專利名稱：一種光伏陣列故障診斷的方法
技術領域：
本發明涉及光伏陣列故障診斷技術領域，特別涉及用于光伏陣列故障診斷的傳感器連接方式以及故障診斷的方法。
背景技術：
目前，光伏陣列的故障檢測方法主要有紅外圖像檢測法、電信號檢測法和基于傳感器的故障診斷方法。正常工作與非正常工作的太陽能電池板之間存在一定的溫差，紅外圖像檢測法利用被測物體的溫度特性進行檢測[1]。電信號檢測法，例如高頻信號注入法原理是往光伏電池板中注入高頻信號，然后檢測它的反射信號，根據反射信號的不同變化來進行光伏陣列的故障檢測和定位。基于傳感器的故障診斷方法以及對此作出的各種改進，在一定程度上實現在線的故障診斷與定位M。發明人在實現本發明的過程中發現現有技術中至少存在以下的缺點和不足紅外圖像檢測法存在檢測精度不高，設備費用較大，實時性較差等缺點；基于電信號的檢測方法也有自身的局限性，例如高頻信號注入法進行光伏陣列的故障檢測和定位，但此方法不具有實時性，并且對設備要求較高，診斷的精度有限；基于傳感器的故障檢測方法存在所用傳感器較多、檢測精度比較低、檢測結構在大規模光伏陣列應用中難以推廣等缺點。參考文獻如下[1]王培珍，光伏陣列故障狀態的識別研究，[博士學位論文]；合肥工業大學，2005 ；[2]Takumi Takashima, Junji Yamaguchi, Kenji Otani. Experimental Studiesof FaultLocation in PV Module Strings[J] ；Solar Energy Materials and SolarCells, 2009，vol. 93，pl079_1082 ；[3] Ze Cheng, Dan Zhong, Baolin Li, Yanli Liu. Research on FaultDetection of PVArray Based on Data Fusion and Fuzzy Mathematics[J] ；Power andEnergyEngineering Conference,2011。
發明內容
本發明提供了一種光伏陣列故障診斷的方法，本方法實現了較高的檢測精度，可以對光伏陣列進行實時的在線檢測，在大規模光伏陣列應用中推廣，詳見下文描述一種光伏陣列故障診斷的方法，所述方法包括以下步驟(1)光伏陣列為MXN，N為陣列的串數，每串有M個電池板，每串電池板上有P個電壓傳感器，其中，P < M/L，L為故障定位的分辨度；(2)數據采集系統實時采集所有所述電壓傳感器的測量值；(3)所述數據采集系統根據所述測量值判斷每串電壓傳感器的測量值是否在預設范圍內，如果是，執行步驟(8)；如果否，執行步驟；
(4)判斷只屬于第r個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板，如果是，執行步驟(6)；如果否，執行步驟(5)，其中，r為每串電池板上電壓傳感器的編號；(5)判斷屬于第r個電壓傳感器和第r+Ι個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板，如果是，執行步驟(6)；如果否，執行步驟(8)；(6)所述數據采集系統將故障電池板對應的編號發送至上位機；(7)所述上位機接收所述編號，并將所述編號顯示給操作者；所述操作者根據所述編號，更換電池板；(8)流程結束。所述電壓傳感器的測量值具體為第一串電壓傳感器的測量值分別為Vn，V12，....Vlip^, Vlp;第二串電壓傳感器的測量值分別為V21，V22，.... V2ip^, V2p;以此類推，第N串電壓傳感器的測量值分別為Vnl，
Vn2, · · · · Vn(P-I)，Vnp0所述判斷只屬于第！·個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板具體為假設第h串第k個光伏電池板故障，Vhr < Vij,其中 0<i彡N且i乒h，0<j彡pVhs > Vij,其中 0<s<p 且 s乒r，0<i<N 且i 乒h，0<j<p所述判斷屬于第r個電壓傳感器和第r+Ι個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板具體為假設第h串第k個光伏電池板故障，Vhr < Vij 且 Vh(r+1) < Vij,其中 0 < i 彡 N 且 i 乒 h，0 < j 彡 ρVhs > Vij,其中 0<8彡？且8乒1~且8乒 r+1,0 <i彡N且i乒h，0<j彡p所述方法還包括在每串電池板上串聯一個電流傳感器，如果Ii < I」，其中0 < j < N且j興i，則確定第i串電池板中有故障發生。本發明提供的技術方案的有益效果是本發明提供了一種光伏陣列故障診斷的方法，在本發明提供的電池板與電壓傳感器的結構基礎上，減少了所用電壓傳感器的數量，降低了故障診斷系統的成本；保證了較高檢測分辨度；并且通過數據采集系統和上位機實現了對光伏陣列進行實時在線檢測，可以應用到大規模光伏陣列中，滿足了實際應用中的多種需要。
