一种光伏串列的阴影遮挡检测方法、装置和设备

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏串列的阴影遮挡检测方法、装置和设备。

背景技术：

光伏发电，是将光能转化为电能从而作为电源进行使用。光伏串列的受光照强度和光电转化率直接影响光伏串列的性能。在现实应用场景中，光伏串列中的某几个光伏组件单元会不可避免地被周围的树木、云或灰尘遮挡。这样工作在部分遮挡条件下的光伏串列的功率电压曲线存在多个峰值，并且其电流-电压特性曲线也存在多个阶梯和拐点。

为了避免产生部分阴影遮挡，目前已存在许多阴影遮挡检测方法。其中，最早的检测方法可以区分部分遮挡条件和统一光照条件，但是这样的故障检测方法无法有效地量化阴影遮挡；随后提出了阴影遮挡因子，包括阴影遮挡率和阴影遮挡强度，但其只适用于两个峰值的功率电压特性的情况。若功率电压特性曲线中存在超过两个峰值，则无法用该阴影遮挡因子表示。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种光伏串列的阴影遮挡检测方法，能够描述复杂的阴影情况。

第一方面，本发明实施例提供了一种光伏串列的阴影遮挡检测方法，该方法包括：

根据所述光伏串列的电流-电压特性曲线，确定所述电流-电压特性曲线的拐点；

根据各所述拐点的电流值和电压值，确定所述光伏串列的阴影遮挡矩阵。

第二方面，本发明实施例还提供了一种光伏串列的阴影遮挡检测装置，该装置包括：

拐点确定模块，用于根据所述光伏串列的电流-电压特性曲线，确定所述电流-电压特性曲线的拐点；

阴影遮挡矩阵确定模块，用于根据各所述拐点的电流值和电压值，确定所述光伏串列的阴影遮挡矩阵。

第三方面，本发明实施例还提供了一种光伏串列的阴影遮挡检测设备，该设备包括光伏串列、可变负载和示波器，还包括第二方面提供的一种光伏串列的阴影遮挡检测装置；

所述光伏串列的第一极连接所述可变负载的第一端，所述光伏串列的第二极连接所述可变负载的第二端，所述示波器的输入端连接所述光伏串列的第一极，所述拐点确定模块与所述可变负载电连接；

所述示波器，用于观察所述光伏串列的输出电压波形图。

本发明实施例提供的光伏串列的阴影遮挡检测方法，通过根据光伏串列的电流-电压特性曲线，确定电流-电压特性曲线的拐点，根据各拐点的电流值和电压值，确定光伏串列的阴影遮挡矩阵，阴影遮挡矩阵能够有效地量化电压-电流特性曲线中存在超过两个峰值的情况，因此能够描述光伏串列受到复杂阴影遮挡时的阴影遮挡的情况，此外，由于根据各拐点的电流值和电压值确定光伏串列的阴影遮挡矩阵，因此无需额外电路或者光电流传感器。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种光伏串列的阴影遮挡检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光伏串列所受光照的示意图；

图3为图2提供的光伏串列的电流-电压特性曲线的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种确定阴影遮挡矩阵的方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种光伏串列的阴影遮挡检测方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种光伏串列的电流-电压特性曲线的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种区间初始化的方法的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的一种搜索拐点的方法的流程示意图；

图9-图11为图6所示的候选区间的测量点的示意图；

图12为本发明实施例提供的一种光伏组件的阴影遮挡检测装置的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的一种光伏组件的阴影遮挡检测设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种光伏串列的阴影遮挡检测方法的流程示意图。如图1所示，该方法的具体步骤如下：

110，根据所述光伏串列的电流-电压特性曲线，确定所述电流-电压特性曲线的拐点。

120，根据各所述拐点的电流值和电压值，确定所述光伏串列的阴影遮挡矩阵。

图2为本发明实施例提供的一种光伏串列所受光照的示意图，图3为图2提供的光伏串列的电流-电压特性曲线的示意图。光伏串列包括n个光伏组件单元，n个光伏组件单元受到了m种不同程度的光照(图2中所示m＝3)，即n个光伏组件单元受到了m种阴影遮挡，该光伏串列的电流-电压特性曲线中存在m-1个拐点(图3中实线圆圈所示)，用一组阴影遮挡强度和阴影遮挡率来表示一个拐点，阴影遮挡矩阵ms的表达式如下：

其中，ρ为阴影遮挡强度，χ为阴影遮挡率，m为阴影遮挡的种类数量，m为大于等于2的正整数。

阴影遮挡矩阵ms由m-1组阴影遮挡强度和阴影遮挡率组成，无论光伏串列的电流-电压特性曲线中存在多少个拐点，均有存在一组阴影遮挡强度和阴影遮挡率来表述某一拐点对应的阴影遮挡情况，阴影遮挡矩阵ms能够表述定量表述电压-电流特性曲线中存在两个峰值的情况，即阴影遮挡矩阵ms能够定量描述光伏串列受到复杂阴影遮挡时的阴影遮挡的情况。

