CN209170304U - 光伏电站系统的失配在线监测装置 - Google Patents

光伏电站系统的失配在线监测装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型揭示了一种光伏电站系统的失配在线监测装置，包括输入模块、输出模块及控制模块，输入模块与输出模块均与控制模块相连接，输入模块包括检测单元、与检测单元相连接的数据预处理单元、与数据预处理单元相连接的采集保持单元、及用于采集保持单元中的数据传输至控制模块的通讯单元；控制模块包括输入接口、中央数据处理器及输出接口，输入接口与无线通讯单元相连接，输出接口与输出模块相连接；输出模块包括显示单元及报警单元，输入模块、控制模块与输出模块三者之间相互配合完成对光伏组件失配的在线监测。本实用新型安装方便且易实施，性能可靠，灵敏度强，周期短，不需要大强度的现场测试工作，并且可适合分布式光伏组件的监测。

Description

光伏电站系统的失配在线监测装置
技术领域
本实用新型涉及一种在线监测装置，尤其涉及一种用于光伏电站系统中失配的在线监测装置，属于新能源及电力系统领域。
背景技术
光伏电站系统通常由光伏组件、组串、光伏阵列、汇流箱、逆变器等设备构成，如图1所示。光伏电站系统的失配主要包括组件串联到组串的失配，组串并联到光伏阵列的失配、光伏阵列到汇流箱的失配以及汇流箱到逆变器的失配。然而，光伏组件阵列中组件串联到组串的失配、及组串并联到光伏阵列的失配最为突出，总体概括为两种类型的损失即串联失配和并联失配，这两种类型的失配贯穿光伏发电系统整个发电周期，极大影响发电效率，因此，检测出串联失配和并联失配对整个光伏发电系统有着举足轻重的影响。
目前，许多检测机构通过便携式太阳能电池IV测试仪测量逐一断开的组件或组串的I-V曲线计算失配损失，这种测量方式不仅工作强度大，而且测试周期较长，并且因辐照度或温度变化引起的误差大甚至超过规定的要求；还有些检测机构采用大功率直流高压切换继电器及多个便携式太阳能电池IV测试仪的测试装置同时测试，其中，大功率直流高压切换继电器价格非常昂贵，而且测试结果不具有重现性。
另外，随着光伏电站的运行，不同组件的衰减亦不同，加之PID衰减、热斑、碎片等因素，光伏电站的失配会越来越严重，而目前光伏电站发展趋于无人值守、智能运维，通过检测机构现场检测失配问题已不能满足光伏产业发展需要。
综上所述，如何提供一种光伏电站系统的失配在线监测装置，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中的不足，而提出的光伏电站系统的失配在线监测装置。
本实用新型的技术解决方案是：
光伏电站系统的失配在线监测装置，设置在汇流箱内，包括输入模块、输出模块及控制模块，输入模块包括对光伏电站系统中光伏组件、组串的输出电流和/或电压进行检测的检测单元、与检测单元相连接的数据预处理单元、与数据预处理单元相连接的采集保持单元、及用于采集保持单元中的数据传输至控制模块的通讯单元；
控制模块包括输入接口、中央数据处理器及输出接口，输入接口与所述通讯单元相连接，输出接口与输出模块相连接，中央数据处理器包括用于计算串联失配率与并联失配率的计算单元、及用于将串联失配率、并联失配率与预警值进行对比的对比分析单元；输出模块包括显示单元及报警单元，所述输入模块、所述控制模块与所述输出模块三者之间相互配合完成对光伏电站系统的失配在线监测。
优选地，所述检测单元包括用于检测光伏电站系统中光伏组件、组串输出电流的电流传感器、与用于检测光伏电站系统中光伏组件、组串输出电压的电压传感器。
优选地，所述数据预处理单元包括通讯接口、数字接口、数据处理电路，数据处理电路的输入端与通讯接口相连接，数据处理电路的输出端与数字接口相连接。
优选地，所述数据处理电路包括模拟信号处理器、A/D转换器、电信号放大器、滤波器、缓冲器中的一种或几种。
优选地，所述数据处理电路的输入端通过所述通讯接口分别与所述检测单元中的电流传感器、电压传感器相连接，所述数据处理电路的输出端通过所述数字接口与所述采集保持单元相连接。
优选地，所述采集保持单元为串联型采样保持器或反馈型采样保持器。
