一种光伏方阵离散损失检测系统的制作方法

本实用新型涉及新能源发电技术领域，具体地，特别涉及一种光伏方阵离散损失检测系统。

背景技术：

并网光伏电站一般由光伏方阵、防雷汇流箱、直流防雷配电柜、并网逆变器、交流配电柜、升压变压器等组成。其中，光伏方阵又称光伏阵列，是由若干个光伏组件或光伏板在机械和电气上按一定方式组装在一起的固定发电单元。

组成光伏方阵的所有电池组件性能参数不可能完全一致，所有的连接电缆、插头插座接触电阻也不相同，于是光伏组串的工作电流受限于其中电流最小的组件；光伏方阵的输出电压又会被其中电压最低的光伏组串钳制。这使得光伏方阵的总效率总是低于单个组件的效率之和。组合连接损失的大小取决于电池组件性能参数的离散性。造成离散损失的主要原因是组件产品性能和衰减程度不同，因此需要对组件进行测试、筛选、组合，即把特性相近的组件组合在一起，使各组件工作电流接近，组串的工作电压也接近，以减小离散损失。

当前大型光伏电站对光伏方阵离散损失的检测还是采取人工定期巡检的方式，即通过离线方式人工测量光伏方阵的开路电压及短路电流，通过光伏电池测试箱确定其伏安特性，进而判断光伏组件离散损失程度。

而上述人工检测方式周期长，难以有效保证光伏电站的发电效率，且对维护人员专业素质要求较高，耗费人力成本巨大。

技术实现要素：

鉴于以上问题，本实用新型的目的是提供一种光伏方阵离散损失检测系统，对光伏方阵离散损失进行自动巡检、实时监测，降低了维护人员技术素质要求，有效提高发电效率，从而解决了人工巡检周期长，难以保证发电效率，且人工成本大的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：

本实用新型所述光伏方阵离散损失检测系统，包括：

光伏方阵，由若干光伏组件组装而成；

直流防雷配电柜，包括电流监测模块和电压监测模块；

电气箱，装有组件旁路接触器和组串进线接触器，组件旁路接触器用于旁路光伏组件，每一个光伏组件并联有组件旁路接触器，组串进线接触器用于断路光伏组串，每一个光伏组串串联有组串进线接触器；

控制器，用于控制组件旁路接触器和组串进线接触器的依次吸合与释放，实现对光伏组件的旁路和光伏组串的断路；且控制器与直流防雷配电柜中的电流监测模块和电压监测模块连接，用于实时记录电流信号和电压信号的变化；控制器中还包括预置光伏组件等效电路模型的计算模块，用于根据接收的数据判断光伏组件或光伏组串离散损失的程度。

优选的，控制器中的计算模块还用于根据光伏组件或光伏组串离散损失的程度反馈不同级别的报警信息。

优选的，控制器中的计算模块还用于根据光伏组件或光伏组串离散损失的程度给出光伏组件优化组合建议。

进一步地，优选的，控制器是PLC、单片机中的一种。

与现有光伏方阵离散损失的检测相比，本实用新型具有以下优点及有益效果：

一、本实用新型实现了对光伏方阵离散损失进行自动巡检、实时监测，降低了维护人员技术素质要求，有效提高发电效率。

二、本实用新型对光伏方阵离散损失的程度进行分级报警，并给出光伏组件的优化组合建议，以便及时更换光伏组件，降低光伏方阵的离散损失，提高发电效率。

附图说明

图1是本实用新型所述控制器输出示意图；

图2是本实用新型所述光伏方阵离散损失检测系统接线图；

图3是本实用新型所述控制器与直流防雷配电柜连接图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型做进一步详细的描述与说明，以便于本实用新型更加清楚和易于理解。

如图1、图2和图3所示，光伏方阵离散损失检测系统，包括：光伏方阵，由若干光伏组件1组装而成，多个光伏组件串接形成光伏组串2；

直流防雷配电柜3，包括电流监测模块31和电压监测模块32；

电气箱4，装有组件旁路接触器41和组串进线接触器42，其中，组件旁路接触器41用于旁路光伏组件1，每一个光伏组件1并联有组件旁路接触器41，组串进线接触器42用于断路光伏组串2，每一个光伏组串2串联有组串进线接触器42；

控制器，选用可编辑逻辑控制器PLC5，通过接口继电器6控制第一接触41和组串进线接触器42的依次吸合与释放，每次时间间隔为3～5s，实现对光伏组件1的旁路和光伏组串2的断路；且可编辑逻辑控制器PLC5与直流防雷配电柜3中的电流监测模块31和电压监测模块32通过RS485总线通讯连接，用于实时记录电流信号和电压信号的变化；且可编辑逻辑控制器PLC5中包括预置光伏组件等效电路模型的计算模块，用于根据接收的数据判断光伏组件1或光伏组串2离散损失的程度，还用于根据光伏组件1或光伏组串2离散损失的程度反馈不同级别的报警信息，并给出光伏组件1优化组合建议。

基于上述光伏方阵离散损失检测系统的方法，包括：

可编辑逻辑控制器PLC5预设检测周期，通过可编辑逻辑控制器PLC5控制光伏组件1依次旁路以及光伏组串2依次断路，每次时间间隔为3～5s，并实时监测对光伏组件1旁路前后的电流信号变化，以及对光伏组串2断路前后的电压信号变化，进而根据电流信号变化或者电压信号变化判断光伏组件1或者光伏组串2造成离散损失的程度，发出不同级别的报警信号，并给出光伏组件1的优化组合建议。

