[發明專利]一種具有最大功率的光伏電站故障檢測裝置

有效

• 申請號: 202010595880.7
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111711414B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 夏之秋;王春鵬;趙婷婷;候占武;楊盛;李瀟瀟
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H02S50/00
• 分類號: H02S50/00
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 潘悅梅

1.一種具有最大功率的光伏電站故障檢測裝置，利用復雜的伏安特性方程和二分法實現，其特征在于：所述具有最大功率的光伏電站故障檢測系統包括：光伏陣列、采樣模塊、CPU模塊、PWM驅動模塊、Boost升壓模塊、輸出模塊、以及負載/逆變器模塊；所述采樣模塊的輸入端與所述光伏陣列輸出端連接，所述采樣模塊的輸出端與所述CPU模塊輸入端連接，所述CPU模塊輸出端與所述PWM驅動模塊輸入端以及所述輸出模塊輸入端連接，所述PWM驅動模塊輸出端與所述Boost升壓模塊輸入端連接，所述Boost升壓模塊輸出端與所述負載/逆變器模塊輸入端連接；

所述采樣模塊包括電壓采樣模塊和電流采樣模塊，電壓采樣模塊和電流采樣模塊分別與所述光伏陣列輸出端連接，用于實時采集光伏陣列的輸出電壓和輸出電流，并發送給CPU模塊；

所述Boost升壓模塊包括MOSFET開關管，所述MOSFET開關管的輸入端與所述PWM驅動模塊的輸出端連接；

所述CPU模塊采用復雜的非線性伏安特性方程、電池板在標準狀態下的參數值、兩次采集電壓和電流值，結合二分法進行數值計算，從而得出當前的短路電流、開路電壓、溫度以及最大功率點的電壓和電流值；通過計算出的串聯電阻、溫度、短路電流、開路電壓以及最大功率點的電壓值，判斷是否出現故障以及故障類型；具體包括如下步驟：

步驟1：計算不變參數R_s、k₀

(1)根據包括串聯電阻R_s的伏安特性曲線方程：

式中：U為電池板電壓值，I為電池板電流值，T是電池板的絕對溫度，I_ph為光生電流，R_s為串聯電阻；

(2)電池板的系統標定值：在標準日照和溫度的條件下，最大輸出功率P_max0、最大工作電壓U_pm0、最大工作電流I_pm0、開路電壓U_oc0、短路電流I_sc0的值；

(3)根據在最大功率點處，令I_pv＝I_ph+I₀，則：

其中參數T₀為標準狀態下的溫度值；

(4)在標準狀態下，將電池板參數值代入到上述的伏安曲線方程中，令：聯立公式(2)，推導出只有一個未知數I_pv的一維方程：

(5)方程(3)中只有一個未知數I_pv＝I_ph+I₀，根據I_ph和I₀的取值范圍，確定出I_pv的最大值和最小值，采用二分法求解此方程，得出I_pv的值；

(6)令則求出：

(7)則求出：

步驟2：計算當前短路電流I_sc、開路電壓U_oc和溫度值

(1)根據所述采樣模塊檢測當前的電流和電壓值，得出電壓值u₁，電流值i₁；改變所述PWM驅動模塊占空比的值，根據所述采樣模塊再次檢測電流和電壓值，得出電壓值u₂，電流值i₂；上述檢測過程需要在極短的時間內完成，將得出的電流和電壓值送入所述CPU模塊；

(2)代入到上述的伏安曲線方程(1)中，推導出只有一個未知數I_sc的一維方程，采用二分法求解出I_sc的值，從而得出當前溫度T以及開路電壓U_oc的值；

步驟3：計算最大功率點電壓值U_pm和電流值I_pm

(1)推導出只有一個未知數I_pm的一維方程：

(2)根據I_sc/2I_pmI_sc，采用二分法求解此方程，則得出最大功率點電流I_pm的值，再根據公式：

則計算出最大功率點電壓值U_pm；

步驟4：將計算得出的最大功率點電壓值U_pm轉換成相應占空比的值，賦值給所述PWM驅動模塊；

步驟5：對光伏電站進行故障檢測

(1)通過當前的電流和電壓值，上述計算出的串聯電阻R_s、溫度T、開路電壓U_oc、短路電流I_sc、最大功率點的電壓u_pm以及電流I_pm值，判斷是否出現故障以及故障類型；檢測的故障類型包括：開路、短路、虛陰影遮擋、實陰影遮擋、老化、隱裂或碎片、光伏熱斑；

(2)在系統正常情況下，采用步驟1、步驟2、步驟3計算出串聯電阻R_s、溫度T、最大功率點電壓、最大功率點電流參數值，以及當前的電壓U和電流I值，做為用于檢測的標準值；

(3)在當前狀況下，采用步驟1、步驟2、步驟3計算出串聯電阻R_s、溫度T、最大功率點電壓、最大功率點電流參數值，以及當前的電壓U和電流I值，做為待檢測值；

(4)比較待檢測值與標準值的誤差，超出指定閾值時，認為系統出現異常；

步驟6：將上述所述CPU模塊的檢測結果送入所述輸出模塊，用于顯示光伏電站故障診斷結果。