优选地，所述采集保持单元的输入端与所述数据预处理单元的数字接口相连接，所述采集保持单元的输出端通过所述通讯单元与所述控制模块的输入接口相连接；
所述通讯单元包括无线通讯模块或有线通讯模块的一种或两种相结合，所述通讯单元还包括无线接口及多个串行通讯接口。
优选地，所述中央数据处理器为微控制器或数字信号处理器；
所述计算单元包括用于计算光伏电站系统中整个阵列的无任何阴影时间的无阴影计算模组、用于对组件失配进行校正的校正模组、用于计算每个组件在每个时间点的无阴影遮挡时能量输出的能量输出模组、用于计算光伏电站系统中串联失配损失率的串联失配损失率计算模组、及用于计算光伏电站系统中并联失配损失率的并联失配损失率计算模组，无阴影计算模组、校正模组、能量输出模组、串联失配损失率计算模组与并联失配损失率计算模组之间相互配合完成对光伏电站系统中串联失配率与并联失配率的计算；
所述对比分析单元包括预警值设置模组、及与预警值设置模组相连接并将预警值与计算单元计算出的计算值进行对比的对比分析模组。
优选地，所述显示单元为人机界面触摸屏，且所述人机界面触摸屏与所述控制模块的输出接口为双向连接。
优选地，所述报警单元包括分别与所述控制模块的输出接口相连接的蜂鸣器、LED灯。
本实用新型提供了光伏电站系统的失配在线监测装置，该在线监测装置可采集光伏电站中光伏组件、组串及光伏阵列的日常发电数据、并将采集到的数据进行算法分析，并计算出组件到组串、组串到阵列的串并联失配率，进一步发出维护指令，与现有技术相比，其优点主要体现在以下几个方面：
（1）本实用新型中设置有检测模块，可以实时检测电流与电压的信息，提高该在线装置的监测效率、及数据监测的可靠性。
（2）本实用新型中采用中央数据处理器作为控制单元，大大降低了成本，中央数据处理器中设置有计算单元与对比分析单元，可对检测到的数据进行计算、对比，并将对比结果通过报警单元及显示单元报警提示，不但检测数据准确可靠，而且实现了整个光伏电站系统的智能监护。
（3）本实用新型结构简单、安装方便且易实施，灵敏度强，在较低的成本下可实现高自动化程度，可适合分布式光伏电站系统的监测。
以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1为光伏电站系统的结构示意图；
图2为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
光伏电站系统的失配在线监测装置，如图2所示，设置在汇流箱内，包括输入模块、输出模块及控制模块，输入模块与输出模块均与控制模块相连接，输入模块包括检测单元、与检测单元相连接的数据预处理单元、与数据预处理单元相连接的采集保持单元、及用于采集保持单元中的数据传输至控制模块的通讯单元。其中，检测单元包括用于检测光伏电站系统中光伏组件、组串输出电流的电流传感器、与用于检测光伏电站系统中光伏组件、组串输出电压的电压传感器，二者均与数据预处理单元相连接。在本实施例中，检测单元为电流传感器与电压传感器，二者均可通过开关与数据预处理单元相连接，这样本技术领域工作人员可以根据需要选择配备电流传感器和电压传感器，检测单元的设置可以实时检测电流与电压的信息，提高该在线装置的监测效率、及数据监测的可靠性。
数据预处理单元包括通讯接口、数字接口、数据处理电路，数据处理电路的输入端与通讯接口相连接，数据处理电路的输出端与数字接口相连接；数据处理电路包括模拟信号处理器、A/D转换器、电信号放大器、滤波器、缓冲器中的一种或几种；在本实施例中，数据处理电路包括模拟信号处理器、A/D转换器、电信号放大器、滤波器，数据处理电路的输入端通过通讯接口分别与检测模块中电流传感器、电压传感器的相连接，数据处理电路的输出端通过数字接口与采集保持单元相连接。
采集保持单元为串联型采样保持器或反馈型采样保持器，在本实用新型的技术方案中，采集保持单元为反馈型采样保持器，具有采样保持精度高、跟踪速度快的优点。采集保持单元的输入端与数字接口相连接，采集保持单元的输出端通过通讯单元与控制模块的输入接口相连接，通讯单元包括无线通讯模块或有线通讯模块的一种或两种相结合，通讯单元还包括无线接口及多个串行通讯接口。在本实施例中，通讯单元为无线通讯模块与有线通讯模块的结合，无线通讯单元为WiFi，还可以为3G或4G模块，采集保持单元的数据一部分通过无线接口与WiFi将传输至控制模块，另一部分通过多个串行通讯接口及数据线传输至控制模块。