圖1為本發明提供的通用光伏陣列的串并聯(SP)結構的示意圖；圖2為本發明提供的MXN光伏陣列檢測結構的示意圖；圖3為本發明提供的8X4光伏陣列檢測結構的示意圖；圖4為本發明提供的一種光伏陣列故障診斷的方法。其中，圖1、圖2和圖3中雙箭頭代表太陽輻照，二極管代表一個光伏電池板。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。為了實現較高的檢測精度，對光伏陣列進行實時的在線檢測，在大規模光伏陣列應用中推廣，參見圖1、圖2和圖3，本發明實施例提供了一種光伏陣列故障診斷的方法，詳見下文描述在實際光伏電站應用中，為了獲得較大的輸出電流和輸出電壓，需要將光伏電池板以一定的連接方式連接起來使用。常見的連接方式有串聯方式、并聯方式、串并聯方式、全連接方式和橋式連接方式，應用中使用的絕大多數連接方式為串并聯方式。為了克服現有一些檢測方法的不足，對發生故障的電池板進行快速而準確的定位，本發明實施例采取如下的技術方案參見圖1，本發明實施例中的電池板連接方式為串并聯連接方式，這是基于向實際光伏電站推廣的考慮。而在檢測結構中所使用的電壓傳感器內阻可認為無窮大，所以對整個光伏陣列的影響可以忽略不計。101 光伏陣列為MXN，每串有M個電池板，每串電池板上有P個電壓傳感器，其中，P < M/L，L為故障定位的分辨度；其中，假設故障的分辨精度可達到L個電池板，一般的檢測結構，需要M/L個電壓傳感器。本發明實施例中的電壓傳感器的數量為P < M/L，即存在電壓傳感器的交叉，可節省電壓傳感器的數量，這個優點隨著M的增大變得更加明顯。第一串電壓傳感器的測量值分別為Vn，V12，....Vlip^, Vlp;第二串電壓傳感器的測量值分別為V21，V22，.... V2ip^, V2p;以此類推，第N串電壓傳感器的測量值分別為Vnl，Vn2,....Vn(p_D，Vnp。當某串中某個電池板發生故障時，此串電壓傳感器的測量值會與其它串的電壓傳感器的測量值發生偏差，通過對這些偏差值的大小以及正負的分析，可以判斷出故障電池板的位置所在。102 數據采集系統實時采集所有電壓傳感器的測量值；對于圖2中的MXN的檢測結構，每串有ρ個電壓傳感器，將所有電壓傳感器的測量值采集到數據采集系統。由于每串電池板是并聯在一起的，所以當某一串上電池板發生故障后，會造成某些電壓傳感器測量值降低，其他電壓傳感器測量值會升高。基于此，對各個測量值進行比較處理，進而判斷有無故障以及進行故障定位。103:數據采集系統根據測量值判斷每串電壓傳感器的測量值是否在預設范圍內，如果是，執行步驟108 ；如果否，執行步驟104 ；當判斷結果為否時，表明某一串或某幾串中的電池板存在故障，需要對這一串中的M個電池板進行檢測，來確定故障電池板的具體位置。其中，預設范圍的取值需要根據所選光伏電池板的參數以及陣列的規模來確定，具體實現時，本發明實施例對此不做限制。104:判斷只屬于第r個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板，如果是，執行步驟106 ；如果否，執行步驟105，其中，r為每串電池板上電壓傳感器的編號；其中，判斷只屬于第r個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板具體為假設第h串第k個光伏電池板故障，
Vhr < Vij，其中 0<i彡N且i乒h，0<j彡pVhs > Vij,其中 0<s<p 且 s乒r，0<i<N 且i 乒h，0<j<p即除了第h串電池板的電壓傳感器，其他電壓傳感器的測量值是相同的，這樣，通過對各電壓傳感器測量值的分析比較，則可定位發生故障的光伏電池板。105 判斷屬于第r個電壓傳感器和第r+Ι個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板，如果是，執行步驟106 ；如果否，執行步驟108 ；其中，判斷屬于第r個電壓傳感器和第r+Ι個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板具體為Vhr < Vij 且 Vh(r+1) < Vij,其中 0 < i 彡 N 且 i 乒 h，0 < j 彡 ρVhs > Vij,其中 0<8彡？且8乒1~且8乒 r+1,0 <i彡N且i乒h，0<j彡pS卩，除了第h串電池板的電壓傳感器，其他電壓傳感器的的測量值是相同的，這樣，通過對各電壓傳感器測量值的分析比較，則可定位發生故障的光伏電池板。106 數據采集系統將故障電池板對應的編號發送至上位機；其中，數據采集系統將故障電路板對應的編號通過無線或有線的方式發送至上位機，例如采用RS485的傳輸方式等，具體實現時，本發明實施例對此不做限制。其中，具體實現時，數據采集系統可選用高精度的單片機或者FPGA來進行電壓傳感器的測量值的采集與處理。107 上位機接收編號，并將編號顯示給操作者；操作者根據編號，更換電池板；其中，具體實現時，上位機上可用MFC或者Labview編制友好的人機界面，進而提示監控室的操作者故障的發生及定位，以便工程人員及時更換故障的電池板，防止事故的發生。108 流程結束。進一步地，為了更加精確的定位故障電池板，本發明實施例優選在每一串電池板上串聯一個電流傳感器，如果Ii < Ij，其中O < j < N且j興i，則確定第i串電池板中有故障發生。電流傳感器內阻極小，故對光伏陣列的影響也可忽略不計。下面以一個具體的實驗來驗證本發明實施例提供的一種光伏陣列故障診斷的方法的可行性，詳見下文描述參見圖3，分析一個8X4的電壓傳感器的檢測結構，在每一串光伏電池板上串聯了一個電流傳感器，如果Ii < Ip其中O < j < 5且j興i，則確定第i串光伏電池板中有
