[發(fā)明專利]適用于光伏陣列的故障檢測(cè)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810923611.1
• 申請(qǐng)日: 2018-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN109004903A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方維;金懷洲;金尚忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類號(hào): H02S50/00
• 分類號(hào): H02S50/00;H02J3/38
• 代理公司: 石家莊輕拓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 13128
• 代理人: 王占華

1.一種適用于光伏陣列的故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括：溫度傳感器(2)，所述溫度傳感器(2)與數(shù)據(jù)采集器(7)的信號(hào)輸入端連接，用于獲取當(dāng)前環(huán)境條件中的環(huán)境溫度；光照強(qiáng)度傳感器(1)，所述光照強(qiáng)度傳感器(1)與數(shù)據(jù)采集器(7)的信號(hào)輸入端連接，用于獲取當(dāng)前環(huán)境條件中的日照強(qiáng)度；電流傳感器(4)串聯(lián)在被測(cè)試光伏陣列(3)的電源輸出端上，且所述電流傳感器(4)的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集器(7)的信號(hào)輸入端連接，所述電流傳感器(4)用于獲取光伏陣列(3)的輸出電流值；電壓傳感器(5)并聯(lián)在被測(cè)試光伏陣列(3)的電源輸出端上，且所述電壓傳感器(5)的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集器(7)的信號(hào)輸入端連接，所述電壓傳感器(5)用于獲取光伏陣列(3)的輸出電壓值；MPPT控制器(6)與所述電壓傳感器(5)并連接，用于使光伏陣列接近最大功率的輸出；逆變器(9)與所述光伏陣列(3)并聯(lián)，用于將所述光伏陣列(3)輸出的直流電逆變?yōu)榻涣麟姡凰鯝C部分(10)與所述逆變器(9)的電源輸出端連接；所述數(shù)據(jù)采集器(7)用于將接收所述傳感器的數(shù)據(jù)并將接收的數(shù)據(jù)傳輸給電腦(8)進(jìn)行處理；所述電腦(8)，用于接收數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)并運(yùn)行Simulink和MATLAB軟件以進(jìn)行仿真和計(jì)算。

2.一種適用于光伏陣列的故障檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟：

S100：仿真在當(dāng)前環(huán)境下光伏陣列的I-V特性，由I-V曲線得到短路電流值和開路電壓以及P-V曲線峰值數(shù)，計(jì)算出光伏陣列的最大輸出功率，同時(shí)記錄最大輸出功率時(shí)的電流值和電壓值；

S200：在當(dāng)前環(huán)境下測(cè)量實(shí)際光伏陣列的I-V特性，獲取計(jì)算出光伏陣列的輸出功率，多次測(cè)量后由I-V曲線得到光伏陣列的短路電流值和開路電壓以及P-V曲線峰值數(shù)；

S300：比較仿真時(shí)的理論輸出功率和實(shí)際的輸出功率，通過兩者的比值所在區(qū)域來(lái)判斷光伏陣列所處的模式，有睡眠模式、正常工作和故障三種模式；

S400：若判斷出光伏陣列出現(xiàn)故障則進(jìn)一步判斷故障種類，使用閾值的方法隔離了具有不同屬性的故障；

S500：通過可拓網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)分別辨別兩組具有相同屬性的故障。

3.如權(quán)利要求2所述的適用于光伏陣列的故障檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S100具體包括如下步驟：

首先，獲取當(dāng)前環(huán)境條件中的日照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度；

然后，結(jié)合已知標(biāo)準(zhǔn)PV模塊數(shù)據(jù)表利用Simulink軟件進(jìn)行建模仿真，仿真方法具體如下：

首先作出光伏電池的等效電路圖，等效模型中太陽(yáng)能電池相當(dāng)于一個(gè)電流為I_p的恒流源；恒流源與一個(gè)二極管并聯(lián)，流經(jīng)二極管的電流為I_d；U和I分別表示的是光伏電池的輸出電壓和輸出電流；

光伏電池發(fā)電的電流方程式為：

式中：I_ph是光生電流；I₀是反向飽和電流；V為輸出電壓；I為輸出電流；R_s是等效串聯(lián)電阻；R_sh是等效并聯(lián)電阻；n是光伏模塊串聯(lián)光伏電池?cái)?shù)量；A是理想二極管因子，K是玻爾茲曼常數(shù)；q是電子電荷；T為絕對(duì)溫度；

參考使用光伏模塊的標(biāo)準(zhǔn)光伏模塊的數(shù)據(jù)表，通過Newton Raphson算法求解公式(1)來(lái)求解得需要的五個(gè)參數(shù)：I_ph、I₀、R_s、R_sh、A。

4.如權(quán)利要求2所述的適用于光伏陣列的故障檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S200具體包括如下步驟：

通過平均每秒采集60樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，計(jì)算出60樣本的光伏陣列的輸出功率，將其求和再平均作為這么一秒的功率；而繪制I-V曲線時(shí)則運(yùn)用上所有的樣本數(shù)據(jù)不再平均；然后用MATLAB處理獲得P-V曲線峰值數(shù)以及短路電流值和開路電壓值。