CN112737503B - 一种光伏电站监控系统、方法及存储介质 - Google Patents

一种光伏电站监控系统、方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

发明公开了一种光伏电站监控系统、方法及存储介质，包括均与运算控制器连接的若干MPPT接口监测单元、声光报警器和监控终端；其中MPPT接口监测单元包括电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器；MPPT接口监测单元将电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器的监测数据预处理后实时发送至运算控制器，运算控制器经预设算法运算和控制策略分析后，将运算分析结果发送至声光报警器，发出预警，同时发送至监控终端，为管理员进一步操作提供实时监测数据和预警信息。与现有技术相比，本发明既可实时监测光伏电站工作状态，又可对光伏组串和组件的异常或故障隐患识别，及时发现故障、排除故障，使光伏电站良好有序的工作在最佳状态。

Description

一种光伏电站监控系统、方法及存储介质
技术领域
本发明属于智能控制技术领域，特别涉及一种光伏电站监控系统、方法及存储介质。
背景技术
随着科技日新月异的发展，光伏发电技术在国内外均得到了广泛的应用，其应用形式多种多样，应用场所分布广泛，主要用于大型地面光伏电站、住宅和商用建筑物的屋顶、建筑光伏建筑一体化、光伏路灯等。在实际应用中，太阳能电池一般是由多块电池组件串联或并联起来，以获得所期望的电压或电流的。为了达到较高的光电转换效率，电池组件中的每一块电池片都须具有相似的特性。在使用过程中，可能出现一个或一组电池不匹配，如：性能衰减，热斑效应，PID效应，局部遮挡等不良情况，导致其特性与整体不匹配或不谐调，影响光伏电站发电效率，甚至损坏光伏组件。
因此，如何针对这些问题，在现有光伏电站功能基础上，既可以实时监测光伏电站工作状态，又可对光伏组串和组件的异常或故障隐患识别，及时发现故障、排除故障，使光伏电站良好有序的工作在最佳状态，已成为现在急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种光伏电站监控系统，包括均与运算控制器连接的若干MPPT接口监测单元、声光报警器和监控终端；其中MPPT接口监测单元包括电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器；
所述电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器，分别监测MPPT接口中所接入光伏组串的电压、电流，光伏组串的实时温度和实时日照辐射值，且分别布设于系统内易于准确测量的位置；MPPT接口监测单元用于将电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器的监测数据预处理后实时发送至运算控制器，运算控制器经预设算法运算和控制策略分析后，将运算分析结果发送至声光报警器，发出预警，同时发送至监控终端，为管理员提供实时监测数据和预警信息，管理员再根据这些信息进一步操作。
进一步的，所述MPPT接口监测单元中的温度传感器和日照辐射传感器均设置至少一个，或设置多个取平均值。
进一步的，所述监控终端的形式多样，包括采用现场总线的现场监控终端、利用互联网通讯技术的远程监控终端，监控终端的硬件设备采用定制设备，或安装专用APP的手机。
进一步的，所述光伏电站监控系统还包括与运算控制器连接的光伏逆变器，使管理员可以通过监控终端进一步操作控制光伏逆变器的工作状态。
进一步的，所述管理员的进一步操作控制，包括查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断。
进一步的，所述电压电流监测模块，采用单独设置监测模块进行实时采样，或直接采用光伏逆变器中各路MPPT接口的电压电流监测数据。
进一步的，系统的控制方法，即所述运算控制器预设算法和控制策略，根据各光伏组串的电压、电流、温度、日照辐射强度，再结合MPPT接口所接组件之间的串并联关系，进行运算分析，具体的控制模式如下：
(1)异常预警模式
各光伏组串之间工作状态同步率算法如下：
Figure BDA0002879589440000031
其中，
Figure BDA0002879589440000032
是各光伏组串之间工作状态同步率；
a是每一光伏组串中串联的光伏组件数量；
b是光伏逆变器中每一路MPPT接口接入的光伏组串数量；
n是系统使用光伏逆变器中MPPT接口的总数量；
U0是光伏组件开路电压，由厂家的产品规格信息中获取，或实测后获得；
I0是光伏组件短路电流，由厂家的产品规格信息中获取，或实测后获得；
Ui是第i路MPPT接口的电压实时监测值；
Ii是第i路MPPT接口的电流实时监测值；
kT1是光伏组件开路电压的温度系数，由厂家提供数据，或实测后获得；
kT2是光伏组件短路电流的温度系数，由厂家提供数据，或实测后获得；
Ti是系统实时监测的接入第i路MPPT接口的光伏组串的温度；
T0是光伏组件TSC标准温度值；
说明：MPPT接口为光伏逆变器中采用最大功率点跟踪控制的光伏组串接入口；TSC标准温度值，即为光伏组件在标准测试环境下的标准温度；TSC标准日照辐射强度值，即为光伏组件在标准测试环境下的标准日照辐射强度值；每一个光伏组串由同样数量的光伏组件串联而成，每一路MPPT接口接入同样数量的光伏组串；
控制策略：当
Figure BDA0002879589440000033
时，则光伏组串间存在异常组串或故障组串，包括性能衰减，热斑效应，PID效应，局部遮挡等不良现象；
(2)异常/故障情况识别控制模式
Figure BDA0002879589440000041
