CN110768628B - 一种光伏阵列故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光伏阵列故障检测方法，减少了所用电压传感器的数量,降低了故障检测系统的成本，保证了较高检测分辨度，并且通过数据采集系统和上位机，实现了对光伏阵列的实时在线检测,可以应用到大规模光伏阵列中,满足了实际应用中的多种需要。

Description

一种光伏阵列故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种光伏阵列故障检测方法，属于光伏阵列故障检测技术领域。
背景技术
目前,光伏阵列的故障检测方法主要有红外图像检测法、电信号检测法和基于传感器的故障检测方法。正常工作与非正常工作的太阳能电池板之间存在一定的温差,红外图像检测法利用被测物体的温度特性进行检测。电信号检测法,例如高频信号注入法原理是往光伏电池板中注入高频信号,然后检测它的反射信号,根据反射信号的不同变化来进行光伏阵列的故障检测和定位。基于传感器的故障检测方法以及对此作出的各种改进,在一定程度上实现在线的故障检测与定位。
但是，红外图像检测法存在检测精度不高,设备费用较大,实时性较差等缺点，并且基于电信号的检测方法也有自身的局限性,例如高频信号注入法进行光伏阵列的故障检测和定位,但此方法不具有实时性,并且对设备要求较高,检测的精度有限基于传感器的故障检测方法存在所用传感器较多、检测精度比较低、检测结构在大规模光伏阵列应用中难以推广等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现较高检测精度，能够对光伏阵列进行实时的在线检测，并能在大规模光伏阵列应用中推广的光伏阵列故障检测方法。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种光伏阵列故障检测方法，用于针对N*M的光伏阵列进行故障检测，包括如下步骤，其中，M表示光伏阵列中的串数，M为偶数，N表示光伏阵列各串中光伏电池板的个数；
步骤A.检测获得光伏阵列中各串上的电流值I1、…、IM，并进入步骤B；
步骤B.依据光伏阵列中各串的顺序，依次检测获得光伏阵列中第2l+1串与第2l+2串各节点之间的电压U1,2l+1、…、Un,2l+1、…、UN-1,2l+1，l为整数，且
Figure BDA0001745599190000011
然后进入步骤C；
步骤C.判断光伏阵列中各串上的电流值I1、…、IM是否彼此相同，是则表示光伏阵列工作正常，故障检测方法结束；否则进入步骤D；
步骤D.获得其中小于其余电流值的各个电流值Im，即各个故障电流Im，针对各个故障电流Im分别所对应的串，分别获得各串中的故障光伏电池板，实现光伏阵列故障检测。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤D中，分别针对各个故障电流Im所对应的串，执行如下步骤D1至步骤D3，实现各串中的故障光伏电池板的检测；
步骤D1.若m＝2l+1，则进入步骤D2；若m＝2l+2，则进入步骤D3；
步骤D2.针对光伏阵列中第m串，执行如下步骤D2-1至步骤D2-5，其中，1≤i≤M，且i≠m；
步骤D2-1.判断UN-1,m是否小于UN-1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为故障光伏电池板；
步骤D2-2.初始化k＝N-1；
步骤D2-3.判断|Uk-1,i-Uk-1,m|是否大于|Uk,i-Uk,m|，是则表示光伏阵列第m串中的第k个光伏电池板Ak,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第k个光伏电池板Ak,m为故障光伏电池板；
步骤D2-4.判断k是否等于2，是则进入步骤D2-5；否则针对k的值进行减1更新，并返回步骤D2-3；
步骤D2-5.判断U1,m是否小于U1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为正常光伏电池板，否则光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为故障光伏电池板；
步骤D3.针对光伏阵列中第m串，执行如下步骤D3-1至步骤D3-5，其中，1≤i≤M，且i≠m；
步骤D3-1.判断U1,m-1是否小于U1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为故障光伏电池板；
步骤D3-2.初始化v＝1；
步骤D3-3.判断|Uv+1,i-Uv+1,m-1|是否大于|Uv,i-Uv,m-1|，是则表示光伏阵列第m串中的第N-v个光伏电池板AN-v,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第N-v个光伏电池板AN-v,m为故障光伏电池板；
步骤D3-4.判断v是否等于N-2，是则进入步骤D3-5；否则针对v的值进行加1更新，并返回步骤D3-3；
步骤D3-5.判断UN-1,m-1是否小于UN-1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为正常光伏电池板，否则光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为故障光伏电池板。
