检测日不同时刻的辐照数据和电流数据。
待检测光伏组件可以是光伏发电系统中的任一块光伏组件。
检测日是指天气状况稳定的历史日期，历史日期是当前日期之前的任意一天，例如，当前日期是2018年11月1日，历史日期可以是2018年11月1日之前的任意一天，例如，2018年10月31日。
天气状况比较稳定时，分析测量数据得到的结果比较准确，因此，通常选择天气状况稳定的日期作为检测日。
在一种可能的实现方式中，可以依据辐照数据和电流数据确定该数据对应日期的天气状况是否稳定。
具体的，根据辐照数据和电流数据计算辐照电流相关系数；以及，依据辐照数据计算辐照变异系数。如果该辐照电流相关系数大于辐照电流相关系数阈值且辐照变异系数小于辐照变异系数阈值，则确定该日天气状况稳定；如果辐照电流相关系数小于或等于辐照电流相关系数阈值且辐照变异系数大于或等于辐照变异系数阈值，则确定该日天气状况不稳定，最终确定该日的测量数据不可用，舍弃该日的测量数据，然后，继续判断下一个检测日的辐照数据和电流数据。
光伏组件的电流数据可以由内置于光伏组件内的传感器测量得到。辐照数据可以通过多种途径获得，例如，可以直接在光伏发电系统所在地安装环境检测仪器，利用该环境检测仪器能够获取光伏发电系统所在地的环境数据，例如，辐照强度、环境温度、风速等数据，其中，辐照强度的单位是瓦每平米。
一个检测日内，从产生电流的时刻(光伏组件能够吸收太阳辐照的时刻)开始，可以按照指定时间间隔采集电流数据，而且，可以依据这些数据绘制该检测日对应的辐照曲线和电流曲线。
通常情况下，辐照强度较高时，才能判断出电流偏态和遮挡，因此，在获得待检测光伏组件在检测日的测量数据后，需要先确定该检测日的辐照强度高低情况，如果辐照强度较高，则需要先判断是否存在电流偏态、遮挡，最后判断该待检测光伏组件是否存在组件故障；如果辐照强度低，则直接判断该待检测光伏组件是否存在组件故障。
在一种可能的实现方式中，某一天的辐照高低可以根据日均辐照强度来判断，其中，日均辐照强度可以根据检测日各个时刻对应的辐照强度计算得到。如果日均辐照强度大于辐照阈值，则确定检测日的日均辐照强度高；如果日均辐照强度小于或等于辐照阈值，则确定检测日的日均辐照强度低。
其中，辐照阈值依据历史日期中，天气状况为晴天的历史辐照强度的平均值确定。
S120，依据电流数据判断待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取待检测光伏组件在检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据。
在一种应用场景中，光伏发电系统建设在山地地面，由于山地地形复杂，该地区的光伏发电系统依山体分布出现电流曲线相对于辐照曲线呈现左右偏的情况(即，电流偏态)比较多。如图2所示，示出了电流曲线出现左偏态的示意图。
偏态是指统计数据总体中的变量值分别落在众数的左右两边，呈现非对称分布的现象，因此，可以依据电流数据的平均数和众数判断是否存在电流偏态。
其中，众数是指待检测光伏组件在检测日对应的电流数据中出现次数最多的数值。平均数是光伏组件在检测日的各个测量时刻对应的电流数据的平均值。
如果平均数大于众数，则确定存在电流右偏态。此种情况下，检测日内测量时刻晚于众数对应时刻的电流数据均出现偏态现象，而测量时刻早于众数对应时刻的电流数据未出现偏态现象，此时间段内的电流数据为无偏态电流数据；
如果平均数小于众数，则确定存在电流左偏态。此种情况下，测量时刻早于众数对应时刻的电流数据均出现偏态现象，而测量时刻晚于众数对应时刻的电流数据均未出现偏态现象，此时间段内的电流数据为无偏态电流数据。
如果平均数等于众数，则确定不存在电流偏态。此种情况下，检测日全部测量时刻测得的电流数据均为无偏态电流数据。
S130，依据无偏态电流数据及与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断待检测光伏组件是否存在固定遮挡，并从无偏态电流数据中获取不存在固定遮挡的正常电流测量数据。
同样，以光伏发电系统安装在山地的场景为例进行说明，由于山地的地形复杂，光伏组件依山体分布出现固定遮挡的情况较多，其中，固体遮挡包括但不限于山体遮挡、前排遮挡、立柱遮挡、杂草遮挡等。
固定遮挡具有时间固定的特性，通常表现为电流曲线呈现下凹的现象。因此，可以依据电流曲线的梯度变化判断待检测光伏组件是否存在遮挡。
其中，电流梯度计算公式如公式1所示：
grad(i)＝X(i)-X(i-1)(式1)
公式1中，X(i)为第i测量时刻的电流值，i为各个测量时刻的编号，其中，i＝1，2，3，……，N，1对应测量开始时刻，N对应测量结束时刻。
在一种可能的实现方式中，依据公式1计算待检测光伏组件在检测日各个测量时刻对应的电流梯度绝对值|grad(i)|。若|grad(i)|＞γgrad，则记录i对应的测量时刻，依次确定出待检测光伏组件在检测日内电流梯度绝对值大于电流梯度阈值的全部测量时刻，称为目标测量时刻。