Figure BDA0002879589440000042
其中，
Figure BDA0002879589440000043
是第i路MPPT接口的异常/故障电压变化指标；
Figure BDA0002879589440000044
是第i路MPPT接口的异常/故障电流变化指标；
Ui1是t1时刻，第i路MPPT接口的正常工作电压；
Ui2是t2时刻，第i路MPPT接口的异常/故障工作电压；
Ti1是Ui1或Ii1监测值所对应的接入第i路MPPT接口的光伏组串系统实时监测温度；
Ti2是Ui2或Ii2监测值所对应的接入第i路MPPT接口的光伏组串系统实时监测温度；
Ii1是t1时刻，第i路MPPT接口的正常工作电流；
Ii2是t2时刻，第i路MPPT接口的异常/故障工作电流；
Ui0是第i路MPPT接口中所接入光伏组串的总开路电压；
Ii0是第i路MPPT接口中所接入光伏组串的总短路电流；
Qi2是t2时刻的日照辐射强度；
Q0是光伏组件TSC标准日照辐射强度值；
μ1是异常/故障电压变化指标中日照辐射强度变化率的调整系数；
μ2是异常/故障电流变化指标中日照辐射强度变化率的调整系数；
γ1是异常/故障电压变化指标的补偿量；
γ2是异常/故障电压变化指标的补偿量；
说明：时间上，t1时刻在前，t2时刻在后，且t1时刻为正常工作状态时的时刻，各种温度下，各路MPPT接口的正常工作电压，可在系统初次配置时设定，也可根据系统长期监测数据进行运算后得出；算法中的参数均为系统配置完成后的工作状态下的取值；γ1与γ2与未计入的其他损耗有关。
识别条件及控制策略：
(1)当
Figure BDA0002879589440000051
且
Figure BDA0002879589440000052
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：热斑效应或局部遮挡；
(2)当
Figure BDA0002879589440000053
且
Figure BDA0002879589440000054
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：PID效应；
(3)当
Figure BDA0002879589440000055
且
Figure BDA0002879589440000056
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：性能衰减；
其中，θU1和θI1分别为热斑效应或局部遮挡异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；θU2和θI2分别为PID效应异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；θU3和θI3分别为性能衰减异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；
另一方面，本发明还提供了一种光伏电站监控方法，所述方法适用上述任一种光伏电站监控系统中，所述方法包括：
电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器，分别监测MPPT接口中所接入光伏组串的电压、电流，光伏组串的实时温度和实时日照辐射值，并实时传输回各自MPPT接口监测单元，MPPT接口监测单元将监测数据预处理后实时发送至运算控制器；
当运算控制器经预设算法运算和控制策略分析后，若未发现满足“异常预警模式”条件，系统继续监测数据并实时传输至监控终端；若发现满足“异常预警模式”条件，则系统发出第一级预警信息至声光报警器和监控终端；然后系统进入“异常/故障情况识别控制模式”，经运算分析后，若满足识别条件，则系统发出第二级预警信息：故障分析结果，并发送至声光报警器和监控终端，若未满足识别条件，系统继续监测数据并实时传输至监控终端；
监控终端接收的信息为管理员提供实时监测数据和预警信息，管理员再根据这些信息进一步操作控制系统内的光伏逆变器，包括查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断。
进一步的，所述运算控制器根据各光伏组串的电压、电流、温度、日照辐射强度，再结合MPPT接口所接组件之间的串并联关系，进行运算分析，具体的运算分析方式如下：
(1)异常预警模式
各光伏组串之间工作状态同步率算法如下：
Figure BDA0002879589440000061
其中，
Figure BDA0002879589440000062
是各光伏组串之间工作状态同步率；
a是每一光伏组串中串联的光伏组件数量；
b是光伏逆变器中每一路MPPT接口接入的光伏组串数量；
n是系统使用光伏逆变器中MPPT接口的总数量；
U0是光伏组件开路电压，由厂家的产品规格信息中获取，或实测后获得；
I0是光伏组件短路电流，由厂家的产品规格信息中获取，或实测后获得；
Ui是第i路MPPT接口的电压实时监测值；
Ii是第i路MPPT接口的电流实时监测值；
kT1是光伏组件开路电压的温度系数，由厂家提供数据，或实测后获得；
kT2是光伏组件短路电流的温度系数，由厂家提供数据，或实测后获得；
Ti是系统实时监测的接入第i路MPPT接口的光伏组串的温度；
T0是光伏组件TSC标准温度值；
控制策略：当
Figure BDA0002879589440000071
时，则光伏组串间存在异常组串或故障组串，包括性能衰减，热斑效应，PID效应，局部遮挡等不良现象；
(2)异常/故障情况识别控制模式
Figure BDA0002879589440000072
Figure BDA0002879589440000073
其中，
Figure BDA0002879589440000074
是第i路MPPT接口的异常/故障电压变化指标；
Figure BDA0002879589440000075
