CN111010083A - 一种光伏电站故障综合预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏电站故障综合预警系统，该系统以光伏电站为对象，对光伏电站进行故障预警。首先对光伏电站的现场设备和环境参数进行采集，通过监控模块、数据传输及处理模块进行光伏电站健康度测算。根据历史故障信息模块及决定故障检测顺序模块，得到各个部件的故障率，并根据部件故障率的高低决定故障检测的顺序，最终实现故障预警。本发明可以多方面考虑了触发故障预警系统，在光伏电站综合健康度低于临界值时以及单个部件数据异常时都会进行故障预警，从而保障了光伏发电系统的安全运行，降低光伏电站的经济损失。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电站检测领域，尤其涉及一种光伏电站故障综合预警系统。
背景技术
随着光伏产业的不断发展，准确判断光伏电站的运行性能与状态成为保障光伏电站乃至电力系统安全运行的一个关键的因素。目前，在光伏电站运行评价方面，运行评价指标主要是光伏系统性能比，光伏系统性能比即为电站实际发电量/电站期望发电量，它的大小表征了光伏发电系统性能的优劣。这个指标主要评价的是光伏电站整体效率，包括小时效率，日效率，月效率和年效率。另外在文献“光伏发电系统的故障诊断与健康监测技术研究”提到的光伏电站健康度是描述整个系统能够保持安全可靠的工作的能力，在各个文献中都是有通过层次分析法或者主层次分析法进行光伏电站健康度的计算，这些方法的指标赋值具有很强的主观性。
在故障预警方面，现有的技术主要是根据光伏电站实际发电率和理论发电量进行比较，通过两者的比值所在区域来判断光伏阵列是否处于故障状态。
本发明计算健康度的方法采用熵权法，运用各个指标的当前数据或者历史数据来确定指标的权重，避免了人为因素的干扰和主观赋予权重的弊端；本发明多方面考虑了触发故障预警系统，在光伏电站综合健康度低于临界值时以及单个部件数据异常时都会进行故障预警，实现科学高效的故障预警。因此本发明同时可以具有测算光伏电站的综合健康度功能和故障预警功能，能更好地保障光伏发电系统乃至电力系统的安全运行，降低光伏电站的经济损失，提高电站运维效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种光伏电站故障综合预警系统，能更好地保障光伏发电系统乃至电力系统的安全运行，降低光伏电站的经济损失，提高电站运维效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种光伏电站故障综合预警系统，包括现场设备、环境参数采集装置、健康度测算单元及故障预警单元：
所述现场设备包括一个或多个变压器系统，所述变压器系统包括光伏组件、汇流箱、逆变器和变压器。
所述健康度测算单元包括数据采集模块、光伏数据传输模块、光伏电站指标设定模块、数据处理模块、光伏电站综合健康度测算模块。所述数据采集模块采集现场设备中的光伏组件、汇流箱和逆变器参数并接收环境参数采集装置采集的环境信息。
所述数据采集模块通过光伏数据传输模块将采集的数据传输到数据处理模块，所述数据处理模块根据光伏电站指标设定模块设定的指标进行无量纲化模糊处理，得到各个指标的健康度，将处理后的数据传输给光伏电站综合健康度测算模块进行综合健康度测算，并将低于阈值的综合健康度传输到故障预警单元。
所述故障预警单元包括光伏电站历史故障信息模块、决定故障检测顺序模块和故障预警模块，所述光伏电站历史故障信息模块将光伏电站的历史故障信息传递给决定故障检测顺序模块，所述故障预警模块根据光伏电站综合健康度测算模块测算的健康度进行预警，并根据故障检测顺序模块传输的历史故障信息确定的检测顺序进行故障排查。
