专利名称：光伏电站远程监控的故障检测系统及检测方法
技术领域：
本发明具体涉及一种光伏电站远程监控的故障检测系统及检测方法。
背景技术：
目前，以煤炭、石油、天然气等化石能源为主体的世界能源结构，日益受到能源枯竭的威胁，而光伏发电作为一项新能源技术必将在未来社会扮演重要角色。如何更为科学和合理系统的使用光伏发电技术，这一方面国内却存在较大空白。光伏发电包括大到大型光伏电站，小到家用屋顶式发电系统。由于光伏发电系统中工作运行设备较多，却缺乏对系统实时监控，用户端就会出现难以自主解决系统出现的紧急情况。运行中的光伏发电设备经常出现极端恶劣地条件，如果系统不能智能地进行故障检测，及时排除运行的险情，会缩短系统设备的使用寿命，严重时，甚至会损坏系统设备。传统光伏系统运行时的工作状态变化较为复杂，如何能够为各个设备提供较为适宜的运行指导，需要能够依据光伏系统实时运行数据，预测各个光伏设备的理论计算系统服务器。同时目前光伏电站运行商缺少远程监控系统的平台，急需现实生活中通过提供一个远程通信平台解决远程监控的问题。在当今信息化如此日新月异的时代，用户普遍能够运用网络这一快捷渠道，如何在网络上提供用户浏览器，用以获取光伏电站系统累计飞发电数据和经济效益，这方面开发运用价值较大。有鉴于上述出现存在的缺陷，本发明积极加以研究和创新提出该系统模型，即光伏电站远程监控的故障检测系统及检测方法，为未来系统性开发光伏系统提供指导，极具实用价值。
发明内容
本发明的目的是，提供一种能够实时监控光伏电站设备运行状况，并基于网络平台通信至用户端的光伏电站远程监控的故障检测系统及检测方法，以克服现有技术的不足。为了达到上述目的，本发明的第一个技术方案是:一种光伏电站远程监控的故障检测系统，其创新点在于:
a、包括多个光伏电站检测系统、云计算服务器、多个用户端和多个客户端，所述多个光伏电站检测系统分别通过局域网与云计算服务器通信连接，所述云计算服务器与多个用户端通信连接，而多个客户端分别与云计算服务器通信连接；
b、每个光伏电站检测系统包括光伏电池板、智能直流汇流箱、光伏逆变器、交流汇流箱、气象仪表、智能电力 测量仪表、电力传感器、故障检测传感器、数据采集模块、第一通信模块和数据处理服务器，所述光伏电池板与光伏逆变器电连接，而光伏逆变器通过数据采集模块与第一通信模块电连接，所述智能直流汇流箱、交流汇流箱、气象仪表、智能电力测量仪表、电力传感器和故障检测传感器分别与第一通信模块通信连接，所述数据处理服务器与第一通信模块通信连接，且数据处理服务器通过局域网与云计算服务器通信连接。在上述第一个技术方案中，所述数据处理服务器包括数据收集模块、分析故障排除模块和第二通信模块，所述数据收集模块与分析故障排除模块电连接，且数据收集模块与第二通信模块通信连接，所述分析故障排除模块通过局域网与云计算服务器通信连接，所述第二通信模块与通信模块通信连接。在上述第一个技术方案中，所述云计算服务器通过局域网与多个用户端无线通信连接，而多个客户端通过局域网分别与云计算服务器有线通信连接。所述智能直流汇流箱、交流汇流箱、气象仪表、智能电力测量仪表、电力传感器和故障检测传感器分别通过通信接口与第一通信模块通信连接；所述通信接口是RS485通信接口，或者是RS232通信接口。为了达到上述目的，本发明的第二个技术方案是:一种采用如上所述的光伏电站远程监控的故障检测系统的检测方法，其创新点在于:其故障检测步骤依次是:
步骤a、数据的收集和处理:
由各个气象仪表读取当地光伏电站的当地气象信息参数，由智能电力测量仪表收集各个电力传感器、交流汇流箱和智能直流汇流箱的输出数据，并由数据采集模块汇总气象仪表和智能电力测量仪表所收集的数据；