是第i路MPPT接口的异常/故障电流变化指标；
Ui1是t1时刻，第i路MPPT接口的正常工作电压；
Ui2是t2时刻，第i路MPPT接口的异常/故障工作电压；
Ti1是Ui1或Ii1监测值所对应的接入第i路MPPT接口的光伏组串系统实时监测温度；
Ti2是Ui2或Ii2监测值所对应的接入第i路MPPT接口的光伏组串系统实时监测温度；
Ii1是t1时刻，第i路MPPT接口的正常工作电流；
Ii2是t2时刻，第i路MPPT接口的异常/故障工作电流；
Ui0是第i路MPPT接口中所接入光伏组串的总开路电压；
Ii0是第i路MPPT接口中所接入光伏组串的总短路电流；
Qi2是t2时刻的日照辐射强度；
Q0是光伏组件TSC标准日照辐射强度值；
μ1是异常/故障电压变化指标中日照辐射强度变化率的调整系数；
μ2是异常/故障电流变化指标中日照辐射强度变化率的调整系数；
γ1是异常/故障电压变化指标的补偿量；
γ2是异常/故障电压变化指标的补偿量；
识别条件及控制策略：
(1)当
Figure BDA0002879589440000081
且
Figure BDA0002879589440000082
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：热斑效应或局部遮挡；
(2)当
Figure BDA0002879589440000083
且
Figure BDA0002879589440000084
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：PID效应；
(3)当
Figure BDA0002879589440000085
且
Figure BDA0002879589440000086
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：性能衰减；
其中，θU1和θI1分别为热斑效应或局部遮挡异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；θU2和θI2分别为PID效应异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；θU3和θI3分别为性能衰减异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值。
另外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的光伏电站监控方法，步骤如下：
(1)开启系统，系统内各部分上电检查，开机检测通过后，进入系统的控制程序；
(2)系统进入实时监测状态，电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器，分别监测MPPT接口中所接入光伏组串的电压、电流，光伏组串的实时温度和实时日照辐射值，并实时传输回各自MPPT接口监测单元，MPPT接口监测单元将监测数据预处理后实时发送至运算控制器；
(3)当运算控制器经预设算法运算和控制策略分析后，若未发现满足“异常预警模式”条件，系统继续监测数据并实时传输至监控终端；
(4)若发现满足“异常预警模式”条件，则系统发出第一级预警信息至声光报警器和监控终端；然后系统进入“异常/故障情况识别控制模式”，经运算分析后，若满足识别条件，则系统发出第二级预警信息：故障分析结果，并发送至声光报警器和监控终端，若未满足识别条件，系统继续监测数据并实时传输至监控终端；
(5)监控终端接收的信息为管理员提供实时监测数据和预警信息，管理员再根据这些信息进一步操作控制系统内的光伏逆变器，包括查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断。
系统工作原理及模式控制策略，如上述光伏电站监控方法描述一致，此处在赘述。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
(1)本发明从整体上对光伏电站中各光伏组串和组件之间的匹配度和协调性进行状态监测，运用实时监测和智能识别控制方法，实时监测MPPT接口端的电压、电流，光伏组串温度、实时日照辐射强度等与光伏组件相关的参数，通过智能异常预警模式和异常/故障情况识别控制模式动态监控光伏电站的运行状态，既可以实时监测光伏电站的工作状态，又可以及时发现异常/故障隐患并预警，使光伏电站的运营安全、监控智能程度、预警级别均较以往有较大的提升；
(2)本发明的监控系统，在达到逆变器中设定的断路器或熔断器操作阈值之前，即可监测到异常或故障隐患，既可保护光伏组件，又可监测光伏电站工作状态；
(3)本发明不仅可以对异常/故障现象即使发现并预警，还可进一步监测识别出故障类型和数量；异常/故障部位定位精准，发现及时，极大提升了光伏电站的运行安全性，大大优于传统光伏电站；
(4)本发明的监控模式和算法，检测的是个光伏组串、组件之间的匹配度和协调性，故还可在光伏电站安装适配初期，作为阴影遮挡、朝向不一、组件隐裂、组件清洁度不一致等各种原因导致的串联、并联失配问题的参考检测；
(5)本发明设置的监控终端的形式多样，包括采用现场总线的现场监控终端、利用互联网通讯技术的远程监控终端，监控终端的硬件设备采用定制设备，或安装专用APP的手机，这样设置的优点在于，无论管理员或工作人员是否在现场，均能做到实时监控，及时处理；
(6)本发明将光伏逆变器加入监控系统的控制范围内，再结合监控终端的功能，使管理员可以监控终端进行远程操作控制光伏逆变器的工作状态，比如：查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断等，自动或者手动操作均可实现，且突破时间和地点的限制，极大提升光伏电站的智能化水平；
(7)电压电流监测模块，直接采用光伏逆变器中各路MPPT接口的电压电流监测数据，可进一步降低成本，简化系统结构，方便安装，提高施工效率；