进一步地，所述健康度测算单元中的数据处理模块还与故障预警单元中的故障预警模块连接，当所述数据处理模块中得到的单个指标的健康度值为0时，传递到故障预警模块进行预警。
进一步地，所述数据处理模块的无量纲化模糊处理过程具体为：使每个指标的健康度值均在0-100的区间内，首先将指标参量与期望的偏差值作为判断基础，进行模糊综合评价。定义特征参数偏差xij的公式为：
其中：Pij是第i个指标第j个时刻的实测值，Pije是第i个指标第j个时刻的期望标准值，期望标准值随环境因素而变化。
所述无量纲化处理采用线性归一化函数，则xij的对应健康度值公式为：
所述xij表示的是特征参数偏差，是越小越优型指标，即通过线性归一化函数后，函数值rij越大，指标越优。其中rij表示第i个指标第j个时刻的健康度值，xl和xh分别为指标偏差值的上下限，根据指标参量性质进行调整。
进一步地，所述光伏电站综合健康度测算模块根据所得到的各个指标的健康度值，利用熵权法计算指标权重，将每个指标的健康度加权得到光伏电站综合健康度M，即：
其中，n表示指标个数，wi表示根据商权法得到得第i个指标的权重，ri表示当前指标i的健康度值。
进一步地，所述决定故障检测顺序模块根据历史故障信息模块所得到的各个设备故障率的高低决定故障检测的顺序。
与现有技术相比，本发明将光伏电站健康度测算和故障预警系统动态关联起来，故障预警系统根据光伏电站综合健康度测算模块对光伏发电系统运行状况进行准确评估，来判断是否需要进行电站的故障排查，进而保障光伏发电系统乃至电力系统的安全运行。另外本发明设计了多个方面进行故障预警，在光伏电站综合健康度低于阈值时以及单个指标健康度为0时都会进行故障预警，从而保障了光伏发电系统的安全运行，降低光伏电站的经济损失。最后本发明提出的故障预警系统可以根据当前数据或者历史数据来客观的得到排查故障的顺序，能更加快速、有效地定位到故障部件，从而降低光伏电站的经济损失，提高电站运维效率。
附图说明
图1为本发明系统整体结构示意图；
图2为一种实施例提供的光伏电站健康度测算及故障预警系统结构示意图；
图3为一种实施例提供的光伏电站健康度测算和故障预警系统动态关联关系示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
参见图1为本发明系统整体结构示意图，一种光伏电站故障综合预警系统，包括现场设备10、环境参数采集装置20、健康度测算单元30及故障预警单元40。
参见图2，所述现场设备10包括一个或多个变压器系统，所述变压器系统包括光伏组件101、汇流箱102、逆变器103和变压器104。本实施例包括一个变压器系统，变压器连接两个逆变器，每个逆变器连接三个汇流箱，每个汇流箱连接一个光伏组串，一个光伏组件包含了三个光伏组串。
所述现场设备10和环境参数采集装置20均连接于光伏电站综合健康度测算单元30的数据采集模块301。所述数据采集模块采集现场设备中的光伏组件101、汇流箱102、逆变器103参数以及环境参数采集装置20采集的环境信息。现场设备采集的数据有光伏组件的温度和单个光伏板最大出力，汇流箱的温度，逆变器的温度和直流侧电压，以逆变器为单位的阵列平均发电功率，并网总功率、并网电压和并网频率。环境参数采集装置采集的环境数据有平面光照、温度、风速等。
所述光伏电站综合健康度测算单元包括数据采集模块301、光伏数据传输模块302、光伏电站指标设定模块303、数据处理模块304、光伏电站综合健康度测算模块305。
所述的光伏电站故障预警单元包括光伏电站历史故障信息模块401、决定故障检测顺序模块402和故障预警模块403。