其中，当电流信号或者电压信号变化20％以上，即表示光伏组件1或者光伏组串2造成离散损失的程度严重。

光伏方阵离散损失检测系统工作时，由可编辑逻辑控制器PLC5预设检测周期，根据计算模块中的预设算法控制接口继电器6触点的吸合，进而控制组件旁路接触器41的逐一吸合与释放，使光伏组件1被逐一旁路与恢复。对光伏组件1的旁路与恢复用时2s，对两个相邻光伏组件1的旁路与恢复，每次时间间隔3～5s，以便于光伏组件1的恢复，不影响光伏方阵系统的运行。

与此同时，可编辑逻辑控制器PLC5通过与电流监测模块31的通讯，实时记录电流信号的变化。由可编辑逻辑控制器PLC5中计算模块接收电流信号的数据，并根据预设算法对所接收数据进行分析，通过对比对光伏组件1旁路前后电流信号的变化差值，判断出某单个光伏组件1造成离散损失的程度，并给予不同级别的报警信息，由可编辑逻辑控制器PLC5发出警报。

当电流信号变化差值小于10％时，表示此光伏组件1造成的离散损失可忽略；当电流信号变化差值为10％～20％时，表示此光伏组件1造成的离散损失程度轻微；当电流信号变化差值大于20％时，表示此光伏组件1造成的离散损失程度严重，必须更换此光伏组件1。

可编辑逻辑控制器PLC5根据上述电流信号的变化，设置输入变量为输入偏差e₁和输入偏差变化△e₁，输出值设为X，其中，输入偏差e₁根据电流偏差值均匀量化为(0，+1，+2)，输入偏差变化△e₁根据电流偏差变化值均匀量化为(-2，-1，0，+1，+2)，则形成一种模糊规则表1，如下所示：

表1

可编辑逻辑控制器PLC5根据输出X的值发出不同的警报，如下：

X＝4表示此光伏组件造成的离散损失严重，需要立即更换；

X＝3表示此光伏组件造成的离散损失较重，需要择时更换；

X＝2表示此光伏组件造成的离散损失一般，需要加强关注；

X＝1表示此光伏组件造成的离散损失轻微，需要予以观察；

X＝0表示此光伏组件正常。

当可编辑逻辑控制器PLC5的输出X＝2或者X＝1时，计算模块中的预设算法各光伏组串电流的情况，计算出光伏组件1的优化组合方式，以便于将特性相近的光伏组件1组合在一起，提高光伏电站的发电效率。

可编辑逻辑控制器PLC5根据计算模块中的预设算法控制接口继电器6触点的吸合，进而控制组串进线接触器42的逐一吸合与释放，使光伏组串2被逐一断路与恢复，对光伏组串2的断路与恢复用时2s。

与此同时，可编辑逻辑控制器PLC5通过与电压监测模块32的通讯，实时记录电压信号的变化。由可编辑逻辑控制器PLC5中计算模块接收电压信号的数据，并根据预设算法对所接收数据进行分析，通过对比对光伏组串2旁路前后电压信号的变化差值，判断出某单个光伏组串2造成离散损失的程度，并给予不同级别的报警信息，由可编辑逻辑控制器PLC5发出警报。

当电压信号变化差值小于10％时，表示此光伏组串2造成的离散损失可忽略；当电压信号变化差值为10％～20％时，表示此光伏组串2造成的离散损失程度轻微；当电压信号变化差值大于20％时，表示此光伏组串2造成的离散损失程度严重，必须更换此光伏组串2，或者依据上述方法对此光伏组串2中的光伏组件1逐一检测，以降低此光伏组串2造成的离散损失，使光伏方阵系统正常工作，并提高工作效率。

同理，可编辑逻辑控制器PLC5根据上述电压信号的变化，设置输入变量为输入偏差e₂和输入偏差变化△e₂，输出值设为Y，其中，输入偏差e₂根据电压偏差值均匀量化为(0，+1，+2)，输入偏差变化△e₂根据电压偏差变化值均匀量化为(-2，-1，0，+1，+2)，则形成一种模糊规则表2，如下所示：

表2

可编辑逻辑控制器PLC5根据输出Y的值发出不同的警报，如下：

Y＝4表示此光伏组串造成的离散损失严重，需要立即更换；

Y＝3表示此光伏组串造成的离散损失较重，需要择时更换；

Y＝2表示此光伏组串造成的离散损失一般，需要加强关注；

Y＝1表示此光伏组串造成的离散损失轻微，需要予以观察；

Y＝0表示此光伏组串正常。

工作时，可编辑逻辑控制器PLC5可以先通过对光伏组串2的断路与恢复，判断此光伏组串2造成离散损失的程度，若此光伏组串2正常，则可免去对光伏组串2中的光伏组件1的检测。当光伏组串2造成的离散损失程度严重时，则需要对其中的光伏组件1进行逐一检测，以便更换光伏组件1，提高光伏方阵的性能。

可编辑逻辑控制器PLC5对同一支路的光伏组件1的逐一旁路与恢复，以及对光伏组串2的断路与恢复，两者不同时进行，以保证系统的正常运行，实现光伏方阵检测系统的在线检测，避免了人工离线巡检而降低光伏电站的效率。

以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。