其中，电流梯度阈值γgrad根据不存在电流偏态、不存在固定遮挡且无组件故障的光伏组件在历史相似日的历史正常电流确定，具体的，γgrad可以依据公式2计算得到：
公式2中，为历史相似日的日期和时刻对应的电流数据，其中，k＝1，2，……，K；s＝1，2，……，S，K和S分别历史相似日的日期数和时刻数。
其中，历史相似日为辐照强度与检测日的辐照强度相似的历史日期，历史相似日可以根据K-Means算法确定得到，K-Means算法是采用距离度量方法实现不同日期的辐照数据聚合，即辐照强度相接近的日期聚类成一个聚类簇，确定包含检测日的聚类簇内的其它日期均可以作为历史相似日。
历史正常电流数据是指不存在电流偏态、不存在固定遮挡且无组件故障的光伏组件在历史相似日对应的电流数据。
然后，确定历史相似日中电流梯度绝对值大于电流梯度阈值γgrad的各个历史测量时刻。其中，历史相似日的电流梯度绝对值依据历史相似日的历史正常电流数据按照公式1计算得到。
如果历史测量时刻与检测日的目标测量时刻是同一时刻，则确定待检测光伏组件在目标测量时刻存在固定遮挡；如果历史测量时刻与检测日的目标测量时刻不是同一时刻，则确定待检测光伏组件在目标测量时刻不存在固定遮挡。
从无偏态电流数据中剔除存在固定遮挡对应时刻的电流数据得到正常电流测量数据。然后，依据该正常电流测量数据判断待检测光伏组件是否存在组件故障。
S140，依据正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断待检测光伏组件是否存在组件故障。
其中，日平均电流阈值范围依据历史相似日内与检测日的正常电流测量数据对应的时间段的历史正常电流数据确定。
例如，最终确定检测日的正常电流测量数据的时间段为10:00～14:00，则依据与检测日对应的历史相似日的10:00～14:00时间段的历史正常电流数据确定。
在一种可能的实现方式中，日平均电流阈值范围可以取其中，为历史相似日的平均电流的平均值，例如，确定出的历史相似日的数量为5日，则分别计算出这5日中每一日的平均电流，然后，计算这5日的平均电流的平均值。δ为历史相似日平均电流的标准差。
在判断待检测光伏组件是否存在组件故障时，待检测光伏组件在检测日不存在偏态无固定遮挡的时段的电流数据即正常电流测量数据记为然后计算正常时段的的平均值得到待检测光伏组件在检测日的日平均电流，即再比较与之间的关系。若或者， 则判定光伏组件出现组件故障，否则，若 判定光伏组件无故障。
本实施例提供的光伏组件故障判定方法，利用待检测光伏组件在检测日对应的辐照数据和电流数据，以及历史相似日的相关数据准确区分电流偏态、固定遮挡和组件故障，从而使运维人员能够准确针对组件故障的类型进行维护，提高了维护效率。而且，该方法不需要增加测量设备因此不会增加系统设备成本。此外，能够收集该光伏发电系统中存在电流偏态和固定遮挡时的数据，为下一步进行数据分析提供依据。
请参见图3，示出了本发明实施例提供的另一种光伏组件故障判定方法的流程图，该方法在图1所示实施例的基础上还包括以下步骤：
S210，依据待检测光伏组件在检测日对应的辐照数据和电流数据，计算得到辐照电流相关系数。
其中，该辐照电流相关系数表征辐照数据与电流数据之间的关联程度；具体的，辐照电流相关系数越大表明辐照与电流关联程度越大，反之，辐照电流相关系数越小表明辐照与电流关联程度越小。
在一种可能的实现方式中，利用公式3计算辐照电流相关系数ρGI：
公式3中，Cov(G,I)为检测日各测量时刻对应的辐照数据G与电流数据I之间的协方差，为辐照数据的标准差，为电流数据的标准差。
S220，依据待检测光伏组件在检测日对应的辐照数据计算检测日的辐照变异系数。
其中，该辐照变异系数表征辐照变化的波动程度，具体的，辐照变异系数越大表明辐照变化波动程度越大；辐照变异系数越小表明辐照变化波动程度越小。
在一种可能的实现方式中，可以利用公式4计算辐照变异系数cv：
公式4中，为辐照数据的标准差，为辐照数据的平均值。
S230，依据辐照电流相关系数和辐照变异系数，判断天气状况是否稳定。
若辐照电流相关系数大于辐照电流相关系数阈值，且辐照变异系数小于辐照变异系数阈值，确定天气状况稳定，则执行S240。
若ρGI＞α且cv＜β，表明检测日的天气状况稳定；其中，α为辐照电流相关系数阈值，β为辐照变异系数阈值。
在一种可能的实现方式中，辐照电流相关系数阈值依据历史相似日的历史正常电流数据的平均值确定，具体如公式5所示：
辐照变异系数阈值依据历史相似日的历史正常辐照数据的平均值确定，具体如公式6所示：
公式5和公式6中，L＝1，2，……，Q，Q为历史日期中无电流偏态、无固定遮挡且无组件故障的日期数。
若ρGI≤α且cv≥β，表明检测日的天气状况不稳定，则结束当前流程，直接获取下一个检测日的辐照数据和电流数据。