步骤b、故障的检测和排除: 各个智能直流汇流箱和交流汇流箱所测量的数据通过相应的第一通信模块送至相应的数据处理服务器；然后，由数据处理服务器统计分析收集的各个数据的合理性，若不合理的数据，则数据处理服务器通过第一通信模块控制相应的故障检测传感器工作，关闭故障设备，并由云计算服务器通知用户端，若合理的数据，则数据处理服务器将该数据进行汇总整理；所述数据处理服务器统计分析收集的各个数据的具体步骤是:
bl、根据各个气象仪表读取的当地气象信息参数，所述数据处理服务器结合实时的环境温度以及数据处理服务器中收录的光伏电池板的铭牌参数，并理论计算出光伏电池板实时适宜的工作温度以及各块光伏电池板实时运行参数；接着，所述数据处理服务器结合收集的各个电力传感器的输出数据和光伏逆变器的铭牌参数，计算出实时条件下光伏逆变器的输入电学参数和工作输出电学参数；
b2、所述数据处理服务器分析光伏电池板的实时温度，并与光伏电池板的极限温度相比较，若超出光伏电池板的极限温度，则自动断开相应的光伏电池板，并反馈给数据处理服务器，并输出相应的故障信息，若没有超过光伏电池板的极限温度，但与数据处理服务器计算光伏电池板的实时适宜工作温度有上下39Γ5%出入，则反馈给数据处理服务器，并输出告警信息至云计算服务器；
b3、所述数据处理服务器分析光伏电池板收集到的实时工作输出电学参数，并与数据处理服务器理论计算的工作输出电学参数相比较，若小于理论计算的工作输出电学参数，则反馈给数据处理服务器，并输出光伏电池板工作条件有待优化的信息；若大于理论计算的工作输出电学参数，则反馈给数据处理服务器，并输出故障信息至云计算服务器；
b4、所述数据处理服务器分析智能直流汇流箱和交流智能汇流箱的工作状态，若智能直流汇流箱和交流智能汇流箱出现工作不正常的情况，则反馈给数据处理服务器，并输出故障信息至云计算服务器；
b5、所述数据处理服务器分析光伏逆变器的工作状态，并结合智能电力测量仪表实时收集到的光伏逆变器实时工作输出电学参数和铭牌参数，若实时工作输出电学参数大于铭牌参数，则反馈给数据处理服务器，并输出故障信息至云计算服务器；
步骤C、数据处理服务器的数据汇总整理:
所述数据处理服务器将实时采集的合理数据进行分析，并通过计算建立逐日、逐月、逐年的电力数据，将采集与分析产生的数据予以储存，并汇总；
步骤d、通信模块进行传输数据:
各个数据处理服务器将汇总整理的数据通过局域网传入云计算服务器，然后由云计算服务器进行收集整理，并将该数据发送至多个用户端，为用户端提供电站的运行情况。在上述第二个技术方案中，所述步骤a中，由各个气象仪表读取当地光伏电站的当地气象信息参数，包括经纬度、风速、风向、含尘量、水平面、安装光伏电池板所在斜面的斜面辐照度以及环境温度；由智能电力测量仪表收集各个电力传感器和交流汇流箱的输出数据，包括电力传感器输出的电池板温度、电池板输出电流、电压和功率，而交流汇流箱的输出数据，包括输出功率、输出电压和输出电流。在上述第二个技术方案中，所述步骤b中，各个光伏电池板的实时工作输出的电学参数，包括工作温度、最大功率点电压、最大功率点电流、最大功率点功率、短路电流、开路电压和二极管通断输出的参数；各个光伏逆变器的实时输入电学参数包括每个串口下的直流电流和电压、接收的直流功率，而实时工作输出电学参数包括内部工作温度、输出的交流电流和电压；所述智能直流汇流箱出现工作不正常的情况，是指出现传输电缆/短路故障告警、或者是空气开关出于分状态、或者是接地出现故障、或者是断路器出现故障、或者是防雷器工作不正常情况；所述交流智能汇流箱出现工作不正常的情况，是指出现其断路器出现故障，或者是防雷器工 作不正常情况。在上述第二个技术方案中，所述步骤c中，数据处理服务器将采集与分析产生的数据，以曲线、或者柱状图、或者报表形式汇总。本发明所具有的积极效果是:(I)、本发明实时监控的故障检测系统能及时接收、并处理分析光伏电站的实时发电数据，若有故障，或者是设备需要进行检测，能够及时通过客户端发布信息，并告知用户端修正；
