一种分布式光伏电站设备故障诊断及预警方法与流程

本发明涉及光伏电站设备在线监测诊断的，更具体地，涉及一种分布式光伏电站设备故障诊断及预警方法。

背景技术：

1、分布式光伏具有装机容量小、初始投资和后期运维成本低、建设周期短、能够实现就近供电等特点。但随着分布式光伏电站数量的不断增加，其单体规模小而布局分散、站点多，管理困难，运维难度大的问题逐渐凸显。

2、面对数量庞杂的分布式光伏电站，如何精准地排查故障至关重要。分布式电站运维工作量大，传统的人工运维效率较低，极大地影响电站收益率，此外，人员专业能力不足、运维效率低，运维管理体系落后，还存在运维成本较高的问题；甚至，电站故障排查时间较长，导致设备空闲时间长，影响电站发电。因此，如何集中、高效运维和诊断，快速消缺，提高电站运营管理水平，提升发电收益是关键之处。

3、现有技术中公开了一种基于大数据分析检测光伏电站发电异常的方法，具体涉及在大量分布式光伏电站监测系统中，根据大数据分析检测光伏电站的发电情况，属于发电监测的技术领域，首先对光伏电站进行聚类，当天发电结束后，计算每个类中所有的光伏电站单位面积日平均发电量，据此找出问题电站。聚类采用dbscan算法，然后对类进行合并、拆分处理，并将噪点电站归到临近的类中，每个聚类中的分布式光伏电站地理位置比较接近，受天气的影响基本一致，发电情况具有可比性，将每个电站和相似条件的电站进行比对，能够准确地找出发电情况异常的电站，但该方法能对异常发电电站进行告警，但无法下延至设备层级的异常定位，无法全面的进行光伏电站设备故障诊断，无法保证当前大规模分布式电站集群管控的安全性、高效性及主动性。

技术实现思路

1、为解决如何对光伏电站设备进行全面故障诊断的问题，本发明提出一种分布式光伏电站设备故障诊断及预警方法，提升大规模分布式电站集群管控的安全性、高效性及主动性，有效地提高了运维效率，降低人工巡检的开销，节约了电网运行的成本。

2、为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

3、一种分布式光伏电站设备故障诊断及预警方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1.依次进行光伏电站级、箱变级、逆变器级、直流汇流箱级及组串级故障诊断及预警；

5、s2.利用光伏电站设备关键数据对光伏电站设备进行越线诊断及告警上报；

6、s3.根据s1及s2诊断中的光伏电站设备预警及光伏电站设备上报的告警信息，进行光伏电站设备运行状态分类。

7、本技术方案提出从光伏电站层级依次按诊断的重要程度，下延至箱变级、逆变器级、直流汇流箱级以及组串级的设备层面的故障诊断及预警，并且进一步对光伏电站设备进行越线诊断及告警上报，从而分析发现不在线设备、停机设备、不发电设备、不安全设备、发电不高效设备、不正常设备及正常运行设备，最后对光伏电站设备运行状态进行分类，从而关联预警、告警等信息，便于工作人员及时知晓光伏电站各设备层面的运行状态，提升大规模分布式电站集群管控的安全性、高效性及主动性，有效地提高了运维效率，降低人工巡检的开销，节约了电网运行的成本。

8、优选地，步骤s1所述依次进行的光伏电站级、箱变级、逆变器级、直流汇流箱级及组串级故障诊断的周期均为15分钟，步骤s1的具体过程为：

9、s11.判断光伏电站是否存在通讯中断，若是，不做后续分析，结束；否则，执行步骤s12；

10、s12.判断当前是否在日出-日落的发电时间段内，若是，执行步骤s13；否则，不做后续分析，结束；

11、s13.判断环境监测仪数据是否达标，若是，执行步骤s14；否则，不做后续分析，结束；

12、s14.进入电站级故障诊断，按优先级进行通讯情况判断、电表功率判断、逆变器有功功率判断；

13、s15.进入箱变级故障诊断，进行箱变相线电压、电流，箱变下逆变器有功功率判断；

14、s16.进入逆变器级故障诊断，根据逆变器有功功率、日发电量增量、下挂组串电流，判断逆变器是否存在故障及停机；

15、s17.进入直流汇流箱级故障诊断，根据直流汇流箱下组串电流，判断汇流箱是否存在故障及停机；

16、s18.进入组串级故障诊断，根据组串容量、组串电流、组串电压，判断组串是否存在断开及低效故障。

17、优选地，步骤s14中电站级故障诊断的过程具体为：

18、s141.判断光伏电站是否已存在电站停机预警，若是，进行预警恢复逻辑判断，执行步骤s142；否则，进行停机诊断分析，执行步骤s143；

19、s142.分别判断诊断周期内光伏电站功率最大值是否大于0.1kw、逆变器实时功率是否大于0.1kw，若是，则恢复电站停机预警；否则，保持原有电站停机预警并结束诊断分析，不进行后续设备分析；