S240，判断检测日的日均辐照强度是否大于辐照阈值；如果是，则执行S120；如果否，则执行S250。
日均辐照强度是检测日内各个时刻的辐照强度的平均值。辐照阈值依据历史日期中，天气状况为晴天的历史辐照强度的平均值确定。
如果检测日的日均辐照强度大于辐照阈值，则表明检测日的辐照强度高，需要先判断电流偏态和固定遮挡，最后再判断是否存在组件故障；如果检测日的日均辐照强度小于或等于辐照阈值，则表明检测日的辐照强度低，直接判断是否存在组件故障即可。
S250，依据待检测光伏组件在检测日对应的电流数据计算得到检测日的日平均电流。
该日平均电流是指检测日当日测得的全部电流数据的平均值。
S260，依据日平均电流和日平均电流阈值范围判断待检测光伏组件是否存在组件故障。
日平均电流阈值范围仍可以取其中，为历史相似日的平均电流的平均值，δ为历史相似日平均电流的标准差。
如果日平均电流超出日平均电流阈值范围，则确定待检测光伏组件存在组件故障；如果日平均电流在日平均电流阈值范围内，则确定待检测光伏组件无组件故障。
本实施例提供的光伏组件故障判定方法，能够依据检测日的辐照数据和电流数据的实际情况选择相应的判定流程。具体的，在天气状况稳定且辐照强度高时，先判断是否存在电流偏态和固定遮挡，最后判断是否存在组件故障。而在天气状况稳定但辐照强度低的情况下，直接判断是否存在组件故障，从而提高了故障判定效率和准确率。
相应于上述的光伏组件故障判定方法实施例，本发明还提供了光伏组件故障判定装置实施例。
请参见图4，示出了本发明实施例提供的一种光伏组件故障判定装置的结构示意图，该装置应用于光伏发电系统中，光伏发电系统中的核心部件即光伏组件，因此，能够检测光伏组件是否存在故障对光伏发电系统至关重要。
如图4所示，该装置可以包括数据获取模块110、无偏态电流数据获取模块120、无遮挡电流数据获取模块130和故障判断模块140。
数据获取模块110，用于获取待检测光伏组件在检测日的不同时刻对应的辐照数据和电流数据。
无偏态电流数据获取模块120，用于依据电流数据判断待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取待检测光伏组件在检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据。
在本发明一种可能的实现方式中，电流偏态根据电流数据的平均值和众数判断得到。其中，无偏态电流数据获取模块120具体用于：
获取待检测光伏组件在检测日对应的电流数据中的众数和平均数；
若平均数大于众数，则确定待检测光伏组件的电流存在电流右偏态；此种情况下，选取检测日内测量时刻早于所述众数对应时刻的电流数据作为无偏态电流数据。
若平均数小于众数，则确定待检测光伏组件的电流存在电流左偏态；此种情况下，选取检测日内测量时刻晚于所述众数对应时刻的电流数据作为无偏态电流数据。
若平均值等于众数，则确定待检测光伏组件的电流不存在电流偏态；此种情况下，选取检测日内测量时刻晚于所述众数对应时刻的电流数据作为无偏态电流数据。
无遮挡电流数据获取模块130，用于依据无偏态电流数据及与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断待检测光伏组件是否存在固定遮挡，并从无偏态电流数据中获取不存在固定遮挡的正常电流测量数据。
其中，历史相似日为辐照强度与检测日的辐照强度相同的历史日期，历史正常电流数据是指不存在电流偏态、不存在固定遮挡且无组件故障的光伏组件在历史相似日对应的电流数据。
在本发明一种可能的实现方式中，无遮挡电流数据获取模块130具体用于：
根据待检测光伏组件在检测日的第一测量时刻和第二测量时刻对应的无偏态电流数据，计算得到所述第二测量时刻对应的电流梯度绝对值，第一测量时刻是与所述第二测量时刻相邻的前一时刻。
确定出待检测光伏组件在检测日内电流梯度绝对值大于电流梯度阈值的目标测量时刻，电流梯度阈值依据历史正常电流数据的平均值确定。
获取待检测光伏组件在历史相似日的电流梯度绝对值大于电流梯度阈值的历史测量时刻。
若历史测量时刻与目标测量时刻是同一时刻，则确定待检测光伏组件在目标测量时刻存在固定遮挡。若存在固定遮挡，则从待检测光伏组件在所述检测日对应的无偏态电流数据中，剔除存在固定遮挡时刻所对应的电流数据，得到所述正常电流测量数据。
若历史测量时刻与目标测量时刻不是同一时刻，则确定待检测光伏组件在所述目标测量时刻不存在固定遮挡。如果不存在固定遮挡，则待检测光伏组件在检测日对应的无偏态电流数据即正常电流测量数据。
故障判断模块140，用于依据正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断待检测光伏组件是否存在组件故障。