所述光伏电站健康度测算系统30首先将现场设备参数及环境参数这些实时监控数据输到串口服务器内实现数据采集301，这些数据经过串口服务器转换成网络数据，这些网络数据经过以太网接口传输到云服务器实现数据传输302，这些数据在数据处理模块304采用无量纲化模糊处理模型进行数据处理，结合光伏电站指标设定模块303得到各个指标参数的健康度。最后这些指标参数健康度传输到光伏电站综合健康度测算模块305中得到光伏电站综合健康度。
所述数据处理模块采用的无量纲化模糊处理模型，使每个指标的健康值落在0-100的区间内，首先将指标参量与期望的偏差值作为判断基础，进行模糊综合评价。定义特征参数偏差公式为：
其中：Pij是第i个指标第j个时刻的的实测值，Pije是第i个指标第j个时刻的期望标准值，该值对应环境因素变化。
所述无量纲化处理采用线性归一化函数，则xij的对应健康度评分公式为：
所述xij表示的是特征参数偏差，是越小越优型指标，即通过线性隶属函数后，函数值越大，指标的健康越优。其中rij表示第i个指标第j个时刻的健康度值，xl和xh分别为测算指标的上下限，根据参量性质进行调整。
所述光伏电站综合健康度测算模块根据所得到的各个指标的健康度值，利用熵权法计算指标权重，将每个指标的健康度加权得到光伏电站综合健康度M，即：
其中，n表示共有指标个数，wi表示根据熵权法得到得第i个指标的权重，ri表示当前指标i的健康度值。
所述光伏电站故障预警系统根据历史故障信息模块401及决定故障检测顺序模块402，得到各个部件的故障率，并根据部件故障率的高低决定故障检测的顺序，最终实现故障预警403，给出故障检测顺序建议，更有效地定位到故障部件，从而降低光伏电站的经济损失，提高电站运维效率。
参见图3，一种实施例提供的光伏电站健康度测算和故障预警系统动态关联得关系，包括数据处理模块304和光伏电站综合健康度测算模块305均连接于光伏电站故障预警单元的故障预警模块。当光伏电站健康度测算低于阈值以及在所述数据处理模块中得到的单个指标的健康度值为0时都会进行故障预警模块。
所述光伏电站综合健康度的阈值可以根据光伏电站的需求进行选取。
本发明的工作原理为在数据采集模块采集现场设备参数及环境参数，光伏数据传输模块将采集的数据传输到数据处理模块。数据处理模块根据光伏电站指标设定模块设定的指标进行无量纲化模糊处理，得到各个指标的健康度，将处理后的数据传输给光伏电站综合健康度测算模块进行综合健康度测算，并将低于阈值的健康度传输到故障预警单元。故障预警模块根据数据处理模块得到的单个指标的健康度以及光伏电站综合健康度测算模块测算得到健康度进行预警，并根据故障检测顺序模块传输的历史故障信息确定的检测顺序进行故障排查。
下面举一具体实例，本实例本发明实施例通过光伏系统仿真平台得出运行数据，在20％的阴影遮蔽情况下对光伏电站进行仿真。本实施例选取电站正常工作状态的数据作为期望标准值，本实施例选取光伏电站阈值为60，对光伏电站进行故障预警分析。
本实施例的光伏电站指标设定模块设定的指标有以逆变器为单位的阵列平均发电功率，并网总功率、并网电压和并网频率。参见图2，有两个以逆变器为单位的阵列，分别用阵列a和阵列b表示。通过仿真，得到阵列a和阵列b的输出功率分别为370W和270W，其期待平均功率是500W。并网侧功率为0.58kW，并网侧功率期望值1.00kW。并网电压波动为0V，并网电压期望值是0V。并网频率为50.0Hz，期望频率为50.0Hz。
实测值输入数据处理模块，带入特征参数偏差公式为：
计算出光伏电站5个指标的偏差分别为0.23，0.46，0.42，0，0。
将每一个偏差值带入线性归一化函数：
所述公式设置的光伏阵列发电功率的区域设定为[2％，100％]，并网功率的区域设定为[2％，100％]，并网电压波动的区域设定为[10％，30％]，并网频率的区域设为[1％，4％]。
计算出，光伏电站5个指标的健康度分别为78.57，55.10，59.18，100，100。