现有技术中，阴影遮挡强度ρ和阴影遮挡率x的表达式分别为：

其中，gshaded，i为第i个拐点对应的光照强度，ginsolated不受阴影遮挡时的光照强度；nshaded，i为所受光照强度为gshaded，i的光伏组件单元的数量，n为光伏串列中光伏组件单元的数量。显然，现有技术中需要使用光照传感器对光伏组件所受光照进行测量，本发明实施例提供了一种无需额外的电路或者光照传感器的方法来描述阴影遮挡强度和阴影遮挡率。

图4为本发明实施例提供的一种确定阴影遮挡矩阵的方法的流程示意图。如图4所示，具体步骤包括：

121，根据各所述拐点的电流值，确定所述拐点对应的阴影遮挡强度。

具体的，根据公式(4)计算各拐点对应的阴影遮挡强度ρi：

其中，1≤i≤m-1，itp，i为第i个拐点的电流值，isc，string为光伏串列的短路电流，m为阴影遮挡的种类数量，m为大于等于2的正整数。

122，根据各所述拐点的电压值，确定所述拐点对应的阴影遮挡率。

具体的，根据公式(5)计算各所述拐点对应的所述光伏组件单元的阴影遮挡率χi：

其中，ni为所受光照强度不高于gshaded，i的光伏组件单元的数量，gshaded，i为第i个拐点对应的所受光照强度，n为光伏组件单元的数量。根据公式(6)计算ni：

其中，αi为校正系数，voc，string为光伏串列的开路电压，voc为光伏组件单元的开路电压，vbd为旁路二极管的正向导通电压，vtp，i为第i个拐点的电压值。根据公式(7)计算校正系数αi：

123，根据各所述拐点的阴影遮挡强度和阴影遮挡率，确定所述光伏串列的阴影遮挡矩阵。

具体的，综上所述，可根据每个拐点的电流值和电压值能够确定该拐点对应的阴影遮挡强度和阴影遮挡率，将所有拐点对应的阴影遮挡强度和阴影遮挡率代入公式(1)可确定光伏串列的阴影遮挡矩阵，从而定量描述光伏串列受到复杂阴影遮挡时的阴影遮挡的情况，且不需要额外的电路或者光电流传感器。

可选的，图5为本发明实施例提供的又一种光伏串列的阴影遮挡检测方法的流程示意图。如图5所示，该方法具体步骤包括：

510，根据所述光伏串列的开路电压以及所述光伏串列中光伏组件单元的数量n，将所述光伏串列的电流-电压特性曲线的电压分布范围分成n个区间；其中，n为正整数。

具体的，图6为本发明实施例提供的又一种光伏串列的电流-电压特性曲线的示意图，如图6所示，光伏串列由n个光伏组件单元组成，电流-电压特性曲线的拐点(图中实线圆圈所示)出现在voc,string/的整数倍位置(图中竖直方向虚线所示)偏左的区域，因此将电流-电压特性曲线分成n个区间，每个区间长度为voc,string/。示例性的，图6中展示了光伏串列由3个光伏组件单元组成，将电流电压特性曲线分成3个区间，区间a、区间b和区间c。

520，对n个所述区间进行初始化，将n个所述区间设置为禁忌区间和候选区间；其中，所述禁忌区间无拐点。

具体的，图7为本发明实施例提供的一种区间初始化的方法的流程示意图，如图7所示，区间初始化的方法具体步骤包括：

521，将第n个区间设置为禁忌区间。

示例性的，如图6所示，将第3个区间设置为禁忌区间，在其他实施方式中，还可以是第n个区间设置为禁忌区间，但第n个区间必须为最后一个区间。

522，判断前n-1个区间中每个区间两侧的电流差是否小于等于参考电流差值；若是，执行523，若否，执行524。

523，将该所述区间设置为禁忌区间。

524，将该所述区间设置为候选区间。

示例性的，如图6所示，测量区间a两侧的电流差δia和区间b两侧的电流差δib，其中δia大于参考电流差值δiref，则认为区间a包含拐点，将区间a设置为候选区间；δib小于参考电流差值δiref，则认为区间b不包含拐点，将区间b设置为禁忌区间。本发明实施例通过区间初始化，将区间设置为禁忌区间和候选区间，而拐点仅存在于候选区间，因此只需要在候选区间进行搜索拐点即可，减小了搜索拐点的时间，提高拐点的搜索效率，从而提升阴影遮挡检测的效率。