获得待检测光伏组件在检测日对应的正常电流测量数据之后，计算日平均电流。并将日平均电流与日平均电流阈值范围进行比较，若日平均电流超出日平均电流阈值范围，则确定待检测光伏组件存在组件故障；若日平均电流在日平均电流阈值范围内，则确定待检测光伏组件无组件故障。其中，日平均电流阈值范围依据历史相似日对应的历史正常电流数据确定。
本实施例提供的光伏组件故障判定装置，利用待检测光伏组件在检测日对应的辐照数据和电流数据，以及历史相似日的相关数据准确区分电流偏态、固定遮挡和组件故障，从而使运维人员能够准确针对组件故障的类型进行维护，提高了维护效率。而且，该装置不需要增加测量设备因此不会增加系统设备成本。此外，能够收集该光伏发电系统中存在电流偏态和固定遮挡时的数据，为下一步进行数据分析提供依据。
请参见图5，示出了本发明实施例提供的另一种光伏组件故障判定装置的框图，该装置在图4所示实施例的基础上还包括：辐照电流相关系数获取模块210、辐照变异系数获取模块220、天气状况判断模块230和辐照强度判断模块240。
辐照电流相关系数获取模块210，用于依据辐照数据和电流数据计算得到辐照电流相关系数。
其中，辐照电流相关系数表征所述辐照数据与所述电流数据之间的关联程度。
辐照变异系数获取模块220，用于依据辐照数据计算检测日的辐照变异系数。
其中，辐照变异系数表征辐照变化的波动程度。
天气状况判断模块230，用于依据辐照电流相关系数和所述辐照变异系数，判断天气状况是否稳定。
若辐照电流相关系数大于辐照电流相关系数阈值，且辐照变异系数小于辐照变异系数阈值时，确定天气状况稳定。进一步触发辐照强度判断模块240执行相应的步骤。
若辐照电流相关系数小于或等于辐照电流相关系数阈值，且辐照变异系数大于辐照变异系数阈值时，确定天气状况不稳定。
辐照强度判断模块240，用于依据辐照数据判断检测日的日均辐照强度是否大于辐照阈值。
其中，辐照阈值依据历史平均辐照强度确定。
若检测日的天气状况稳定且日均辐照强度大于所述辐照阈值，则触发无偏态电流数据获取模块120执行依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据的步骤。
若检测日的天气状况稳定且日均辐照强度小于辐照阈值，则确定所述待检光伏组件在所述检测日对应的电流数据均为所述正常电流测量数据，并触发故障判断模块140执行判断待检测光伏组件是否存在组件故障的步骤。
本实施例提供的光伏组件故障判定装置，能够依据检测日的辐照数据和电流数据的实际情况选择相应的判定流程。在天气状况稳定且辐照强度高时，先判断是否存在电流偏态和固定遮挡，最后判断是否存在组件故障。而在天气状况稳定但辐照强度低的情况下，直接判断是否存在组件故障，从而提高了故障判定效率和准确率。
本发明还提供了一种控制器，应用于光伏发电系统中，请参见图6，示出了本发明实施例提供的一种控制器的框图，该控制器包括存储器310和处理器320，存储器310内存储有程序，处理器320执行存储器310内的程序实现上述的任意一个光伏组件故障判定方法实施例。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本申请各实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本申请各实施例中的装置及终端中的模块和子模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或子模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个子模块或模块可以结合或者可以集成到另一个模块，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的模块或子模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或子模块的部件可以是或者也可以不是物理模块或子模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块或子模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块或子模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或子模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块或子模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块或子模块集成在一个模块中。上述集成的模块或子模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块或子模块的形式实现。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域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。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光伏组件故障判定方法，其特征在于，包括：
