CN111628722A - 一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，具体涉及清洁能源监测技术领域，S1：建立监控系统以及ECM分析模型；S2：监测电流和输出电压值；S3：收集电流和输出电压值进行分析比较；S4：相差大于±5%时，定位故障点并向人工发出警报提示。本发明通过设置监控系统以及ECM分析模型，监控系统对光伏发电设备中所应用到的电器元件进行故障监测，如光伏电池板的碎裂以及光伏阵列的老化损坏等，ECM分析模型监测光伏发电设备中电池短路、电池开路、组件短路以及组件开路等，有效地对光伏发电设备的电器元件以及电性传输节点进行故障监测诊断，实用性好。
Description
技术领域
本发明涉及清洁能源监测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法。
背景技术
进入21世纪以来，随着全球气候变暖，以及自然能源的不断消耗，世界面临着前所未有的能源危机与挑战，太阳能、风能等蕴藏量丰富的可再生新能源日益受到人们的重视，近几年国内太阳能光伏工业迅速发展，各光伏企业的光伏组件产量逐年增长，全国已建或在建的光伏电站数量也在迅速增加，随着能源危机日益临近，新能源已经成为今后世界上的主要能源之一，光伏发电作为一种新兴绿色能源产业，逐步得到了国家的重视与扶持；
现有的诊断方法存在以下不足：现有的诊断方法仅通过监测系统对光伏发电设备中的电器元件进行故障监测，当光伏发电设备中的故障点在电性传输线路上时，监测系统仅能监测到该故障点附件的电器元件，不能准确定位故障点，需要人工逐一进行排查，增加人工成本，实用性差。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，通过设置监控系统以及ECM分析模型，监控系统对光伏发电设备中所应用到的电器元件进行故障监测，如光伏电池板的碎裂以及光伏阵列的老化损坏等，ECM分析模型监测光伏发电设备中电池短路、电池开路、组件短路以及组件开路等，有效地对光伏发电设备的电器元件以及电性传输节点进行故障监测诊断，实用性好，以解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，包括以下步骤，
S1：根据光伏发电设备的电器连接结构以及电性连接结构，建立监控系统以及ECM分析模型；
S2：监控系统实时监测光伏发电设备中所有电器的电流和输出电压值，ECM分析模型对光伏发电设备的导线以及导电管的电流和输出电压值分析记录；
S3：远程计算机终端收集监控系统以及ECM分析模型所监测的电流和输出电压值，并与光伏发电设备的电流和输出电压标准值进行分析比较；
S4：监测的电流和输出电压值与标准的电流和输出电压值相差大于±5%时，定位故障点并向人工发出警报提示。
优选的，所述监控系统为根据光伏发电设备的太阳日照强度、光电阵列电压与电流、输出电压及电流和电站发电量建立的系统模型。
优选的，所述ECM分析模型通过检测传输线路中的断开位置，对光伏模块间完全检查或发生意外事件后的开路位置。
优选的，所述监控系统的监控单元以C8051F021单片机作为监控核心，所述C8051F021单片机通过DSP控制AD7656芯片以及MSP430单片机控制内部A/D采样，并与装载有MCGS组态软件的PC通信对电站各项参数的采集。
优选的，所述监控系统站内监控计算机采集所有单元信息，实现实时显示和人机交互，并与主站监控计算机通过Internet网实现数据通讯。
优选的，所述ECM分析模型通过计算故障点的对地电容（Cx）和整个线路的对地电容（CD）的比率来得到起始点到故障点位置的距离X，其计算公式：X=（Cx／CD）y
其中，y为总线路长度。
优选的，所述ECM分析模型监测两串电池板，其中一串正常，另一串有故障，故障点计算公式：n=（Cx／CD）M
其中，n为断开的模块数，Cx为有问题串模块的对地电容，CD为有正常串模块的对地电容，M为一串线路中模块的总数。
优选的，所述ECM分析模型监测一串电池板，通过检测正负极对地电容的方式来判断故障点，故障点计算公式：n=（Cx／（Cx+Cn））M
其中，Cx为串联电池板的正极对地电容；Cn为串联电池板的负极对地电容。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过设置监控系统以及ECM分析模型，监控系统对光伏发电设备中所应用到的电器元件进行故障监测，如光伏电池板的碎裂、光伏阵列的老化损坏以及光伏阵列热斑现象等，ECM分析模型监测光伏发电设备中光伏电池衰降、电池短路、电池开路、组件短路、组件开路、组件分层、热斑失效和旁路二极管失效等，有效地对光伏发电设备的电器元件以及电性传输节点进行故障监测诊断，实用性好。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1：
本发明提供了一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，包括以下步骤，
S1：根据光伏发电设备的电器连接结构以及电性连接结构，建立监控系统以及ECM分析模型；
S2：监控系统实时监测光伏发电设备中所有电器的电流和输出电压值，ECM分析模型对光伏发电设备的导线以及导电管的电流和输出电压值分析记录；
S3：远程计算机终端收集监控系统以及ECM分析模型所监测的电流和输出电压值，并与光伏发电设备的电流和输出电压标准值进行分析比较；
S4：监测的电流和输出电压值与标准的电流和输出电压值相差大于±5%时，定位故障点并向人工发出警报提示。