(8)本发明监控系统的控制方法，即所述运算控制器预设算法和控制策略，不仅考虑了各光伏组串的电压、电流、温度、日照辐射强度等相关参数，还结合了MPPT接口所接组件之间的串并联关系，方法科学，运算分析准确性高，模式设置合理，系统智能监测，动态响应速度快，实时性高，控制及时，将光伏电站在监控方面的智能化水平提升至更高的水平；
(9)由于对光伏电站的各项参数进行实时动态监测，故可以将监测数据收集并经处理后存入数据库中，保存历史数据的同时，还可通过数据挖掘进行光伏电站光伏组件状态的趋势分析，对光伏电站工作状态的全寿命监控和规律研究提供有力的数据支撑；
(10)本发明可采用主站与从站的的优化结构，还可结合简化方案进一步节省成本，简化系统，在满足完整功能的基础上，使系统在结构上更优化更实用，在成本上更节省，性能上也明显提高。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的光伏组串结构示意图；
图3为本发明的控制流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的图，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付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
结合图1所示，在一个具体的实施例中，本发明的方法可以以一种智能电力滤波控制系统方式实现，该系统包括均与运算控制器连接的若干MPPT接口监测单元、声光报警器和监控终端；其中MPPT接口监测单元包括电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器；
所述电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器，分别监测MPPT接口中所接入光伏组串的电压、电流，光伏组串的实时温度和实时日照辐射值，且分别布设于系统内易于准确测量的位置；MPPT接口监测单元用于将电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器的监测数据预处理后实时发送至运算控制器，运算控制器经预设算法运算和控制策略分析后，将运算分析结果发送至声光报警器，发出预警，同时发送至监控终端，为管理员提供实时监测数据和预警信息，管理员再根据这些信息进一步操作。
所述MPPT接口监测单元中的温度传感器和日照辐射传感器均设置至少一个，或设置多个取平均值。
所述监控终端的形式多样，包括采用现场总线的现场监控终端、利用互联网通讯技术的远程监控终端，监控终端的硬件设备采用定制设备，或安装专用APP的手机。
所述光伏电站监控系统，还包括与运算控制器连接的光伏逆变器，使管理员可以通过监控终端进一步操作控制光伏逆变器的工作状态。
所述管理员的进一步操作控制，包括查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断。
所述电压电流监测模块，采用单独设置监测模块进行实时采样，或直接采用光伏逆变器中各路MPPT接口的电压电流监测数据。
实施例2
结合图1所示，在一个具体的实施例中，本发明的方法可以以一种智能电力滤波控制系统方式实现，该系统包括均与运算控制器连接的若干MPPT接口监测单元、声光报警器和监控终端；其中MPPT接口监测单元包括电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器；
所述电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器，分别监测MPPT接口中所接入光伏组串的电压、电流，光伏组串的实时温度和实时日照辐射值，且分别布设于系统内易于准确测量的位置；MPPT接口监测单元用于将电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器的监测数据预处理后实时发送至运算控制器，运算控制器经预设算法运算和控制策略分析后，将运算分析结果发送至声光报警器，发出预警，同时发送至监控终端，为管理员提供实时监测数据和预警信息，管理员再根据这些信息进一步操作。
所述MPPT接口监测单元中的温度传感器和日照辐射传感器均设置至少一个，或设置多个取平均值。
所述监控终端的形式多样，包括采用现场总线的现场监控终端、利用互联网通讯技术的远程监控终端，监控终端的硬件设备采用定制设备，或安装专用APP的手机。
所述光伏电站监控系统，还包括与运算控制器连接的光伏逆变器，使管理员可以通过监控终端进一步操作控制光伏逆变器的工作状态。
所述管理员的进一步操作控制，包括查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断。
所述电压电流监测模块，采用单独设置监测模块进行实时采样，或直接采用光伏逆变器中各路MPPT接口的电压电流监测数据。
系统的控制方法，即所述运算控制器预设算法和控制策略，根据各光伏组串的电压、电流、温度、日照辐射强度，再结合MPPT接口所接组件之间的串并联关系，进行运算分析，具体的控制模式如下：
(1)异常预警模式
各光伏组串之间工作状态同步率算法如下：
Figure BDA0002879589440000141
其中，
Figure BDA0002879589440000142
是各光伏组串之间工作状态同步率；
a是每一光伏组串中串联的光伏组件数量；
b是光伏逆变器中每一路MPPT接口接入的光伏组串数量；
n是系统使用光伏逆变器中MPPT接口的总数量；
U0是光伏组件开路电压，由厂家的产品规格信息中获取，或实测后获得；
I0是光伏组件短路电流，由厂家的产品规格信息中获取，或实测后获得；
Ui是第i路MPPT接口的电压实时监测值；