故障發生。然后可根據電壓傳感器的值來定位故障，有以下四種情況
Wa<vfl,vl2<vj2m^i<j<m^
夕化<4凡 >。其中1爾咖，>)04凡>4其中ι幻上述四種情況的故障定位結果分別為(1)第i串3、4電池板中發生故障；或(2)第i串1、2電池板中發生故障；或⑶第i串7、8電池板中發生故障；或⑷第i串5、6電池板中發生故障。
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綜上所述，本發明實施例提供了一種光伏陣列故障診斷的方法，在本發明實施例提供的電池板與電壓傳感器的結構基礎上，減少了所用電壓傳感器的數量，降低了故障診斷系統的成本，保證了較高檢測分辨度；并且通過數據采集系統和上位機實現了對光伏陣列進行實時在線檢測，可以應用到大規模光伏陣列中，滿足了實際應用中的多種需要。本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種光伏陣列故障診斷的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)光伏陣列為MXN，N為陣列的串數，每串有M個電池板，每串電池板上有P個電壓傳感器，其中，P < M/L，L為故障定位的分辨度；(2)數據采集系統實時采集所有所述電壓傳感器的測量值；(3)所述數據采集系統根據所述測量值判斷每串電壓傳感器的測量值是否在預設范圍內，如果是，執行步驟(8)；如果否，執行步驟；(4)判斷只屬于第r個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板，如果是，執行步驟(6)；如果否，執行步驟(5)，其中，r為每串電池板上電壓傳感器的編號；(5)判斷屬于第r個電壓傳感器和第r+Ι個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板，如果是，執行步驟(6)；如果否，執行步驟⑶；(6)所述數據采集系統將故障電池板對應的編號發送至上位機；(7)所述上位機接收所述編號，并將所述編號顯示給操作者；所述操作者根據所述編號，更換電池板；(8)流程結束。
2.根據權利要求1所述的一種光伏陣列故障診斷的方法，其特征在于，所述電壓傳感器的測量值具體為第一串電壓傳感器的測量值分別為Vn，V12，....Vlip^, Vlp ；第二串電壓傳感器的測量值分別為V21，V22，.... V2(p_d，V2p ；以此類推，第N串電壓傳感器的測量值分別為Vnl，Vn2, · · · · Vn(P-I)，Vnp0
3.根據權利要求1所述的一種光伏陣列故障診斷的方法，其特征在于，所述判斷只屬于第r個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板具體為假設第h串第k個光伏電池板故障，Vhr < Vij,其中 0 < i 彡 N 且 i 乒 h，0 < j 彡 ρVhs > Vij,其中0<s彡p且s乒r，0<i彡N且i乒h，0<j彡p
4.根據權利要求1所述的一種光伏陣列故障診斷的方法，其特征在于，所述判斷屬于第r個電壓傳感器和第r+Ι個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否是故障電池板具體為假設第h串第k個光伏電池板故障，Vhr < Vij 且 Vh(r+1) < Vij，其中 0<i 彡N 且i 乒h，0<j 彡PVhs > Vij,其中0<8彡？且8乒1~且8乒r+1,0 <i彡N且i乒h，0<j彡p
5.根據權利要求1所述的一種光伏陣列故障診斷的方法，其特征在于，所述方法還包括在每串電池板上串聯一個電流傳感器，如果Ii < I」，其中0 < j < N且j興i，則確定第i串電池板中有故障發生。
全文摘要
本發明公開了一種光伏陣列故障診斷的方法，光伏陣列為M×N，每串有M個電池板以及P個電壓傳感器，P＜M/L；當某串電壓傳感器測量值不在預設范圍內時，判斷只屬于第r個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否發生故障，如果是，數據采集系統將故障電池板對應的編號發送至上位機；如果否，判斷屬于第r個和第r+1個電壓傳感器測量范圍內的電池板是否發生故障，如果是，系統將故障電池板對應的編號發送至上位機；上位機接收并將編號顯示給操作者；操作者根據編號，更換電池板；本方法通過特殊的連接方式在保證檢測分辨度的基礎上減少了傳感器的數量，降低了故障診斷系統的成本；并且通過數據采集系統和上位機實現了對光伏陣列進行在線檢測。
文檔編號G01R31/27GK102565663SQ20121001586
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者劉艷莉, 張玉暉, 徐勇, 程澤 申請人:天津大學