20、s143.获取诊断周期内的光伏电站数据，根据光伏电站是否关联并网点电表以及电表是否存在遥信数据异常，分别判断诊断周期内光伏电站功率最大值是否大于0.1kw、逆变器实时功率是否大于0.1kw，若是，则电站停机故障诊断结束，进行箱变级故障诊断；否则，电站停机故障诊断结束，进行箱变级故障诊断。

21、优选地，步骤s15中箱变级故障诊断的过程为：

22、s151.判断箱变是否已存在箱变停机预警，若是，进行预警恢复逻辑判断，执行步骤s152；否则，进行停机诊断分析，执行步骤s153；

23、s152.分别判断诊断周期内箱变交流电压最大值是否大于0、箱变下挂逆变器功率最大值是否大于0.1kw，若是，则恢复箱变停机预警；否则，保持原有箱变停机预警并结束诊断分析，不进行其下级设备诊断；

24、s153.获取诊断周期内的箱变数据，分别判断诊断周期内箱变最大相电压/线电压是否为0、相电流是否为0，若有下挂逆变器，则还需判断逆变器功率和的最大值是否小于0.1kw，若是，则触发箱变停机预警并结束诊断分析，不进行下级设备诊断；否则，箱变停机故障诊断结束，继续进行箱变下一级设备诊断分析。

25、优选地，步骤s16中逆变器级故障诊断的过程为：

26、s161.判断逆变器是否已存在逆变器停机预警，若是，则进行预警恢复逻辑判断，执行步骤s162；否则，进行停机诊断分析，执行步骤s163；

27、s162.分别判断诊断周期内逆变器有功功率最大值是否大于0.1kw、逆变器下挂汇流箱直流电流或组串支路直流电流最大值是否大于0.1a，若是，则恢复逆变器停机预警；否则，保持原有逆变器停机预警并结束诊断分析，不进行其下级设备诊断；

28、s163.获取诊断周期内的逆变器数据，分别判断诊断周期内逆变器有功功率最大值是否为0、逆变器日发电量测量值是否大于0、逆变器下挂组串电流最大值是否<＝0.1a且日发电量增量是否为0，若是，则触发逆变器停机预警并结束诊断分析，不进行下级设备诊断，否则，逆变器停机故障诊断结束，继续进行逆变器下一级设备诊断分析。

29、优选地，步骤s17中直流汇流箱级故障诊断的过程为：

30、s171.判断汇流箱是否已存在汇流箱停机预警，若是，则进行预警恢复逻辑判断，执行步骤s172；否则，则进行停机诊断分析，执行步骤s173；

31、s172.分析诊断周期内汇流箱下最大组串支路电流是否大于0.1a，若是，则恢复汇流箱停机预警；否则，保持原有汇流箱停机预警并结束诊断分析，不进行其下级设备诊断；

32、s173.获取诊断周期内的汇流箱下组串数据，判断诊断周期内汇流箱下最大组串支路电流是否小于0.1a，若是，则触发汇流箱停机预警并结束诊断分析，不进行下级设备诊断；否则，汇流箱停机故障诊断结束，继续进行汇流箱下一级设备诊断分析。

33、优选地，步骤s18中进入组串级故障诊断的过程包括组串支路断开诊断，具体如下：

34、s181.判断组串支路所在设备类型是否为汇流箱设备，若是，则采用汇流箱组串支路判断模式，执行步骤s182；否则，采用组串式逆变器组串支路判断模式，执行步骤s183；

35、s182.若组串支路所在设备类型为汇流箱设备，则获取获取诊断周期内有效的汇流箱下组串支路直流电流数据，判断组串支路电流最大值是否小于等于0.1a，若是，触发直流汇流箱组串支路断开预警，否则，根据是否已有组串支路断开预警进行恢复，然后结束诊断；

36、s183.若组串支路所在设备类型为组串式逆变器，则获取获取诊断周期内有效的汇流箱下组串支路直流电流、电压数据，判断诊断周期内组串支路x直流电压最小值是否小于200v或者组串支路电流最大值是否小于等于0.1a，若是，触发组串式逆变器组串支路断开预警，否则，根据是否已有组串支路断开预警进行恢复，然后结束诊断；