本发明所述一种光伏阵列故障检测方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所设计一种光伏阵列故障检测方法，减少了所用电压传感器的数量,降低了故障检测系统的成本，保证了较高检测分辨度，并且通过数据采集系统和上位机，实现了对光伏阵列的实时在线检测,可以应用到大规模光伏阵列中,满足了实际应用中的多种需要。
附图说明
图1为通用光伏阵列的串并联结构的示意图；
图2为本发明提供的N*M光伏阵列检测结构的示意图；
图3为本发明提供的4*6光伏阵列检测结构的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
在实际光伏电站应用中,为了获得较大的输出电流和输出电压,需要将光伏电池板以一定的连接方式连接起来使用。常见的连接方式有串联方式、并联方式、串并联方式、全连接方式和桥式连接方式,应用中使用的绝大多数连接方式为串并联方式。为了克服现有一些检测方法的不足,对发生故障的电池板进行快速而准确的定位。如图1,本发明实施例中的电池板连接方式为串并联连接方式,这是基于向实际光伏电站推广的考虑。而在检测结构中所使用的电压传感器内阻可认为无穷大,所以对整个光伏阵列的影响可以忽略不计。
如图2所示，每串支路上连接一个电流传感器，其读数分别为I1，…，IM。相邻串之间在每个节点之间接入电压传感器，第一串和第二串之间的电压传感器读数分别为U1,1，U2,1，…，UN-1,1，第三串和第四串之间的电压传感器读数分别为U1,3，U2,3，…，UN-1,3，U(N-1)3，以此类推，第M-1串和第M串之间的电压传感器读数分别为U1,M-1，U2,M-1，…，UN-1,M-1。
正常情况下，每条支路的电流值应相同，支路上对应节点的电位也应该相同。当阵列中某个组件发生故障时，该组串的电流值会减小，该串相连的电压传感器的读数和其他正常串相连的电压传感器的读数相比会有偏差，通过比较偏差的大小，可以实现对该串故障组件的定位。
本发明设计了一种光伏阵列故障检测方法，用于针对N*M的光伏阵列进行故障检测，包括如下步骤，其中，M表示光伏阵列中的串数，M为偶数，N表示光伏阵列各串中光伏电池板的个数；
步骤A.检测获得光伏阵列中各串上的电流值I1、…、IM，并进入步骤B。
步骤B.依据光伏阵列中各串的顺序，依次检测获得光伏阵列中第2l+1串与第2l+2串各节点之间的电压U1,2l+1、…、Un,2l+1、…、UN-1,2l+1，l为整数，且
Figure BDA0001745599190000041
然后进入步骤C。
步骤C.判断光伏阵列中各串上的电流值I1、…、IM是否彼此相同，是则表示光伏阵列工作正常，故障检测方法结束；否则进入步骤D。
步骤D.获得其中小于其余电流值的各个电流值Im，即各个故障电流Im，针对各个故障电流Im分别所对应的串，分别获得各串中的故障光伏电池板，实现光伏阵列故障检测。
上述步骤D中，分别针对各个故障电流Im所对应的串，执行如下步骤D1至步骤D3，实现各串中的故障光伏电池板的检测。
步骤D1.若m＝2l+1，则进入步骤D2；若m＝2l+2，则进入步骤D3。
步骤D2.针对光伏阵列中第m串，执行如下步骤D2-1至步骤D2-5，其中，1≤i≤M，且i≠m。
步骤D2-1.判断UN-1,m是否小于UN-1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为故障光伏电池板。
步骤D2-2.初始化k＝N-1。
步骤D2-3.判断|Uk-1,i-Uk-1,m|是否大于|Uk,i-Uk,m|，是则表示光伏阵列第m串中的第k个光伏电池板Ak,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第k个光伏电池板Ak,m为故障光伏电池板。
步骤D2-4.判断k是否等于2，是则进入步骤D2-5；否则针对k的值进行减1更新，并返回步骤D2-3。
步骤D2-5.判断U1,m是否小于U1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为正常光伏电池板，否则光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为故障光伏电池板。
步骤D3.针对光伏阵列中第m串，执行如下步骤D3-1至步骤D3-5，其中，1≤i≤M，且i≠m。
步骤D3-1.判断U1,m-1是否小于U1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为故障光伏电池板。
步骤D3-2.初始化v＝1。
步骤D3-3.判断|Uv+1,i-Uv+1,m-1|是否大于|Uv,i-Uv,m-1|，是则表示光伏阵列第m串中的第N-v个光伏电池板AN-v,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第N-v个光伏电池板AN-v,m为故障光伏电池板。
步骤D3-4.判断v是否等于N-2，是则进入步骤D3-5；否则针对v的值进行加1更新，并返回步骤D3-3。
步骤D3-5.判断UN-1,m-1是否小于UN-1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为正常光伏电池板，否则光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为故障光伏电池板。