Ii是第i路MPPT接口的电流实时监测值；
kT1是光伏组件开路电压的温度系数，由厂家提供数据，或实测后获得；
kT2是光伏组件短路电流的温度系数，由厂家提供数据，或实测后获得；
Ti是系统实时监测的接入第i路MPPT接口的光伏组串的温度；
T0是光伏组件TSC标准温度值；
说明：MPPT接口为光伏逆变器中采用最大功率点跟踪控制的光伏组串接入口；TSC标准温度值，即为光伏组件在标准测试环境下的标准温度；TSC标准日照辐射强度值，即为光伏组件在标准测试环境下的标准日照辐射强度值；每一个光伏组串由同样数量的光伏组件串联而成，每一路MPPT接口接入同样数量的光伏组串；
控制策略：当
Figure BDA0002879589440000151
时，则光伏组串间存在异常组串或故障组串，包括性能衰减，热斑效应，PID效应，局部遮挡等不良现象；
(2)异常/故障情况识别控制模式
Figure BDA0002879589440000152
Figure BDA0002879589440000153
其中，
Figure BDA0002879589440000154
是第i路MPPT接口的异常/故障电压变化指标；
Figure BDA0002879589440000161
是第i路MPPT接口的异常/故障电流变化指标；
Ui1是t1时刻，第i路MPPT接口的正常工作电压；
Ui2是t2时刻，第i路MPPT接口的异常/故障工作电压；
Ti1是Ui1或Ii1监测值所对应的接入第i路MPPT接口的光伏组串系统实时监测温度；
Ti2是Ui2或Ii2监测值所对应的接入第i路MPPT接口的光伏组串系统实时监测温度；
Ii1是t1时刻，第i路MPPT接口的正常工作电流；
Ii2是t2时刻，第i路MPPT接口的异常/故障工作电流；
Ui0是第i路MPPT接口中所接入光伏组串的总开路电压；
Ii0是第i路MPPT接口中所接入光伏组串的总短路电流；
Qi2是t2时刻的日照辐射强度；
Q0是光伏组件TSC标准日照辐射强度值；
μ1是异常/故障电压变化指标中日照辐射强度变化率的调整系数；
μ2是异常/故障电流变化指标中日照辐射强度变化率的调整系数；
γ1是异常/故障电压变化指标的补偿量；
γ2是异常/故障电压变化指标的补偿量；
说明：时间上，t1时刻在前，t2时刻在后，且t1时刻为正常工作状态时的时刻，各种温度下，各路MPPT接口的正常工作电压，可在系统初次配置时设定，也可根据系统长期监测数据进行运算后得出；算法中的参数均为系统配置完成后的工作状态下的取值；γ1与γ2与未计入的其他损耗有关。
识别条件及控制策略：
(1)当
Figure BDA0002879589440000171
且
Figure BDA0002879589440000172
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：热斑效应或局部遮挡；
(2)当
Figure BDA0002879589440000173
且
Figure BDA0002879589440000174
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：PID效应；
(3)当
Figure BDA0002879589440000175
且
Figure BDA0002879589440000176
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：性能衰减；
其中，θU1和θI1分别为热斑效应或局部遮挡异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；θU2和θI2分别为PID效应异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；θU3和θI3分别为性能衰减异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；
适用于如上所述的光伏电站监控系统的方法，如图3所示，该方法包括：
电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器，分别监测MPPT接口中所接入光伏组串的电压、电流，光伏组串的实时温度和实时日照辐射值，并实时传输回各自MPPT接口监测单元，MPPT接口监测单元将监测数据预处理后实时发送至运算控制器；
当运算控制器经预设算法运算和控制策略分析后，若未发现满足“异常预警模式”条件，系统继续监测数据并实时传输至监控终端；若发现满足“异常预警模式”条件，则系统发出第一级预警信息至声光报警器和监控终端；然后系统进入“异常/故障情况识别控制模式”，经运算分析后，若满足识别条件，则系统发出第二级预警信息：故障分析结果，并发送至声光报警器和监控终端，若未满足识别条件，系统继续监测数据并实时传输至监控终端；
监控终端接收的信息为管理员提供实时监测数据和预警信息，管理员再根据这些信息进一步操作控制系统内的光伏逆变器，包括查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断。
另外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的光伏电站监控方法，步骤如下：
(1)开启系统，系统内各部分上电检查，开机检测通过后，进入系统的控制程序；
(2)系统进入实时监测状态，电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器，分别监测MPPT接口中所接入光伏组串的电压、电流，光伏组串的实时温度和实时日照辐射值，并实时传输回各自MPPT接口监测单元，MPPT接口监测单元将监测数据预处理后实时发送至运算控制器；
(3)当运算控制器经预设算法运算和控制策略分析后，若未发现满足“异常预警模式”条件，系统继续监测数据并实时传输至监控终端；