获取待检测光伏组件在检测日的不同时刻对应的辐照数据和电流数据；
依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据；
依据所述无偏态电流数据及与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断所述待检测光伏组件是否存在固定遮挡，并从所述无偏态电流数据中获取不存在固定遮挡的正常电流测量数据，其中，所述历史相似日为辐照强度与所述检测日的辐照强度相同的历史日期，所述历史正常电流数据是指不存在电流偏态、不存在固定遮挡且无组件故障的光伏组件在所述历史相似日对应的电流数据；
依据所述正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障，所述日平均电流阈值范围依据所述历史相似日对应的所述历史正常电流数据确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，包括：
获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的电流数据中的众数和平均数；
若所述平均数大于所述众数，则确定所述待检测光伏组件的电流存在电流右偏态；
若所述平均数小于所述众数，则确定所述待检测光伏组件的电流存在电流左偏态；
若所述平均值等于所述众数，则确定所述待检测光伏组件的电流不存在电流偏态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据，包括：
若所述待检测光伏组件的电流存在电流右偏态，则选取所述检测日内测量时刻早于所述众数对应时刻的电流数据作为所述无偏态电流数据；
若所述待检测光伏组件的电流存在电流左偏态，则选取所述检测日内测量时刻晚于所述众数对应时刻的电流数据作为所述无偏态电流数据；
若所述待检测光伏组件的电流不存在电流偏态，则确定所述待检测光伏组件在所述检测日对应的全部电流数据为所述无偏态电流数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述无偏态电流数据及与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断所述待检测光伏组件是否存在固定遮挡，包括：
根据所述待检测光伏组件在所述检测日的第一测量时刻和第二测量时刻对应的无偏态电流数据，计算得到所述第二测量时刻对应的电流梯度绝对值，所述第一测量时刻是与所述第二测量时刻相邻的前一时刻；
确定出所述待检测光伏组件在所述检测日内电流梯度绝对值大于电流梯度阈值的目标测量时刻，所述电流梯度阈值依据所述历史正常电流数据的平均值确定；
获取所述待检测光伏组件在所述历史相似日的电流梯度绝对值大于所述电流梯度阈值的历史测量时刻；
若所述历史测量时刻与所述目标测量时刻是同一时刻，则确定所述待检测光伏组件在所述目标测量时刻存在固定遮挡；
若所述历史测量时刻与所述目标测量时刻不是同一时刻，则确定所述待检测光伏组件在所述目标测量时刻不存在固定遮挡。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述从所述待检测光伏组件在所述检测日的无偏态电流数据中获取不存在固定遮挡的正常电流测量数据，包括：
从所述待检测光伏组件在所述检测日对应的无偏态电流数据中，剔除存在固定遮挡时刻所对应的电流数据，得到所述正常电流测量数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取待检测光伏组件在检测日的不同时刻对应的辐照数据和电流数据之后，所述方法还包括：
依据所述辐照数据和所述电流数据计算得到辐照电流相关系数，所述辐照电流相关系数表征所述辐照数据与所述电流数据之间的关联程度；
依据所述辐照数据计算所述检测日的辐照变异系数，所述辐照变异系数表征辐照变化的波动程度；
依据所述辐照电流相关系数和所述辐照变异系数，判断天气状况是否稳定；
当所述辐照电流相关系数大于辐照电流相关系数阈值，且所述辐照变异系数小于辐照变异系数阈值时，确定所述天气状况稳定，并依据所述辐照数据判断所述检测日的日均辐照强度是否大于辐照阈值，所述辐照阈值依据历史平均辐照强度确定；
当所述检测日的天气状况稳定且所述日均辐照强度大于所述辐照阈值时，执行所述依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据的步骤；