37、还包括组串支路功率偏低诊断，具体如下：

38、s184.判断组串支所在设备类型是否为汇流箱设备，分别获取诊断周期内内有效的组串式逆变器和汇流箱下组串支路电流和电压数据；

39、s185.计算诊断周期内各组串支路的归一化直流功率和，并按大小进行排序，归一化直流功率和的表达式为：

40、p1＝u*p2＝∑(p3/c)

41、其中，p1表示归一化直流功率和；u表示支路电压；p2表示支路电流组串归一化直流功率和；p3表示诊断周期内的组串直流功率，c表示组串支路容量；

42、s186.取诊断周期内所有组串支路归一化直流功率和排名第二的组串支路作为基准组串；

43、s187.判断分析组串支路的归一化直流功率和与基准组串的归一化直流功率和之比是否小于功率偏低阈值，若是，则触发器组串支路功率偏低预警，否则，根据是否已有组串支路功率偏低预警进行恢复，然后结束诊断。

44、在此，通过以上依次对光伏电站、箱变、逆变器、直流汇流箱、组串支路断开诊断、组串支路功率偏低诊断，确定影响光伏电站设备进行正常发电的故障，及时主动预警，减少由此类故障造成的损失电量。

45、优选地，对光伏电站设备进行的越线诊断包括：箱变越线诊断、逆变器温度越线诊断、逆变器绝缘阻抗诊断、逆变器低效诊断及直流汇流箱低效诊断；其中，箱变越线诊断、逆变器温度越线诊断、逆变器绝缘阻抗诊断每5分钟执行一次，逆变器低效诊断及直流汇流箱低效诊断均每一小时执行一次。

46、优选地，在进行箱变越线诊断时，判断箱变油温或者绕组温度的最大值是否大于设定阈值，若是，则触发箱变温度越线预警并标识为安全事件预警；否则，判断该箱变是否已存在箱变温度越线预警，若是，恢复预警并结束该设备的本次诊断，否则，结束该设备的本次诊断；

47、在进行逆变器温度越线诊断时，判断逆变器机内温度是否大于设定上限阈值，若是，则触发逆变器温度越限预警并标识为安全事件预警；否则，判断该逆变器是否已存在逆变器温度越线预警，若是，恢复预警并结束该设备的本次诊断，否则，结束该设备的本次诊断；

48、在进行逆变器绝缘阻抗诊断时，判断逆变器正对地绝缘阻抗是否小于设定下限阈值，若是，触发逆变器绝缘阻抗异常预警并标识为安全事件预警；否则，判断该逆变器是否已存在逆变器绝缘阻抗异常预警，若是，恢复预警并结束该设备的本次诊断，否则，结束该设备的本次诊断；

49、在进行逆变器低效诊断时，判断逆变器满发小时数是否小于标杆逆变器满发小时数与偏差门限值之积，若是，则触发逆变器发电偏低预警；否则，判断该逆变器是否已存在逆变器发电偏低预警，若是，恢复预警并结束该设备的本次诊断，否则，结束该设备的本次诊断；

50、在进行直流汇流箱低效诊断时，判断汇流箱归一化平均电流是否小于标准组串电流与偏差门限值之积，若是，触发直流汇流箱发电偏低预警；否则，判断该直流汇流箱是否已存在直流汇流箱发电偏低预警，若是，恢复预警并结束该设备的本次诊断，否则，结束该设备的本次诊断。

51、优选地，在步骤s3中，按照有限顺序将逆变器和直流汇流箱依据预警和告警分为6种运行状态，包括：通讯中断、停机、安全异常、发电低效、数据异常、正常运行；环境监测仪和电表分为3种运行状态，包括：通讯中断、数据异常、正常运行，并在设备页面统计并展示各类运行状态的设备。

52、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

53、本发明提出一种分布式光伏电站设备故障诊断及预警方法，以故障树逻辑的形式由上到下对分布式光伏电站进行电站级-箱变-逆变器-组串支路的故障诊断，有效将分布式光伏电站发电相关设备按层级逐一诊断分析，避免了设备故障冲突乱报的现象；通过越线诊断实现对运维关心的设备关键指标参数进行诊断监测，提高运维效率；对设备关联的告警、预警等进行运行状态分类，并结合告警分类和设备现有告警、预警对设备当前运行状态进行有效标识，有效地提高了运维效率，降低人工巡检的开销，节约了电网运行的成本。