[發(fā)明專利]一種光伏組件及組件串在線失配監(jiān)測系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810535342.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN108494365A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳志聰;吳麗君;周海芳;蘇鳳萍;林培杰;程樹英;鄭茜穎;章杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): H02S50/10
• 分類號(hào): H02S50/10;H02J13/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明提出一種光伏組件及組件串在線失配監(jiān)測系統(tǒng)，包括無線傳感節(jié)點(diǎn)、子陣列路由節(jié)點(diǎn)及上位機(jī)數(shù)據(jù)管理模塊；無線傳感節(jié)點(diǎn)與光伏組件相連以測量光伏組件的運(yùn)行狀態(tài)；子陣列路由節(jié)點(diǎn)與組件串相連以測量組件串的電壓和背板溫度；傳感節(jié)點(diǎn)以第一級(jí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)與子陣列路由節(jié)點(diǎn)相連；子陣列路由節(jié)點(diǎn)以第二級(jí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)數(shù)據(jù)管理模塊相連；子陣列路由節(jié)點(diǎn)在收集組件串的光伏數(shù)據(jù)時(shí)，同步收集其內(nèi)部光伏組件的光伏數(shù)據(jù)；上位機(jī)數(shù)據(jù)管理模塊從子陣列路由節(jié)點(diǎn)收集光伏組件和組件串的光伏數(shù)據(jù)，并判定是否有失配故障及故障位置，本發(fā)明能夠在線實(shí)時(shí)獲取光伏子陣列中各個(gè)組件串及各個(gè)組件的電氣和環(huán)境參數(shù)并據(jù)此判斷光伏陣列的運(yùn)行狀況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏發(fā)電陣列檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種光伏組件及組件串在線失配監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光伏組件的理論使用壽命為20-30年，光伏陣列大多安裝并工作在氣候復(fù)雜、位置偏僻的環(huán)境中，容易受到高溫、潮濕、熱循環(huán)、沙塵暴、紫外線等各種極端環(huán)境的影響，極易產(chǎn)生各種故障（例如電池板裂紋、灰塵堆積、水腐蝕、高溫、老化、短路、開路、局部遮陰等），使得故障組件的I-V特性和其他光伏組件不一致，即引起光伏組件失配故障。失配故障可能會(huì)產(chǎn)生較大的功率損失并對(duì)光伏陣列造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞，在極端情況下甚至可能引起火災(zāi)。同時(shí)，由于失配故障通常不會(huì)出現(xiàn)較大的故障電流，很難通過傳統(tǒng)的保護(hù)裝置檢測到它們的存在。為了盡可能地逼近光伏組件的理論壽命，提高光伏電站的發(fā)電效率，從而降低光伏發(fā)電的成本、提高電站運(yùn)營過程中的安全性，及時(shí)、高效地監(jiān)測光伏組件并對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)故障檢測和定位十分關(guān)鍵，這對(duì)于檢測和診斷光伏陣列的運(yùn)行狀態(tài)和性能具有重要意義。隨著全球尤其是中國光伏發(fā)電裝機(jī)量的快速增長，光伏陣列的在線監(jiān)測和失配檢測定位得到國內(nèi)外越來越多學(xué)者和相關(guān)機(jī)構(gòu)的關(guān)注。

近年來，多種光伏陣列在線監(jiān)測方法與技術(shù)相繼被提出，主要分為有線監(jiān)測技術(shù)和無線監(jiān)測技術(shù)兩種。有線監(jiān)測系統(tǒng)的信號(hào)傳輸是通過同軸線纜或者光纖來實(shí)現(xiàn)的，可以通過中繼延長通信距離。利用同軸線纜實(shí)現(xiàn)監(jiān)測有三種常見形式：RS-232串口通信、RS-485總線通信和CAN總線通信。基于RS-232的串口通信數(shù)據(jù)傳輸速率低、通信距離短，僅為30 m。RS-485通信解決了RS232通信距離不能超過30 m的限制，通信速度較快、距離較遠(yuǎn)，具備一定的抗干擾性。CAN總線的傳輸距離理論上可以達(dá)到10 km、傳輸時(shí)延較小，通信方式靈活。光纖通信的數(shù)據(jù)傳輸速率為100-200 Mbps，可以在幾公里外傳輸數(shù)據(jù)，但是光纖很脆弱并且成本非常昂貴，安裝困難。總之，有線監(jiān)測技術(shù)都避免不了布線復(fù)雜、成本昂貴的缺點(diǎn)。無線監(jiān)測技術(shù)主要包含藍(lán)牙、Wi-Fi、Zigbee和基于GSM/GPRS無線通信。藍(lán)牙通信技術(shù)的傳輸速率最高可以達(dá)到2 MB/s，不過通信距離只能在20 m以內(nèi)。Wi-Fi的數(shù)據(jù)傳輸安全性比藍(lán)牙差，通信范圍可以達(dá)到90 m。ZigBee通信協(xié)議簡單，具有低功耗、低成本、高容量的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)中。一些非標(biāo)準(zhǔn)的無線收發(fā)器芯片具有低成本、低功耗等優(yōu)勢，也被廣泛用于實(shí)現(xiàn)私有協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，例如nRF24L01。GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)從商用以來就被各個(gè)國家廣泛采用，它利用電路交換方式實(shí)現(xiàn)通信，GPRS通用分組無線服務(wù)利用“交換包”的方式將數(shù)據(jù)分割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的封裝包，然后分組傳輸，數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性較高。

已有的故障檢測方法主要有對(duì)地電容法、時(shí)域分析法、紅外圖像分析法、模型算法、電致發(fā)光檢測法和光伏I-V特性測試法等。對(duì)地電容法和時(shí)域分析法需要停工檢測，無法做到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和故障定位。紅外圖像分析法利用了光伏電池發(fā)生熱斑現(xiàn)象時(shí)溫度升高的原理，通過組件的熱紅外圖像來判斷故障位置，該方法需要對(duì)組件頻繁取照，并且只用于對(duì)熱斑故障的檢測。模型算法利用光伏陣列仿真模型獲得不同環(huán)境參數(shù)下的數(shù)據(jù)，并將其與實(shí)際采集數(shù)據(jù)相比較，從而檢測出陣列故障。電致發(fā)光檢測法通過獲取光伏組件的電致發(fā)光成像，并根據(jù)冷成像的特點(diǎn)檢測出光伏電池的隱形缺陷，該方法要重復(fù)拆裝組件，當(dāng)光伏電站規(guī)模較大時(shí)非常繁瑣。光伏I-V特性測試法是利用獲得的I-V曲線的輸出特性判斷故障類型。

現(xiàn)有的光伏陣列在線監(jiān)測系統(tǒng)大部分只監(jiān)測陣列級(jí)或者組串級(jí)參數(shù)，未能實(shí)現(xiàn)組件級(jí)的高精度監(jiān)測，并且未能對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)檢測、定位及預(yù)警。