(2)、本发明实时监控的故障检测方法，具备对采集数据进行深入分析的功能，提供实时系统效率(Performance Ratio)等信息,并能定期评估系统运行状态；在此基础上进一步提供给用户端优化系统运行或者更换部件等有价值信息，如要求及时对光伏电站的设备表面进行清洁，用以进一步提高光伏电站的运行效率；
(3)、通过对光伏电站的各个设备的环节电性能数据分析，并结合实际工程经验推演出其他非检测性的故障诊断信息，如失配或者热斑导致系统性能下降的其他因素等；
(4)、实现光伏电站远程监控系统云计算的模式，以互联网为基础实现未来按需设置和动态易扩展的多个光伏电站的远程监控故障检测系统；
(5)、能够对测量数据和计算结果的误差分析，以及实时测量数据与预测性能数据的时延校正。
图1是本发明的多个故障检测系统的结构示意 图2是本发明的光伏电站检测系统的结构示意 图3是本发明的数据处理服务器的结构示意 图4是本发明的故障检测方法的流程图。
具体实施例方式
以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。实施例1
如图1、2、3所示，一种光伏电站远程监控的故障检测系统，
a、包括多个光伏电站检测系统1、云计算服务器2、多个用户端3和多个客户端4，所述多个光伏电站检测系统I分别通过局域网与云计算服务器2通信连接，所述云计算服务器2与多个用户端3通信连接，而多个客户端4分别与云计算服务器2通信连接；
b、每个光伏电站检测系统I包括光伏电池板1-1、智能直流汇流箱1-2、光伏逆变器1-3、交流汇流箱1-4、气象仪表1-5、智能电力测量仪表1-6、电力传感器1-7、故障检测传感器1-8、数据采集模块1-9、第一通信模块1-10和数据处理服务器1-11，所述光伏电池板1-1与光伏逆变器1-3电连接，而光伏逆变器1-3通过数据采集模块1-9与第一通信模块1-10电连接，所述智能直流汇流箱1-2、交流汇流箱1-4、气象仪表1-5、智能电力测量仪表1-6、电力传感器1-7和故障检测传感器1-8分别与第一通信模块1-10通信连接，所述数据处理服务器1-11与第一通信模块1-10通信连接，且数据处理服务器1-11通过局域网与云计算服务器2通信连接。如图3所示，所述数据处理服务器1-11包括数据收集模块1-11-1、分析故障排除模块1-11-2和第二通信模块1-11-3，所述数据收集模块1-11-1与分析故障排除模块1-11-2电连接，且数据收集模块1-11-1与第二通信模块1-11-3通信连接，所述分析故障排除模块1-11-2通过局域网与云计算服务器2通信连接，所述第二通信模块1-11-3与通信模块1- ο通信连接。本发明的故障检测系统中，所述云计算服务器2通过局域网与多个用户端3无线通信连接，而多个客户端4通过局域网分别与云计算服务器2有线通信连接。本发明的客户端是指浏览器模式下客户远程监控电站和接收Email告警信息和统计分析的数据的计算机；云计算服务器是指局域网内的数据库服务器，也是一种WEB服务器，能够运行计算的服务器；用户端是指实时接收告警信息和定期接收发电数据的移动设备，例如，手机。本发明的故障检测系统中，所述智能直流汇流箱1-2、交流汇流箱1-4、气象仪表1-5、智能电力测量仪表1-6、电力传感器1-7和故障检测传感器1-8分别通过通信接口1-12与第一通信模块1-10通信连接；所述通信接口 1-12是RS485通信接口，或者是RS232通信接口。实施例2
如图4所示，一种采用如上所述的光伏电站远程监控的故障检测系统的检测方法，其故障检测步骤依次是:步骤a、数据的收集和处理:
由各个气象仪表读取当地光伏电站的当地气象信息参数，由智能电力测量仪表收集各个电力传感器、交流汇流箱和智能直流汇流箱的输出数据，并由数据采集模块汇总气象仪表和智能电力测量仪表所收集的数据；数据的收集和处理是通过数据处理服务器的数据收集模块运作；
表1:光伏电站各设备常规检测数据信息和检测仪器的列表，