在光伏电站综合健康度测算模块中利用每个指标的历史健康度和熵权法计算得到5个指标的权重分别为0.2443，0.2890，0.1671，0.2141，0.0855。带入加权公式：
得到光伏电站的综合健康度为57.87。低于本实施例选取的光伏电站阈值，因此光伏电站综合健康度测算模块将电站健康度传输到故障预警模块进行故障预警。
在故障预警单元中的历史故障信息模块获取该电站各个设备的历史故障率为光伏组件的故障率为13.3％，汇流箱的故障率为15.5％，逆变器的故障率为44.1％，电缆线路的故障路为21.7％，变压器的故障率为6.4％。
根据历史故障信息模块，决定故障检测顺序模块给出的故障检测顺序为逆变器，电缆线路，汇流箱，光伏组件，变压器。决定故障检测顺序模块将得出的设备检测顺序传输给故障预警模块进行预警及排查。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (5)
1.一种光伏电站故障综合预警系统，其特征在于，包括现场设备、环境参数采集装置、健康度测算单元及故障预警单元。
所述现场设备包括一个或多个变压器系统，所述变压器系统包括光伏组件、汇流箱、逆变器和变压器等。
所述健康度测算单元包括数据采集模块、光伏数据传输模块、光伏电站指标设定模块、数据处理模块、光伏电站综合健康度测算模块。所述数据采集模块采集现场设备中的光伏组件、汇流箱和逆变器参数并接收环境参数采集装置采集的环境信息。
所述数据采集模块通过光伏数据传输模块将采集的数据传输到数据处理模块，所述数据处理模块根据光伏电站指标设定模块设定的指标进行无量纲化模糊处理，得到各个指标的健康度，将处理后的数据传输给光伏电站综合健康度测算模块进行综合健康度测算，并将低于阈值的综合健康度传输到故障预警单元。
所述故障预警单元包括光伏电站历史故障信息模块、决定故障检测顺序模块和故障预警模块，所述光伏电站历史故障信息模块将光伏电站的历史故障信息传递给决定故障检测顺序模块，所述故障预警模块根据光伏电站综合健康度测算模块测算的健康度进行预警，并根据故障检测顺序模块传输的历史故障信息确定的检测顺序进行故障排查。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电站故障综合预警系统，其特征在于，所述健康度测算单元中的数据处理模块还与故障预警单元中的故障预警模块连接，当所述数据处理模块中得到的单个指标的健康度值为0时，传递到故障预警模块进行预警。
3.根据权利要求1所述的一种光伏电站故障综合预警系统，其特征在于，所述数据处理模块的无量纲化模糊处理过程具体为：使每个指标的健康度值均在0-100的区间内，首先将指标参量与期望的偏差值作为判断基础，进行模糊综合评价。定义特征参数偏差xij的公式为：
其中：Pij是第i个指标第j个时刻的实测值，Pije是第i个指标第j个时刻的期望标准值，期望标准值随环境因素而变化。
所述无量纲化处理采用线性归一化函数，则xij的对应健康度值公式为：
所述xij表示的是特征参数偏差，是越小越优型指标，即通过线性归一化函数后，函数值rij越大，指标越优。其中rij表示第i个指标第j个时刻的健康度值，xl和xh分别为指标偏差值的上下限，根据指标参量性质进行调整。
4.根据权利要求1所述的一种光伏电站故障综合预警系统，其特征在于，所述光伏电站综合健康度测算模块根据所得到的各个指标的健康度值，利用熵权法计算指标权重，将每个指标的健康度加权得到光伏电站综合健康度M，即：
其中，n表示指标个数，wi表示根据商权法得到得第i个指标的权重，ri表示当前指标i的健康度值。
5.根据权利要求1所述的一种光伏电站故障综合预警系统，其特征在于，所述决定故障检测顺序模块根据历史故障信息模块所得到的各个设备故障率的高低决定故障检测的顺序。
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