(4)若发现满足“异常预警模式”条件，则系统发出第一级预警信息至声光报警器和监控终端；然后系统进入“异常/故障情况识别控制模式”，经运算分析后，若满足识别条件，则系统发出第二级预警信息：故障分析结果，并发送至声光报警器和监控终端，若未满足识别条件，系统继续监测数据并实时传输至监控终端；
(5)监控终端接收的信息为管理员提供实时监测数据和预警信息，管理员再根据这些信息进一步操作控制系统内的光伏逆变器，包括查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断。
系统工作原理及模式控制策略，如上述光伏电站监控方法描述一致，此处在赘述。
实施例3
本实施例为在实施例1或实施例2的标准方案基础上进行的简化方案，目的在于减少系统零部件数量、减小系统体积、步骤和进一步降低配套成本。
主要简化方案如下：
方案1：若光伏电站已配置有温度、日照辐射强度方面的检测设备或模块，在满足系统监测要求和数据精度要求的情况下，可取消本发明MPPT接口检测单元中设置温度传感器和日照辐射传感器，直接采用光伏电站已采集的检测数据，节省系统成本，减少系统零部件数量，简化安装；
方案2：为使系统集成化程度进一步提高，可采用光伏电站已有的满足本发明要求的运算控制器，将本发明的预设算法和控制策略加入原有的控制系统中，作为一个子系统运行，这样可以节省成本，简化安装，由于集成度和匹配度同时提高，使系统运行响应速度更快，代码执行效率更高；
方案3：系统中各组成部分涉及数据I/O的部分，可以在满足要求的前提下，尽量采用自带AD转换器和DA转换器的处理芯片或集成电路板，这样可以省去模拟数据和数字数据之间的频繁转换，不管输入的是模拟型还是数字型数据，均可直接处理并使用，减少零件数量体积，同时提高系统响应速度；
其他部分相关内容与实施例1或2中描述的一致，此处不在赘述。以上多个简化方案，可单独使用，也可多种方案组合使用。
实施例4
本实施例为在实施例1或实施例2方案的基础上进行的优化方案，目的在于进一步优化系统结构和实用性。
具体优化方案为：将实施例1或2中的运算控制器、声光报警器和监控终端作为一个主站，光伏电站中的各个逆变器及其对应的MPPT接口监测单元包括电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器，均与一个单独的单片机连接，作为一个从站，从站和主站数据连接，然后形成主站和多个从站的结构进行统一控制，从站为主站提供监测数据，接受主站的控制指令，主站作为总控制单元，从站作为下级单独控制单元，这样不仅减轻了主站的数据运算量，而且从站进行初步数据处理后在传输至主站，也使主站的运算更快速，提高了系统整体响应速度，同时，此结构从站也可单独控制，若只是某个从站需要调整，可不经过主站即可单独控制，同样提高响应速度；以上优化后的结构，还可与实施例3中的简化方案相结合，在满足完整功能的基础上，使系统在结构上更优化更实用，在成本上更节省，性能上也明显提高。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
(1)本发明从整体上对光伏电站中各光伏组串和组件之间的匹配度和协调性进行状态监测，运用实时监测和智能识别控制方法，实时监测MPPT接口端的电压、电流，光伏组串温度、实时日照辐射强度等与光伏组件相关的参数，通过智能异常预警模式和异常/故障情况识别控制模式动态监控光伏电站的运行状态，既可以实时监测光伏电站的工作状态，又可以及时发现异常/故障隐患并预警，使光伏电站的运营安全、监控智能程度、预警级别均较以往有较大的提升；
(2)本发明的监控系统，在达到逆变器中设定的断路器或熔断器操作阈值之前，即可监测到异常或故障隐患，既可保护光伏组件，又可监测光伏电站工作状态；
(3)本发明不仅可以对异常/故障现象即使发现并预警，还可进一步监测识别出故障类型和数量；异常/故障部位定位精准，发现及时，极大提升了光伏电站的运行安全性，大大优于传统光伏电站；
(4)本发明的监控模式和算法，检测的是个光伏组串、组件之间的匹配度和协调性，故还可在光伏电站安装适配初期，作为阴影遮挡、朝向不一、组件隐裂、组件清洁度不一致等各种原因导致的串联、并联失配问题的参考检测；
(5)本发明设置的监控终端的形式多样，包括采用现场总线的现场监控终端、利用互联网通讯技术的远程监控终端，监控终端的硬件设备采用定制设备，或安装专用APP的手机，这样设置的优点在于，无论管理员或工作人员是否在现场，均能做到实时监控，及时处理；
(6)本发明将光伏逆变器加入监控系统的控制范围内，再结合监控终端的功能，使管理员可以监控终端进行远程操作控制光伏逆变器的工作状态，比如：查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断等，自动或者手动操作均可实现，且突破时间和地点的限制，极大提升光伏电站的智能化水平；
(7)电压电流监测模块，直接采用光伏逆变器中各路MPPT接口的电压电流监测数据，可进一步降低成本，简化系统结构，方便安装，提高施工效率；
(8)本发明监控系统的控制方法，即所述运算控制器预设算法和控制策略，不仅考虑了各光伏组串的电压、电流、温度、日照辐射强度等相关参数，还结合了MPPT接口所接组件之间的串并联关系，方法科学，运算分析准确性高，模式设置合理，系统智能监测，动态响应速度快，实时性高，控制及时，将光伏电站在监控方面的智能化水平提升至更高的水平；
(9)由于对光伏电站的各项参数进行实时动态监测，故可以将监测数据收集并经处理后存入数据库中，保存历史数据的同时，还可通过数据挖掘进行光伏电站光伏组件状态的趋势分析，对光伏电站工作状态的全寿命监控和规律研究提供有力的数据支撑；
