[發明專利]一種電-圖模型的光伏熱斑效應檢測方法

在審

• 申請號: 201410822059.9
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104601109A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 段其昌;毛明軒;段盼;胡蓓
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02S50/10
• 分類號: H02S50/10
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及光伏發電系統故障檢測領域，尤其是一種電-圖模型的光伏熱斑效應檢測方法。

背景技術

隨著“能源安全危機”的愈發突顯，太陽能作為一種無污染、可再生的環保新能源，已經在能源領域占據了非常重要的地位。然而，太陽能(也稱光伏)電站工作的穩定性和輸出功率與每一塊光伏電池板的工作狀態都息息相關，如何有效地對每塊光伏電池板進行監測和故障診斷是維持光伏電站正常工作的首要問題。

熱斑效應是光伏電池板的運行過程中極易發生的一種主要故障現象。具體地講，在光照不均勻、光伏電池板被遮蔽、光伏電池板本身質量不合格或者電池板安裝使用不當等情況下，光伏電池會出現熱斑效應，即不再作為電源向外輸出功率，而是成為負載消耗其他未被遮蔽的光伏電池產生的功率，此時系統的發電效率會急劇下降，嚴重時被遮蔽的光伏電池會由于過熱而燒毀，從而使系統可靠性降低。熱斑效應嚴重影響了光伏電池板的使用安全和壽命，熱斑測試也由此成為認證測試過程中的一項重要試驗，并且通過率非常低。

為了避免上述問題，通常采用在每一光伏電池的兩端并聯一個旁路二極管，當光伏電池未被遮蔽時該光伏電池正常工作，旁路二級管不導通；當光伏電池被遮蔽時，光伏電池兩端電壓的極性會與正常工作時相反，旁路二極管導通，從而保護該光伏電池，防止被遮蔽的光伏電池由于過熱而燒毀。這種方法雖然可以保護被遮蔽的光伏電池，一定程度上延長光伏電池板的壽命，但仍然使得整個光伏發電系統在遮光情況下發電效率下降，并且解決不了根本的問題。

為了檢測光伏電池板熱斑效應，目前常用的方法是基于紅外圖像分析。發生熱斑現象的光伏電池單體表面溫度與正常工作的光伏電池單體表面溫度差異十分明顯,導致兩者產生的紅外圖像差異也是十分明顯,通過對紅外圖像的處理與分析,可以提取可能的熱斑現象故障區域及區域的特征信息,從而能夠實現對光伏電池單體工作狀態正常與否進行識別。然而此種方法存在一些缺陷：a.不能區分溫度相差不明顯的狀態,檢測精度與準確度不高；b.不能在光伏電池板將要出現熱斑效應時，及時地檢測到該故障，實時性差且不易實現在線故障分析和報警等等。在目前階段,此方法的檢測精度和效率相對較低。

發明內容

本發明的目的是提供一種電-圖模型的光伏熱斑效應檢測方法，進一步提高檢測光伏熱斑效應的精度與準確度。

本發明提供的一種電-圖模型的光伏熱斑效應檢測方法，包括以下步驟：

S1：采集光伏電池板輸出的電信號(電壓信號、電流信號)以及紅外熱像圖；

S2：觀察分析紅外熱像圖信息并對光伏電池板熱斑效應做出初步判斷；

S3：輸入電-圖模型；

S4：輸出故障值Y；

S5：將所得Y值與給定的故障閾值比較；

S6：對光伏電池板熱斑效應進行準確檢測，并且給出熱斑效應的輕重度以及電池板中出現熱斑個數；

進一步，所述步驟S3中的電-圖模型通過以下步驟來構建：

S31：通過I-V分析儀采集光伏電池板正常運行狀態下的輸出電壓信號和負載電流信號；

S32：用紅外熱像儀采集光伏電池板正常運行狀態下的紅外熱像圖；

S33：運用一種新的紅外圖像分割算法，即首先用粒子群算法確定最佳分割閾值，然后用脈沖神經網絡算法對紅外圖像進行分割，從而可以得到分割后的光伏電池板的紅外熱像圖；

S34：利用紅外圖像分析儀可以得到整個光伏電池板的最高溫度值T；

S35：將光伏電池板正常工作情況下測得的值與光伏電池板出現熱斑效應時測得的n組值進行比較分析，并且根據專家經驗構建電-圖模型：

Y＝αU_n/U+βI_n/I+mγT_n/T

其中，Y為輸出的故障值，U和I分別表示正常工作時光伏電池板輸出的電壓有效值和電流有效值，Un和In分別表示通常情況下光伏電池板輸出的電壓有效值和電流有效值，Tn表示整個光伏電池板的最高溫度值，α表示輸出電壓信號所占輸出故障值的經驗權重，β表示負載電流信號所占輸出故障值的經驗權重，γ表示紅外熱像圖信號所占輸出故障值的經驗權重，m表示所檢測的光伏電池板中出現熱斑的個數，其中0≤m≤N⁺。

進一步，所述S33中的一種新型的紅外圖像分割算法包括以下具體步驟：