530，在所述候选区间中搜索所述拐点。

具体的，图8为本发明实施例提供的一种搜索拐点的方法的流程示意图，如图8所示，该方法具体步骤包括：

531，在每一个所述候选区间中选取测量点，测量所述测量点的电流和斜率。

具体的，图9-图11为图6所示的候选区间的测量点的示意图，如图9-图11所示，在候选区间随机选取测量点，测量该点的电流inew和斜率dnew，同时选取参考斜率dref和参考电流值iref，其中，参考斜率dref为光伏组件单元最大功率点位置的斜率；参考电流值iref为候选区间初始时两端电流的平均值。

532，判断所述测量点的斜率是否大于参考斜率，若是，执行533；若否，执行535。

具体的，判断测量点的斜率dnew是否大于参考斜率dref，如果测量点的斜率dnew大于参考斜率dref，如图9或者图10所示，则认为该测量点落在电流-电压特性曲线中的平缓区域，由于每个候选区间有两个平缓区域，因此需要利用参考电流值iref判断该测量点具体位于哪个平缓区域；如果测量点的斜率dnew不大于参考斜率dref，则认为该测量点落在电流-电压特性曲线中的陡峭区域，如图11所示。

533，判断所述测量点的电流是否大于参考电流值；若是，执行535；若否，执行534。

具体的，当测量点的斜率dnew大于参考斜率dref时，判断测量点的电流inew是否大于参考电流值iref，如果测量点的电流inew大于参考电流值iref，则认为，该测量点位于左侧平缓区域，如图9所示；如果测量点的电流inew小于参考电流值iref，则认为，该测量点位于右侧平缓区域，如图10所示。

534，将所述测量点的左侧设置为新的候选区间。

535，将所述测量点的右侧设置为新的候选区间。

具体的，如果测量点的斜率dnew不大于参考斜率dref，则将该测量点的左侧设置为新的候选区间，如图11所示；如果测量点的斜率dnew大于参考斜率dref且测量点的电流inew大于参考电流值iref，则将该测量点的左侧设置为新的候选区间，如图9所示；如果测量点的斜率dnew大于参考斜率dref且测量点的电流inew小于参考电流值iref，则将该测量点的右侧设置为新的候选区间，如图10所示。

536，重复执行步骤531-535，直至所述新的候选区间的长度小于参考电压差值。

537，选取所述新的候选区间的右侧边界点作为拐点。

综上所述，重复步骤531-步骤535，一直会有新的候选区间产生，且新产生的候选区间的长度逐渐减小，当新的候选区间的长度小于参考电压差值(示例性的，可选取0.2v)时，停止搜索，此时新的候选区间的右边界作为拐点的电压，测量拐点的电流。

540，根据各所述拐点的电流值和电压值，确定所述光伏串列的阴影遮挡矩阵。

基于同一种发明构思，本发明实施例还提供的一种光伏组件的阴影遮挡检测装置，用于执行本发明任意实施例所提供的光伏组件的阴影遮挡检测方法，具备方法相应的有益效果。

图12为本发明实施例提供的一种光伏组件的阴影遮挡检测装置的结构示意图。如图12所示，该光伏组件的阴影遮挡检测装置包括：

拐点确定模块1210，用于根据光伏串列的电流-电压特性曲线，确定电流-电压特性曲线的拐点。

阴影遮挡矩阵确定模块1220，用于根据各拐点的电流值和电压值，确定光伏串列的阴影遮挡矩阵。

具体的，可根据每个拐点的电流值和电压值能够确定该拐点对应的阴影遮挡强度和阴影遮挡率，将所有拐点对应的阴影遮挡强度和阴影遮挡率代入公式(1)可确定光伏串列的阴影遮挡矩阵，从而定量描述光伏串列受到复杂阴影遮挡时的阴影遮挡的情况，且不需要额外的电路或者光电流传感器。

基于同一种发明构思，本发明实施例还提供的一种光伏组件的阴影遮挡检测设备，用于执行本发明任意实施例所提供的光伏组件的阴影遮挡检测方法，具备方法相应的有益效果。

图13为本发明实施例提供的一种光伏组件的阴影遮挡检测设备的结构示意图。如图13所示，该光伏组件的阴影遮挡检测设备包括光伏串列1310、控制器1320、可变负载1330和示波器1340；控制器1320包括光伏串列的阴影遮挡检测装置。

光伏串列1310的第一极连接可变负载1330的第一端，光伏串列1310的第二极连接可变负载1330的第二端，示波器1340的输入端连接光伏串列1310的第一极，控制器1320与可变负载1330电连接。

示波器1340，用于观察光伏串列1310的检测结果。

本发明实施例提供的光伏组件的阴影遮挡检测设备也具备上述实施例中光伏组件的阴影遮挡检测方法所具有的有益效果，此处不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。