(10)本发明可采用主站与从站的的优化结构，还可结合简化方案进一步节省成本，简化系统，在满足完整功能的基础上，使系统在结构上更优化更实用，在成本上更节省，性能上也明显提高。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种光伏电站监控系统，其特征在于，所述系统包括均与运算控制器连接的若干MPPT接口监测单元、声光报警器和监控终端；其中MPPT接口监测单元包括电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器；
所述电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器，分别监测MPPT接口中所接入光伏组串的电压和电流、光伏组串的实时温度、实时日照辐射值，且分别布设于系统内易于准确测量的位置；MPPT接口监测单元用于将电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器的监测数据预处理后实时发送至运算控制器，运算控制器经运算分析后，将运算分析结果发送至声光报警器，发出预警，同时发送至监控终端，以提供实时监测数据和预警信息，管理员再根据这些信息进一步操作；
所述运算控制器根据各光伏组串的电压、电流、温度、日照辐射强度，再结合MPPT接口所接组件之间的串并联关系，进行运算分析，具体的运算分析方式如下：
(1)异常预警模式
各光伏组串之间工作状态同步率算法如下：
Figure FDA0003152599750000011
其中，
Figure FDA0003152599750000012
是各光伏组串之间工作状态同步率；
a是每一光伏组串中串联的光伏组件数量；
b是光伏逆变器中每一路MPPT接口接入的光伏组串数量；
n是系统使用光伏逆变器中MPPT接口的总数量；
U0是光伏组件开路电压，由厂家的产品规格信息中获取，或实测后获得；
I0是光伏组件短路电流，由厂家的产品规格信息中获取，或实测后获得；
Ui是第i路MPPT接口的电压实时监测值；
Ii是第i路MPPT接口的电流实时监测值；
kT1是光伏组件开路电压的温度系数，由厂家提供数据，或实测后获得；
kT2是光伏组件短路电流的温度系数，由厂家提供数据，或实测后获得；
Ti是系统实时监测的接入第i路MPPT接口的光伏组串的温度；
T0是光伏组件TSC标准温度值；
控制策略：当
Figure FDA0003152599750000021
时，则光伏组串间存在异常组串或故障组串，包括性能衰减，热斑效应，PID效应，局部遮挡不良现象；
(2)异常/故障情况识别控制模式
Figure FDA0003152599750000022
Figure FDA0003152599750000023
其中，
Figure FDA0003152599750000024
是第i路MPPT接口的异常/故障电压变化指标；
Figure FDA0003152599750000025
是第i路MPPT接口的异常/故障电流变化指标；
Ui1是t1时刻，第i路MPPT接口的正常工作电压；
Ui2是t2时刻，第i路MPPT接口的异常/故障工作电压；
Ti1是Ui1或Ii1监测值所对应的接入第i路MPPT接口的光伏组串系统实时监测温度；
Ti2是Ui2或Ii2监测值所对应的接入第i路MPPT接口的光伏组串系统实时监测温度；
Ii1是t1时刻，第i路MPPT接口的正常工作电流；
Ii2是t2时刻，第i路MPPT接口的异常/故障工作电流；
Ui0是第i路MPPT接口中所接入光伏组串的总开路电压；
Ii0是第i路MPPT接口中所接入光伏组串的总短路电流；
Qi2是t2时刻的日照辐射强度；
Q0是光伏组件TSC标准日照辐射强度值；
μ1是异常/故障电压变化指标中日照辐射强度变化率的调整系数；
μ2是异常/故障电流变化指标中日照辐射强度变化率的调整系数；
γ1是异常/故障电压变化指标的补偿量；
γ2是异常/故障电压变化指标的补偿量；
识别条件及控制策略：
(1)当
Figure FDA0003152599750000026
且
Figure FDA0003152599750000027
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：热斑效应或局部遮挡；
(2)当
Figure FDA0003152599750000028
且
Figure FDA0003152599750000029
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：PID效应；
(3)当
Figure FDA0003152599750000031
且
Figure FDA0003152599750000032
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：性能衰减；
其中，θU1和θI1分别为热斑效应或局部遮挡异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；θU2和θI2分别为PID效应异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；θU3和θI3分别为性能衰减异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电站监控系统，其特征在于，所述MPPT接口监测单元中的温度传感器和日照辐射传感器均设置至少一个，或设置多个；当所述温度传感器和所述日照辐射传感器设置多个时，以获得的多个实时温度、多个实时日照辐射值的平均值作为监测的实时温度、实时日照辐射值。
3.根据权利要求1所述的一种光伏电站监控系统，其特征在于，所述监控终端包括采用现场总线的现场监控终端、利用互联网通讯技术的远程监控终端，监控终端的硬件设备采用定制设备，或安装专用APP的手机。
4.根据权利要求1所述的一种光伏电站监控系统，其特征在于，所述系统还包括与运算控制器连接的光伏逆变器，使管理员可以通过监控终端进一步操作控制光伏逆变器的工作状态。