进一步地，控制模块包括输入接口、中央数据处理器及输出接口，输入接口与通讯单元相连接，输出接口与输出模块相连接；中央数据处理器包括用于计算串联失配率与并联失配率的计算单元、及用于将串联失配率、并联失配率与预警值进行对比的对比分析单元；中央数据处理器为微控制器或数字信号处理器，本实施例中优选为数字信号处理器，可适用于各种数字信号处理领域，例如通信信号处理、语音、图像处理等，处理能力较强、速度较快。
作为本实用新型的进一步改进，计算单元包括用于计算光伏电站系统中整个阵列的无任何阴影时间的无阴影计算模组、用于对组件失配进行校正的校正模组、用于计算每个组件在每个时间点的无阴影遮挡时能量输出的能量输出模组、用于计算光伏电站系统中串联失配损失率的串联失配损失率计算模组、及用于计算光伏电站系统中并联失配损失率的并联失配损失率计算模组；对比分析单元包括预警值设置模组、及与预警值设置模组相连接并将预警值与计算单元计算出的计算值进行对比的对比分析模组。
在本实用新型的技术方案中，无阴影计算模组、校正模组、能量输出模组、串联失配损失率计算模组与并联失配损失率计算模组之间相互配合完成对光伏电站系统中串联失配率与并联失配率的计算，具体计算策略包括：
首先，根据公式识别光伏电站系统中整个阵列的无任何阴影时间，其中，Cv(t)为t时刻光伏组件间的变化系数，用于同等条件下光伏组件性能指标的估算，σt、Pt分别是t时刻各个光伏组件的标准偏差和平均功率；
然后，利用无阴影周期的数据对固有光伏组件失配进行校正，其中，PI表示等效辐照下光伏组件与组件之间的比较，即n个功率点由t时刻的数组中值Pt进行归一化，并在n个时间点上取平均值，以获得每块光伏组件的性能指标；
之后，计算光伏电站系统中光伏组件在每个时间点的无阴影遮挡时的能量输出PmodX,t,unshaded=PIX * max(Pt)，其中，max(Pt)为所有时间点及所有光伏组件中功率最大值，PmodX,t,unshaded为每个组件在每个时间点的无阴影遮挡时的能量输出；
最后，根据公式分别计算出光伏电站系统中的串联失配损失率及并联失配损失率；
串联失配损失率=
并联失配损失率= 。
数据对比分析单元中包括预警值设置模组、及与预警值设置模组相连接并将预警值与计算单元计算出的计算值进行对比的对比分析模组，在本实施例中，预警值设置模组包括串联失配率预警值的设定及并联失配率预警值的设定；当计算单元计算出的串联失配率小于或大于串联失配率预警值，或计算单元计算出的并联失配率小于或大于并联失配率的预警值时，数字信号处理器根据不同的结果控制输出模块。数字信号处理器作为控制单元大大降低了成本。
输出模块包括显示单元及报警单元，显示单元为人机界面触摸屏，且人机界面触摸屏与控制模块的输出接口为双向连接，操作人员可以通过人机界面触摸屏直观清晰地观察光伏组件的失配情况，当然，操作人员也可根据光伏组件的运行情况，通过人机界面触摸屏重新设定预警值，使用方便灵活；报警单元包括分别与控制模块的输出接口相连接的蜂鸣器、LED灯，当计算单元计算出的串联失配率大于串联失配率预警值，或计算单元计算出的并联失配率大于并联失配率的预警值时，数字信号处理器控制报警单元报警，同时并伴有LED灯闪。报警单元与显示单元的设置，不但实现了数据的显示，而且进一步实现自动报警和智能化监控功能。
以下简述本实用新型的操作步骤：
首先，检测模块中的电流传感器、及电压传感器通过检测模块将信号发送至数据预处理单元；
然后，经过数据预处理单元中的数据通过数字接口将信号通过通讯单元传输至中央数据处理器；
之后，中央数据处理器中的数据经过计算单元后，将计算单元计算出的数值显示在人机界面触摸屏上。
然后，中央数据处理器中的对比分析单元将预警值显示在人机界面触摸屏上，同时，将计算单元计算出的数值与设定的预警值的对比分析结果也显示在人机界面触摸屏上，当计算单元计算出的串联失配率小于串联失配率预警值，或计算单元计算出的并联失配率小于并联失配率的预警值时，人机触摸屏则显示系统正常；当计算单元计算出的串联失配率大于串联失配率预警值，或计算单元计算出的并联失配率大于并联失配率的预警值时，数字信号处理器控制报警单元报警，同时并伴有LED灯闪。