权利要求
1.一种光伏电站远程监控的故障检测系统，其特征在于: a、包括多个光伏电站检测系统(I)、云计算服务器(2)、多个用户端(3)和多个客户端(4)，所述多个光伏电站检测系统(I)分别通过局域网与云计算服务器(2)通信连接，所述云计算服务器(2)与多个用户端(3)通信连接，而多个客户端(4)分别与云计算服务器(2)通信连接； b、每个光伏电站检测系统(I)包括光伏电池板(1-1)、智能直流汇流箱(1-2)、光伏逆变器(1-3)、交流汇流箱(1-4)、气象仪表(1-5)、智能电力测量仪表(1-6)、电力传感器(1-7)、故障检测传感器(1-8)、数据采集模块(1-9)、第一通信模块(1-10)和数据处理服务器(1-11 )，所述光伏电池板(1-1)与光伏逆变器(1-3)电连接，而光伏逆变器(1-3)通过数据采集模块(1-9)与第一通信模块(1-10)电连接，所述智能直流汇流箱(1-2)、交流汇流箱(1-4)、气象仪表(1-5)、智能电力测量仪表(1-6)、电力传感器(1-7)和故障检测传感器(1-8)分别与第一通信模块(1-10)通信连接，所述数据处理服务器(1-11)与第一通信模块(1-10)通信连接，且数据处理服务器(1-11)通过局域网与云计算服务器(2)通信连接。
2.根据权利要求1所述的光伏电站远程监控的故障检测系统，其特征在于:所述数据处理服务器(1-11)包括数据收集模块(1-11-1)、分析故障排除模块(1-11-2)和第二通信模块(1-11-3)，所述数据收集模块(1-11-1)与分析故障排除模块(1-11-2)电连接，且数据收集模块(1-11-1)与第二通信模块(1-11-3)通信连接，所述分析故障排除模块(1-11-2)通过局域网与云计算服务器(2)通信连接，所述第二通信模块(1-11-3)与通信模块(1-10)通信连接。
3.根据权利要求1所述的光伏电站远程监控的故障检测系统，其特征在于:所述云计算服务器(2)通过局域网与多个用户端(3)无线通信连接，而多个客户端(4)通过局域网分别与云计算服务器(2 )有线通信连接。
4.根据权利要求1所述的光伏电站远程监控的故障检测系统，其特征在于:所述智能直流汇流箱(1-2)、交流汇流箱(1-4)、气象仪表(1-5)、智能电力测量仪表(1-6)、电力传感器(1-7)和故障检测传感器(1-8)分别通过通信接口( 1-12)与第一通信模块(1-10)通信连接；所述通信接口( 1-12)是RS485通信接口，或者是RS232通信接口。
5.一种采用如权利要求1至4之一所述的光伏电站远程监控的故障检测系统的检测方法，其特征在于:其故障检测步骤依次是: 步骤a、数据的收集和处理: 由各个气象仪表读取当地光伏电站的当地气象信息参数，由智能电力测量仪表收集各个电力传感器、交流汇流箱和智能直流汇流箱的输出数据，并由数据采集模块汇总气象仪表和智能电力测量仪表所收集的数据； 步骤b、故障的检测和排除: 各个智能直流汇流箱和交流汇流箱所测量的数据通过相应的第一通信模块送至相应的数据处理服务器；然后，由数据处理服务器统计分析收集的各个数据的合理性，若不合理的数据，则数据处理服务器通过第一通信模块控制相应的故障检测传感器工作，关闭故障设备，并由云计算服务器通知用户端，若合理的数据，则数据处理服务器将该数据进行汇总整理；所述数据处理服务器统计分析收集的各个数据的具体步骤是: bl、根据各个气象仪表读取的当地 