5.根据权利要求4所述的一种光伏电站监控系统，其特征在于，所述管理员的进一步操作控制，包括查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断。
6.根据权利要求5中所述的一种光伏电站监控系统，其特征在于，所述电压电流监测模块，采用单独设置监测模块进行实时采样，或直接采用光伏逆变器中各路MPPT接口的电压电流监测数据。
7.一种光伏电站监控方法，其特征在于，所述方法适用于如权利要求1-6任一所述的光伏电站监控系统中，所述方法包括：
电压电流监测模块、温度传感器和日照辐射传感器，分别监测MPPT接口中所接入光伏组串的电压、电流，光伏组串的实时温度和实时日照辐射值，并实时传输回各自MPPT接口监测单元，MPPT接口监测单元将监测数据预处理后实时发送至运算控制器；
运算控制器经运算分析后，若未发现满足“异常预警模式”条件，系统继续监测数据并实时传输至监控终端；若发现满足“异常预警模式”条件，则系统发出第一级预警信息至声光报警器和监控终端；然后系统进入“异常/故障情况识别控制模式”，经运算分析后，若满足识别条件，则系统发出第二级预警信息：故障分析结果，并发送至声光报警器和监控终端，若未满足识别条件，系统继续监测数据并实时传输至监控终端；
监控终端接收的信息为管理员提供实时监测数据和预警信息，管理员再根据这些信息进一步操作控制系统内的光伏逆变器，包括查看监控数据、编辑光伏逆变器中断路器的阈值，手动操作断路器的通断。
8.根据权利要求7所述的光伏电站监控方法，其特征在于，所述运算控制器根据各光伏组串的电压、电流、温度、日照辐射强度，再结合MPPT接口所接组件之间的串并联关系，进行运算分析，具体的运算分析方式如下：
(1)异常预警模式
各光伏组串之间工作状态同步率算法如下：
Figure FDA0003152599750000041
其中，
Figure FDA0003152599750000042
是各光伏组串之间工作状态同步率；
a是每一光伏组串中串联的光伏组件数量；
b是光伏逆变器中每一路MPPT接口接入的光伏组串数量；
n是系统使用光伏逆变器中MPPT接口的总数量；
U0是光伏组件开路电压，由厂家的产品规格信息中获取，或实测后获得；
I0是光伏组件短路电流，由厂家的产品规格信息中获取，或实测后获得；
Ui是第i路MPPT接口的电压实时监测值；
Ii是第i路MPPT接口的电流实时监测值；
kT1是光伏组件开路电压的温度系数，由厂家提供数据，或实测后获得；
kT2是光伏组件短路电流的温度系数，由厂家提供数据，或实测后获得；
Ti是系统实时监测的接入第i路MPPT接口的光伏组串的温度；
T0是光伏组件TSC标准温度值；
控制策略：当
Figure FDA0003152599750000051
时，则光伏组串间存在异常组串或故障组串，包括性能衰减，热斑效应，PID效应，局部遮挡不良现象；
(2)异常/故障情况识别控制模式
Figure FDA0003152599750000052
Figure FDA0003152599750000053
其中，
Figure FDA0003152599750000054
是第i路MPPT接口的异常/故障电压变化指标；
Figure FDA0003152599750000055
是第i路MPPT接口的异常/故障电流变化指标；
Ui1是t1时刻，第i路MPPT接口的正常工作电压；
Ui2是t2时刻，第i路MPPT接口的异常/故障工作电压；
Ti1是Ui1或Ii1监测值所对应的接入第i路MPPT接口的光伏组串系统实时监测温度；
Ti2是Ui2或Ii2监测值所对应的接入第i路MPPT接口的光伏组串系统实时监测温度；
Ii1是t1时刻，第i路MPPT接口的正常工作电流；
Ii2是t2时刻，第i路MPPT接口的异常/故障工作电流；
Ui0是第i路MPPT接口中所接入光伏组串的总开路电压；
Ii0是第i路MPPT接口中所接入光伏组串的总短路电流；
Qi2是t2时刻的日照辐射强度；
Q0是光伏组件TSC标准日照辐射强度值；
μ1是异常/故障电压变化指标中日照辐射强度变化率的调整系数；
μ2是异常/故障电流变化指标中日照辐射强度变化率的调整系数；
γ1是异常/故障电压变化指标的补偿量；
γ2是异常/故障电压变化指标的补偿量；
识别条件及控制策略：
(1)当
Figure FDA0003152599750000056
且
Figure FDA0003152599750000057
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：热斑效应或局部遮挡；
(2)当
Figure FDA0003152599750000058
且
Figure FDA0003152599750000059
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：PID效应；
(3)当
Figure FDA0003152599750000061
且
Figure FDA0003152599750000062
时，则第i路MPPT接口所接入的光伏组串中存在异常/故障组串或组件，对应异常/故障现象为：性能衰减；
其中，θU1和θI1分别为热斑效应或局部遮挡异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；θU2和θI2分别为PID效应异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值；θU3和θI3分别为性能衰减异常/故障现象对应的电压和电流变化指标预警限值。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求7-8任一所述的光伏电站监控方法。
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