进一步的，在上述技术方案中，所述监控系统为根据光伏发电设备的太阳日照强度、光电阵列电压与电流、输出电压及电流和电站发电量建立的系统模型。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型通过检测传输线路中的断开位置，对光伏模块间完全检查或发生意外事件后的开路位置。
进一步的，在上述技术方案中，所述监控系统的监控单元以C8051F021单片机作为监控核心，所述C8051F021单片机通过DSP控制AD7656芯片以及MSP430单片机控制内部A/D采样，并与装载有MCGS组态软件的PC通信对电站各项参数的采集。
进一步的，在上述技术方案中，所述监控系统站内监控计算机采集所有单元信息，实现实时显示和人机交互，并与主站监控计算机通过Internet网实现数据通讯。监控系统以单片机C8051F021作为监控核心，该监控系统可对蓄电池进行有效的管理，大大延长了蓄电池的使用寿命，同时可以对光伏电站运行参数如单体电池电压、充放电电流、逆变输出电压和电流等进行实时检测，并将数据通过信道送往远程计算机终端，用来实现光伏电站运行状况的实时监控、各项参数的采集、显示和控制等功能，监控系统采用分布式监控结构，配置了各种类型的采集单元和监控单元，实现对光伏控制器和各种站内设备运行情况的实时监测，各单元可根据对应监控对象数目扩展，通用性强。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型通过计算故障点的对地电容（Cx）和整个线路的对地电容（CD）的比率来得到起始点到故障点位置的距离X，其计算公式：X=（Cx／CD）y
其中，y为总线路长度。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型监测两串电池板，其中一串正常，另一串有故障，故障点计算公式：n=（Cx／CD）M
其中，n为断开的模块数，Cx为有问题串模块的对地电容，CD为有正常串模块的对地电容，M为一串线路中模块的总数。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型监测一串电池板，通过检测正负极对地电容的方式来判断故障点，故障点计算公式：n=（Cx／（Cx+Cn））M
其中，Cx为串联电池板的正极对地电容；Cn为串联电池板的负极对地电容。
实施例2：
本发明提供了一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，包括以下步骤，
S1：根据光伏发电设备的电器连接结构以及电性连接结构，建立监控系统以及ECM分析模型；
S2：监控系统实时监测光伏发电设备中所有电器的电流和输出电压值，ECM分析模型对光伏发电设备的导线以及导电管的电流和输出电压值分析记录；
S3：远程计算机终端收集监控系统以及ECM分析模型所监测的电流和输出电压值，并与光伏发电设备的电流和输出电压标准值进行分析比较；
S4：监测的电流和输出电压值与标准的电流和输出电压值相差大于±5%时，定位故障点并向人工发出警报提示。
进一步的，在上述技术方案中，所述监控系统为根据光伏发电设备的太阳日照强度、光电阵列电压与电流、输出电压及电流和电站发电量建立的系统模型。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型通过检测传输线路中的断开位置，对光伏模块间完全检查或发生意外事件后的开路位置。
进一步的，在上述技术方案中，所述监控系统的监控单元以C8051F021单片机作为监控核心，所述C8051F021单片机通过DSP控制AD7656芯片以及MSP430单片机控制内部A/D采样，并与装载有MCGS组态软件的PC通信对电站各项参数的采集。
进一步的，在上述技术方案中，所述监控系统站内监控计算机采集所有单元信息，实现实时显示和人机交互，并与主站监控计算机通过Internet网实现数据通讯。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型通过计算故障点的对地电容（Cx）和整个线路的对地电容（CD）的比率来得到起始点到故障点位置的距离X，其计算公式：X=（Cx／CD）y
其中，y为总线路长度。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型监测两串电池板，其中一串正常，另一串有故障，故障点计算公式：n=（Cx／CD）M
其中，n为断开的模块数，Cx为有问题串模块的对地电容，CD为有正常串模块的对地电容，M为一串线路中模块的总数。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型监测一串电池板，通过检测正负极对地电容的方式来判断故障点，故障点计算公式：n=（Cx／（Cx+Cn））M
其中，Cx为串联电池板的正极对地电容；Cn为串联电池板的负极对地电容。ECM分析模型通过对光伏阵列中各个电池模块之间电流和电压输出值的监测，并根据使用需求可实现对单串电池板或多串电池板进行监测，适用范围广。
实施例3：
本发明提供了一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，包括以下步骤，
S1：根据光伏发电设备的电器连接结构以及电性连接结构，建立监控系统以及ECM分析模型；
S2：监控系统实时监测光伏发电设备中所有电器的电流和输出电压值，ECM分析模型对光伏发电设备的导线以及导电管的电流和输出电压值分析记录；