气象信息参数，所述数据处理服务器结合实时的环境温度以及数据处理服务器中收录的光伏电池板的铭牌参数，并结合理论计算出光伏电池板实时适宜的工作温度以及各块光伏电池板实时运行参数；接着，所述数据处理服务器结合收集的各个电力传感器的输出数据和光伏逆变器的铭牌参数，计算出实时条件下光伏逆变器的输入电学参数和工作输出电学参数； b2、所述数据处理服务器分析光伏电池板的实时温度，并与光伏电池板的极限温度相比较，若超出光伏电池板的极限温度，则自动断开相应的光伏电池板，并反馈给数据处理服务器，并输出相应的故障信息，若没有超过光伏电池板的极限温度，但与数据处理服务器计算光伏电池板的实时适宜工作温度有上下39T5%出入，则反馈给数据处理服务器，并输出告警信息至云计算服务器； b3、所述数据处理服务器分析光伏电池板收集到的实时工作输出电学参数，并与数据处理服务器理论计算的工作输出电学参数相比较，若小于理论计算的工作输出电学参数，则反馈给数据处理服务器，并输出光伏电池板工作条件有待优化的信息；若大于理论计算的工作输出电学参数，则反馈给数据处理服务器，并输出故障信息至云计算服务器； b4、所述数据处理服务器分析智能直流汇流箱和交流智能汇流箱的工作状态，若智能直流汇流箱和交流智能汇流箱出现工作不正常的情况，则反馈给数据处理服务器，并输出故障信息至云计算服务器； b5、所述数据处理服务器分析光伏逆变器的工作状态，并结合智能电力测量仪表实时收集到的光伏逆变器实时工作输出电学参数和铭牌参数，若实时工作输出电学参数大于铭牌参数，则反馈给数据处理服务器，并输出故障信息至云计算服务器； 步骤C、数据处理服务器的数 据汇总整理: 所述数据处理服务器将实时采集的合理数据进行分析，并通过计算建立逐日、逐月、逐年的电力数据，将采集与分析产生的数据予以储存，并汇总； 步骤d、通信模块进行传输数据: 各个数据处理服务器将汇总整理的数据通过局域网传入云计算服务器，然后由云计算服务器进行收集整理，并将该数据发送至多个用户端，为用户端提供电站的运行情况。
6.根据权利要求5所述的光伏电站远程监控的故障检测方法，其特征在于:所述步骤a中，由各个气象仪表读取当地光伏电站的当地气象信息参数，包括经纬度、风速、风向、含尘量、水平面、安装光伏电池板所在斜面的斜面辐照度以及环境温度；由智能电力测量仪表收集各个电力传感器和交流汇流箱的输出数据，包括电力传感器输出的电池板温度、电池板输出电流、电压和功率，而交流汇流箱的输出数据，包括输出功率、输出电压和输出电流。
7.根据权利要求5所述的光伏电站远程监控的故障检测方法，其特征在于:所述步骤b中,各个光伏电池板的实时工作输出的电学参数，包括工作温度、最大功率点电压、最大功率点电流、最大功率点功率、短路电流、开路电压和二极管通断输出的参数；各个光伏逆变器的实时输入电学参数包括每个串口下的直流电流和电压、接收的直流功率，而实时工作输出电学参数包括内部工作温度、输出的交流电流和电压；所述智能直流汇流箱出现工作不正常的情况，是指出现传输电缆/短路故障告警、或者是空气开关出于分状态、或者是接地出现故障、或者是断路器出现故障、或者是防雷器工作不正常情况；所述交流智能汇流箱出现工作不正常的情况，是指出现其断路器出现故障，或者是防雷器工作不正常情况。
8.根据权利要求5所述的光伏电站远程监控的故障检测方法，其特征在于:所述步骤c中，数据处理服务器将采集 与分析产生的数据，以曲线、或者柱状图、或者报表形式汇总。
全文摘要
本发明涉及一种光伏电站远程监控的故障检测系统及检测方法，故障检测系统包括多个光伏电站检测系统、云计算服务器、多个用户端和多个客户端，所述多个光伏电站检测系统分别通过局域网与云计算服务器通信连接，所述云计算服务器与多个用户端通信连接，而多个客户端分别与云计算服务器通信连接。而故障检测方法包括数据的收集和处理、故障的检测和排除、数据处理服务器的数据汇总整理和通信模块进行传输数据。本发明具有能够实时监控光伏电站设备运行状况，并基于网络平台通信至用户端等优点。
文档编号G01R31/00GK103235221SQ201310134530
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者白建波, 曹阳, 刘升, 张宇, 张驰 申请人:河海大学常州校区