应用本发明所设计光伏阵列故障检测方法，如图3所示，分析一个6*4的光伏阵列检测结构。每串组件上连接一个电流传感器，其读数分别为I1、I2、I3、I4。相邻两串之间连入5个电压传感器，4条支路共需要10个电压传感器，其读数如图中标注所示。
比较电流传感器读数I1、I2、I3、I4的大小。若第m串发生故障，则Im＜Im'，其中0＜m'＜5且m≠m'，然后根据电压传感器的读数来判断第m串上故障组件的位置。这里假设第3串发生故障，判断过程如下：
比较U5,3和U5,1的大小，若U5,3<U5,1，则光伏电池板A5,3正常，否则光伏电池板A5,3故障；
若|U4,1-U4,3|>|U5,1-U5,3|，则光伏电池板A4,3正常，否则光伏电池板A4,3故障；
若|U3,1-U3,3|>|U4,1-U4,3|，则光伏电池板A3,3正常，否则光伏电池板A3,3故障；
若|U2,1-U2,3|>|U3,1-U3,3|，则光伏电池板A2,3正常，否则光伏电池板A2,3故障；
若|U1,1-U1,3|>|U2,1-U2,3|，则光伏电池板A1,3正常，否则光伏电池板A1,3故障；
最后若U1,3<U1,1，则光伏电池板A1,3正常，否则光伏电池板A1,3故障。
通过逐次比较电压差，可以依次判断该串每个组件是否故障，从而实现了该串组件的故障定位，其分辨度为1。
综上所述,本发明实施例提供了一种光伏阵列故障检测方法，在本发明实施例提供的电池板与电压传感器的结构基础上，减少了所用电压传感器的数量，降低了故障检测系统的成本，保证了较高检测分辨度，并且通过数据采集系统和上位机，针对光伏阵列实现了实时在线检测，可以应用到大规模光伏阵列中，满足了实际应用中的多种需要。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (1)

1.一种光伏阵列故障检测方法，用于针对N*M的光伏阵列进行故障检测，其特征在于，包括如下步骤，其中，M表示光伏阵列中的串数，M为偶数，N表示光伏阵列各串中光伏电池板的个数；
步骤A.检测获得光伏阵列中各串上的电流值I1、…、IM，并进入步骤B；
步骤B.依据光伏阵列中各串的顺序，依次检测获得光伏阵列中第2l+1串与第2l+2串各节点之间的电压U1,2l+1、…、Un,2l+1、…、UN-1,2l+1，l为整数，且
Figure FDA0003144028690000011
然后进入步骤C；
步骤C.判断光伏阵列中各串上的电流值I1、…、IM是否彼此相同，是则表示光伏阵列工作正常，故障检测方法结束；否则进入步骤D；
步骤D.获得其中小于其余电流值的各个电流值Im，即各个故障电流Im，针对各个故障电流Im分别所对应的串，分别获得各串中的故障光伏电池板，实现光伏阵列故障检测；
上述步骤D中，分别针对各个故障电流Im所对应的串，在相邻串之间的每个节点之间接入电压传感器，执行如下步骤D1至步骤D3，实现各串中的故障光伏电池板的检测；
步骤D1.若m＝2l+1，则进入步骤D2；若m＝2l+2，则进入步骤D3；
步骤D2.针对光伏阵列中第m串，执行如下步骤D2-1至步骤D2-5，其中，1≤i≤M，且i≠m；
步骤D2-1.判断UN-1,m是否小于UN-1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为故障光伏电池板；步骤D2-2.初始化k＝N-1；
步骤D2-3.判断|Uk-1,i-Uk-1,m|是否大于|Uk,i-Uk,m|，是则表示光伏阵列第m串中的第k个光伏电池板Ak,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第k个光伏电池板Ak,m为故障光伏电池板；
步骤D2-4.判断k是否等于2，是则进入步骤D2-5；否则针对k的值进行减1更新，并返回步骤D2-3；
步骤D2-5.判断U1,m是否小于U1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为正常光伏电池板，否则光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为故障光伏电池板；
步骤D3.针对光伏阵列中第m串，执行如下步骤D3-1至步骤D3-5，其中，1≤i≤M，且i≠m；
步骤D3-1.判断U1,m-1是否小于U1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第N个光伏电池板AN,m为故障光伏电池板；步骤D3-2.初始化v＝1；
步骤D3-3.判断|Uv+1,i-Uv+1,m-1|是否大于|Uv,i-Uv,m-1|，是则表示光伏阵列第m串中的第N-v个光伏电池板AN-v,m为正常光伏电池板，否则表示光伏阵列第m串中的第N-v个光伏电池板AN-v,m为故障光伏电池板；
步骤D3-4.判断v是否等于N-2，是则进入步骤D3-5；否则针对v的值进行加1更新，并返回步骤D3-3；
步骤D3-5.判断UN-1,m-1是否小于UN-1,i，是则表示光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为正常光伏电池板，否则光伏阵列第m串中的第1个光伏电池板A1,m为故障光伏电池板。
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