最后，操作人员根据报警单元的警示或者根据人机界面触摸屏显示的信息作出相应的措施。
本实用新型输入模块、控制模块与输出模块三者之间相互配合完成对光伏组件失配的在线监控，结构简单、安装方便且易实施，性能可靠，灵敏度强，相对于现有的检测方法而言，周期短，不需要大强度的现场测试工作，并且避免了因辐照度或温度变化引起的误差，并且可适合分布式光伏组件的监测。
应该注意的是，上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。

Claims (10)

1.光伏电站系统的失配在线监测装置，设置在汇流箱内，其特征在于：包括输入模块、输出模块及控制模块，输入模块包括对光伏电站系统中光伏组件、组串的输出电流和/或电压进行检测的检测单元、与检测单元相连接的数据预处理单元、与数据预处理单元相连接的采集保持单元、及用于采集保持单元中的数据传输至控制模块的通讯单元；
控制模块包括输入接口、中央数据处理器及输出接口，输入接口与所述通讯单元相连接，输出接口与输出模块相连接，中央数据处理器包括用于计算串联失配率与并联失配率的计算单元、及用于将串联失配率、并联失配率与预警值进行对比的对比分析单元；输出模块包括显示单元及报警单元，所述输入模块、所述控制模块与所述输出模块三者之间相互配合完成对光伏电站系统的失配在线监测。
2.根据权利要求1所述的光伏电站系统的失配在线监测装置，其特征在于：所述检测单元包括用于检测光伏电站系统中光伏组件、组串输出电流的电流传感器、与用于检测光伏电站系统中光伏组件、组串输出电压的电压传感器。
3.根据权利要求2所述的光伏电站系统的失配在线监测装置，其特征在于：所述数据预处理单元包括通讯接口、数字接口、数据处理电路，数据处理电路的输入端与通讯接口相连接，数据处理电路的输出端与数字接口相连接。
4.根据权利要求3所述的光伏电站系统的失配在线监测装置，其特征在于：所述数据处理电路包括模拟信号处理器、A/D转换器、电信号放大器、滤波器、缓冲器中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的光伏电站系统的失配在线监测装置，其特征在于：所述数据处理电路的输入端通过所述通讯接口分别与所述检测单元中的电流传感器、电压传感器相连接，所述数据处理电路的输出端通过所述数字接口与所述采集保持单元相连接。
6.根据权利要求1所述的光伏电站系统的失配在线监测装置，其特征在于：所述采集保持单元为串联型采样保持器或反馈型采样保持器。
7.根据权利要求3所述的光伏电站系统的失配在线监测装置，其特征在于：所述采集保持单元的输入端与所述数据预处理单元的数字接口相连接，所述采集保持单元的输出端通过所述通讯单元与所述控制模块的输入接口相连接；
所述通讯单元包括无线通讯模块或有线通讯模块的一种或两种相结合，所述通讯单元还包括无线接口及多个串行通讯接口。
8.根据权利要求1所述的光伏电站系统的失配在线监测装置，其特征在于：所述中央数据处理器为微控制器或数字信号处理器；
所述计算单元包括用于计算光伏电站系统中整个阵列的无任何阴影时间的无阴影计算模组、用于对组件失配进行校正的校正模组、用于计算每个组件在每个时间点的无阴影遮挡时能量输出的能量输出模组、用于计算光伏电站系统中串联失配损失率的串联失配损失率计算模组、及用于计算光伏电站系统中并联失配损失率的并联失配损失率计算模组，无阴影计算模组、校正模组、能量输出模组、串联失配损失率计算模组与并联失配损失率计算模组之间相互配合完成对光伏电站系统中串联失配率与并联失配率的计算；
所述对比分析单元包括预警值设置模组、及与预警值设置模组相连接并将预警值与计算单元计算出的计算值进行对比的对比分析模组。
9.根据权利要求1所述的光伏电站系统的失配在线监测装置，其特征在于：所述显示单元为人机界面触摸屏，且所述人机界面触摸屏与所述控制模块的输出接口为双向连接。
10.根据权利要求1所述的光伏电站系统的失配在线监测装置，其特征在于：所述报警单元包括分别与所述控制模块的输出接口相连接的蜂鸣器、LED灯。
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