S3：远程计算机终端收集监控系统以及ECM分析模型所监测的电流和输出电压值，并与光伏发电设备的电流和输出电压标准值进行分析比较；
S4：监测的电流和输出电压值与标准的电流和输出电压值相差大于±5%时，定位故障点并向人工发出警报提示。
进一步的，在上述技术方案中，所述监控系统为根据光伏发电设备的太阳日照强度、光电阵列电压与电流、输出电压及电流和电站发电量建立的系统模型。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型通过检测传输线路中的断开位置，对光伏模块间完全检查或发生意外事件后的开路位置。
进一步的，在上述技术方案中，所述监控系统的监控单元以C8051F021单片机作为监控核心，所述C8051F021单片机通过DSP控制AD7656芯片以及MSP430单片机控制内部A/D采样，并与装载有MCGS组态软件的PC通信对电站各项参数的采集。
进一步的，在上述技术方案中，所述监控系统站内监控计算机采集所有单元信息，实现实时显示和人机交互，并与主站监控计算机通过Internet网实现数据通讯。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型通过计算故障点的对地电容（Cx）和整个线路的对地电容（CD）的比率来得到起始点到故障点位置的距离X，其计算公式：X=（Cx／CD）y
其中，y为总线路长度。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型监测两串电池板，其中一串正常，另一串有故障，故障点计算公式：n=（Cx／CD）M
其中，n为断开的模块数，Cx为有问题串模块的对地电容，CD为有正常串模块的对地电容，M为一串线路中模块的总数。
进一步的，在上述技术方案中，所述ECM分析模型监测一串电池板，通过检测正负极对地电容的方式来判断故障点，故障点计算公式：n=（Cx／（Cx+Cn））M
其中，Cx为串联电池板的正极对地电容；Cn为串联电池板的负极对地电容。该诊断方法通过设置监控系统以及ECM分析模型，监控系统对光伏发电设备中所应用到的电器元件进行故障监测，如光伏电池板的碎裂、光伏阵列的老化损坏以及光伏阵列热斑现象等，ECM分析模型监测光伏发电设备中光伏电池衰降、电池短路、电池开路、组件短路、组件开路、组件分层、热斑失效和旁路二极管失效等，有效地对光伏发电设备的电器元件以及电性传输节点进行故障监测诊断，实用性好。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：根据光伏发电设备的电器连接结构以及电性连接结构，建立监控系统以及ECM分析模型；
S2：监控系统实时监测光伏发电设备中所有电器的电流和输出电压值，ECM分析模型对光伏发电设备的导线以及导电管的电流和输出电压值分析记录；
S3：远程计算机终端收集监控系统以及ECM分析模型所监测的电流和输出电压值，并与光伏发电设备的电流和输出电压标准值进行分析比较；
S4：监测的电流和输出电压值与标准的电流和输出电压值相差大于±5%时，定位故障点并向人工发出警报提示。
2.根据权利要求1所述的一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，其特征在于：所述监控系统为根据光伏发电设备的太阳日照强度、光电阵列电压与电流、输出电压及电流和电站发电量建立的系统模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，其特征在于：所述ECM分析模型通过检测传输线路中的断开位置，对光伏模块间完全检查或发生意外事件后的开路位置。
4.根据权利要求2所述的一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，其特征在于：所述监控系统的监控单元以C8051F021单片机作为监控核心，所述C8051F021单片机通过DSP控制AD7656芯片以及MSP430单片机控制内部A/D采样，并与装载有MCGS组态软件的PC通信对电站各项参数的采集。
5.根据权利要求2所述的一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，其特征在于：所述监控系统站内监控计算机采集所有单元信息，实现实时显示和人机交互，并与主站监控计算机通过Internet网实现数据通讯。
6.根据权利要求3所述的一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，其特征在于：所述ECM分析模型通过计算故障点的对地电容（Cx）和整个线路的对地电容（CD）的比率来得到起始点到故障点位置的距离X，其计算公式：X=（Cx／CD）y
其中，y为总线路长度。
7.根据权利要求3所述的一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，其特征在于：所述ECM分析模型监测两串电池板，其中一串正常，另一串有故障，故障点计算公式：n=（Cx／CD）M
其中，n为断开的模块数，Cx为有问题串模块的对地电容，CD为有正常串模块的对地电容，M为一串线路中模块的总数。
8.根据权利要求3所述的一种基于监控系统的光伏发电设备故障诊断方法，其特征在于：所述ECM分析模型监测一串电池板，通过检测正负极对地电容的方式来判断故障点，故障点计算公式：n=（Cx／（Cx+Cn））M
其中，Cx为串联电池板的正极对地电容；Cn为串联电池板的负极对地电容。
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