当所述检测日的天气状况稳定且所述日均辐照强度小于所述辐照阈值时，确定所述待检光伏组件在所述检测日对应的电流数据均为所述正常电流测量数据，并执行判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障的步骤；
当所述辐照电流相关系数小于或等于所述辐照电流相关系数阈值，且所述辐照变异系数大于所述辐照变异系数阈值时，确定所述天气状况不稳定。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述依据所述正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障，包括：
依据所述正常电流测量数据计算所述待检测光伏组件在所述检测日的日平均电流；
若所述日平均电流超出所述日平均电流阈值范围，则确定所述待检测光伏组件存在组件故障；
若所述日平均电流在所述日平均电流阈值范围内，则确定所述待检测光伏组件无组件故障。
8.一种光伏组件故障判定装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取待检测光伏组件在检测日的不同时刻对应的辐照数据和电流数据；
无偏态电流数据获取模块，用于依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据；
无遮挡电流数据获取模块，用于依据所述无偏态电流数据及与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断所述待检测光伏组件是否存在固定遮挡，并从所述无偏态电流数据中获取不存在固定遮挡的正常电流测量数据，其中，所述历史相似日为辐照强度与所述检测日的辐照强度相同的历史日期，所述历史正常电流数据是指不存在电流偏态、不存在固定遮挡且无组件故障的光伏组件在所述历史相似日对应的电流数据；
故障判断模块，用于依据所述正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障，所述日平均电流阈值范围依据所述历史相似日对应的所述历史正常电流数据确定。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：
辐照电流相关系数获取模块，用于依据所述辐照数据和所述电流数据计算得到辐照电流相关系数，所述辐照电流相关系数表征所述辐照数据与所述电流数据之间的关联程度；
辐照变异系数获取模块，用于依据所述辐照数据计算所述检测日的辐照变异系数，所述辐照变异系数表征辐照变化的波动程度；
天气状况判断模块，用于依据所述辐照电流相关系数和所述辐照变异系数，判断天气状况是否稳定；当所述辐照电流相关系数大于辐照电流相关系数阈值，且所述辐照变异系数小于辐照变异系数阈值时，确定所述天气状况稳定，当所述辐照电流相关系数小于或等于所述辐照电流相关系数阈值，且所述辐照变异系数大于所述辐照变异系数阈值时，确定所述天气状况不稳定；
辐照强度判断模块，用于当确定所述天气状况稳定后，依据所述辐照数据判断所述检测日的日均辐照强度是否大于辐照阈值，所述辐照阈值依据历史平均辐照强度确定；当所述检测日的天气状况稳定且所述日均辐照强度大于所述辐照阈值时，触发所述无偏态电流数据获取模块执行所述依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据的步骤；当所述检测日的天气状况稳定且所述日均辐照强度小于所述辐照阈值时，确定所述待检光伏组件在所述检测日对应的电流数据均为所述正常电流测量数据，并触发所述故障判断模块执行判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障的步骤。
10.一种控制器，其特征在于，包括：存储器和处理器，其中，所述存储器内存储有程序，所述处理器执行所述存储器内的程序以实现以下步骤：
获取待检测光伏组件在检测日的不同时刻对应的辐照数据和电流数据；
依据所述电流数据判断所述待检测光伏组件是否存在电流偏态，并获取所述待检测光伏组件在所述检测日对应的不存在电流偏态的无偏态电流数据；
依据所述无偏态电流数据及与历史相似日对应的历史正常电流数据，判断所述待检测光伏组件是否存在固定遮挡，并从所述无偏态电流数据中获取不存在固定遮挡的正常电流测量数据，其中，所述历史相似日为辐照强度与所述检测日的辐照强度相同的历史日期，所述历史正常电流数据是指不存在电流偏态、不存在固定遮挡且无组件故障的光伏组件在所述历史相似日对应的电流数据；
依据所述正常电流测量数据与日平均电流阈值范围判断所述待检测光伏组件是否存在组件故障，所述日平均电流阈值范围依据所述历史相似日对应的所述历史正常电流数据确定。
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