一种小型光伏电站的故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种小型光伏电站的故障诊断方法，属于光伏发电技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着光伏产业的快速发展，各种各样的光伏系统应运而生，光伏发电系统 的容量已从KW级发展到MW级。对光伏系统进行监控和定期的性能评估对保障系统达到最 大的能量收益和得到可靠的发电功率具有重要意义。光伏组件一般长期运行于室外环境 中，光伏发电系统发电性能受气象因素影响极大，尤其是受太阳辐照度与环境温度影响较 为明显，易出现模型老化、光伏组件遮挡、光伏组件连接错误、热斑效应等故障，导致系统的 发电效率降低。
[0003] 目前，从国内外文献可知，大部分光伏系统故障诊断方法利用仿真软件，进行建模 仿真，再与实际测量的数据进行比对，判定故障类型时，一般是采用神经网络、模糊算法、神 经模糊算法等方法，很难将故障定位到某个有故障的组件。在创建这些仿真模型时，要保证 模型较高的精确度和可扩展性，仍然很难实现，而且建立的模型在很大程度上也很难和实 际的工作条件一致，一旦模型较复杂时，建模难度也将大大提高。相对于国外，我国在光伏 系统故障诊断方面的研究起步较晚，目前很多落后的地方都还要依靠人工来诊断故障，效 率较低，人力、物力易受到限制，因此利用人工智能技术来诊断故障具有极大的发展空间。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种小型光伏电站的故障诊断方 法，解决现有技术中光伏电站故障诊断效率低、故障诊断准确率不高的技术问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种小型光伏电站的故障诊 断方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤一：系统整体故障判定：首先判定系统是否存在故障，如果存在系统故障，则 系统报警，启动故障诊断程序，进入步骤二；否则，循环本步骤；
[0007] 步骤二：固定遮挡物阴影排除：判定系统故障是否由固定遮挡物引起，若是由固 定遮挡物引起，则不作为系统故障处理，解除报警；否则，进入步骤三，作具体故障类型判 定；
[0008] 步骤三：具体故障类型判定：将系统故障分为：组件连接错误，组件旁路，老化、电 网错误三种，逐一比较判定，将系统故障进行归类。
[0009] 步骤一所述系统整体故障判定的具体方法如下：
【主权项】
1. 一种小型光伏电站的故障诊断方法，其特征在于，包括w下步骤： 步骤一；系统整体故障判定；首先判定系统是否存在故障，如果存在系统故障，则系统 报警，启动故障诊断程序，进入步骤二；否则，循环本步骤； 步骤二：固定遮挡物阴影排除：判定系统故障是否由固定遮挡物引起，若是由固定遮 挡物引起，则不作为系统故障处理，解除报警；否则，进入步骤H，作具体故障类型判定； 步骤H ;具体故障类型判定；将系统故障分为；组件连接错误，组件旁路，老化、电网错 误H种，逐一比较判定，将系统故障进行归类。
2. 根据权利要求1所述的小型光伏电站的故障诊断方法，其特征在于，步骤一所述系 统整体故障判定的具体方法如下： 步骤101;定义两种系统的电流、电压故障判定因子EI、EV; ^梢1 ，同时设定系统的电流、电压故障判定因子对应的阔值y和0 ; 步骤102 ;根据系统测得的光伏阵列最大功率点处总电流Im、总电压Vm，计算EI和EV， 其中Iml、Vml分别是根据当前的福照度和温度计算得出的系统最大功率点处的总电流理论 值、总电压理论值； 步骤103 ;系统最大功率点处的电压理论值Vml、电流理论值Imi的计算公式如下所示： Np-Isc Vml=k2*Ns.V〇c 其中；ki;电流比例常数，具体由所用光伏组件决定，取值范围为；0. 78-0. 92 ;k 2;电压 比例常数，具体由所用光伏组件决定，取值范围为；〇. 71-0. 78化:光伏阵列中串联的光伏 组件个数；Np;光伏阵列中并联的光伏组件个数；I se;当前福照度和温度情况下单个光伏组 件的理论短路电流；V。。;当前福照度和温度情况下单个光伏组件的理论开路电压；
其中，Isaaf:标准测试条件下光伏组件的短路电流； a :光伏组件短路电流温度系数； Tuf;标准测试条件下光伏组件工作的温度，Tuf= 25C ; T ;光伏组件当前时刻工作温度； Vaauf:标准测试条件下光伏组件的开路电压； a ;开路电压的福照度修正系数； 目：光伏组件开路电压温度系数； G ;当前时刻光伏组件共面福照度； Guf;标准测试条件下光伏组件共面福照度lOOOW/m 2; 步骤104 ;比较判定：当不满足EK y、EV< 0时，说明系统存在故障，发出警报，启动故
障诊断程序。
3. 根据权利要求2所述的小型光伏电站的故障诊断方法，其特征在于，步骤二所述固 定遮挡物阴影排除的具体方法如下： 步骤201 ;调用光伏阵列中各串光伏组件近3天的电流、电压、福照度、温度数据，根据 单串光伏组件最大功率点处的电流、电压，计算数据出现异常串的故障判定因子：
其中；lim为每一串光伏组件的实测电流；I im2为每一串光伏组件的理论电流；I im2二 1^1乂1,。;￥1。为每一串光伏组件的实测电压；￥1。2为每一串光伏组件的理论电压：乂1。2 = k2XNsXV"c= Vmi; 通过仿真实验得到异常串的电流故障判定因子阔值和电压故障判定因子阔值O 1， 若EIi< y 1，EVi< 0 1，则说明系统可能存在固定遮挡物，进入步骤202进一步判定； 步骤202 ;依靠数学方法，根据固定遮挡物的体积和太阳光的入射角，计算固定遮挡物 在阳光下的阴影面积，若某一时刻，计算出来的阴影面积能够遮住光伏组件，并且测得被遮 挡光伏组件所在串的电流与正常工作情况下的电流相比减小，即判定此系统故障为固定遮 挡物阴影所致，不作为系统的一种故障，系统将自动解除警报。
4. 根据权利要求3所述的小型光伏电站的故障诊断方法，其特征在于，步骤H所述具 体故障类型判定的详细步骤如下： 步骤301 ;定义系统中光伏组件存在故障时的电流、电压判定因子；C =^、A =^， Im、Vm分别是系统测得的光伏阵列最大功率点处的总电流和总电压，语、分别是光伏系 统的短路电流和开路电压，具体计算公式如下：
步骤302 ;计算系统中存在光伏组件开路故障时的故障判定因子阔值Fti:当某一光伏 组件处于开路状态时，光伏组件产生的输出电流等效于串联的光伏组件错误连接产生的电 流，护el = (AP - !片"。二方马与^，其中方=1 -古，Fti作为判定单串光伏组件开路的阔值Im。 L SC I sc ip 为单个光伏组件最大功率点的电流，由公式'll + 求得； 步骤303 ;计算系统中存在光伏组件被旁路故障时的故障判定因
子Fyi;
Fyl作为判定单串光伏组 件开路的被旁路时的阔值，Vm。为单个光伏组件最大功率点的电压，由公式
求得； 步骤304 ;比较判定；正常运行的条件下；Fe〉F。。Fv〉Fvi;当FF或F F VI时，表明 当前光伏组件所在串出现故障，对应故障类型如下表所示：
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【专利摘要】本发明公开了一种小型光伏电站的故障诊断方法，包含：系统故障判定、固定遮挡物阴影排除和具体典型故障类型判定；根据所测到的光伏阵列最大功率点处电流、电压、辐照度和温度，计算系统故障判定因子：若故障判定因子小于设置阈值，发出警告，启动故障诊断程序；固定遮挡物阴影排除是利用计算每串光伏组件的故障判定因子，若小于对应阈值，则计算遮挡物阴影面积，若某时刻阴影面积能够遮住组件，且被遮挡组件所在串的电流减小，说明此阴影为固定遮挡物阴影，不作为系统故障；其他典型故障类型的判定是通过分析各种故障类型相对应的判定条件而确定的。本发明只需少量的传感器就可达到故障诊断的目的，具有运营成本低、诊断效率高、准确度高的优点。
【IPC分类】H02S50-00
【公开号】CN104601108
【申请号】CN201510070736
【发明人】丁坤, 冯莉, 覃思宇, 王祥, 翟泉新, 陈富东, 李元良, 顾鸿烨, 江竞宇
【申请人】河海大学常州校区
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月10日