分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)及其故障診斷方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，還涉及一種分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng) 的故障診斷方法，屬于光伏發(fā)電技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著全球氣候變暖，以化石燃料為主體的能源不斷消耗，對太陽能、水能、風能等 新能源的開發(fā)已成為當務之急。近幾年國內太陽能光伏產業(yè)迅速發(fā)展，全國已建或在建的 光伏電站數量也在迅速增加，如何全面而及時地對分布式電站進行有效的監(jiān)控，對其性能 進行精確的評估并實現故障診斷，已成為至關重要的問題。
[0003] 目前國內的分布式光伏電站分布分散，數據相互獨立，監(jiān)控界面簡單，功能單一， 不能準確直觀的反映系統(tǒng)的運行狀態(tài)，更不能智能的實現故障診斷。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)， 解決現有技術中分布式光伏電站監(jiān)控不便，不能準確反映系統(tǒng)運行狀態(tài)和故障診斷的技術 問題。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，包 括若干組分布式光伏陣列、與光伏陣列對應設置的數據監(jiān)測單元、數據采集單元、數據處理 單元和用于給各用電模塊供電的供電單元；所述光伏陣列設有直流信號輸出端，同時通過 逆變器引出有交流信號輸出端；所述數據監(jiān)測單元包括直流監(jiān)測單元和交流監(jiān)測單元：所 述直流監(jiān)測單元包括霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器，霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感 器分別用于采集直流信號輸出端的直流電壓信號和直流電流信號；所述交流監(jiān)測單元包括 用于采集逆變器輸出端交流電壓、交流電流、功率及電量信號的交流電量變送器；所述數據 采集單元包括CPU、存儲器、多種氣象傳感器、用于檢測光伏陣列中電池組件工作溫度的溫 度傳感器和與各傳感器對應設置的模數轉換器；所述氣象傳感器包括：輻照度傳感器、空 氣溫濕度傳感器、風速風向傳感器和氣壓傳感器；模數轉換器將對應傳感器輸出的模擬信 號轉換成標準電信號輸出至CPU，CPU將采集到的各路信號，加上時間標簽后，打包存儲到 與CPU連接的存儲器內；所述數據處理單元通過通信模塊與CPU雙向信號連接，數據處理單 元還與系統(tǒng)監(jiān)控終端無線連接；數據處理單元通過通信模塊從與CPU連接的存儲器內獲取 各路信號，結合數據處理單元的仿真結果通過光伏陣列捕獲損耗、系統(tǒng)損耗、電流比和電壓 比來進行故障分析、診斷，并將診斷結果發(fā)送至系統(tǒng)監(jiān)控終端。
[0006] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述供電單元包括輸入端與光伏陣列連接的寬電壓電 源控制器，所述寬電壓電源控制器設有5V和24V兩個供電輸出端，寬電壓電源控制器的輸 出端還連接有備用蓄電池；天氣晴朗時，光伏陣列通過寬電壓電源控制器給系統(tǒng)各用電模 塊供電，同時通過寬電壓電源控制器給備用蓄電池充電；陰雨天氣時，備用蓄電池通過寬電 壓電源控制器給系統(tǒng)各用電模塊供電。
[0007] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述系統(tǒng)監(jiān)控終端為監(jiān)控計算機或手機。
[0008] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述通信模塊為GPRS通信模塊。
[0009] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述存儲器為SD卡。
[0010] 與現有技術相比，本發(fā)明所提供的分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)可達到的有益效果 是：提供了一種分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，能夠實時準確的監(jiān)測光伏電站的工作狀態(tài)，對系 統(tǒng)故障進行診斷分析，并可通過無線網絡及時將故障信息發(fā)送到監(jiān)控計算機或手機等監(jiān)控 終端，達到有效監(jiān)控的目的；數據處理單元可進行故障診斷分析，實現對系統(tǒng)的性能和可靠 性評估，推動系統(tǒng)進一步優(yōu)化設計。
[0011] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的故障診斷方法，包括 以下步驟：
[0012] 步驟一：計算得到系統(tǒng)最終收益和光伏陣列收益：
【主權項】
1. 分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括若干組分布式光伏陣列、與光伏陣列對 應設置的數據監(jiān)測單元、數據采集單元、數據處理單元和用于給各用電模塊供電的供電單 元； 所述光伏陣列設有直流信號輸出端，同時通過逆變器引出有交流信號輸出端； 所述數據監(jiān)測單元包括直流監(jiān)測單元和交流監(jiān)測單元：所述直流監(jiān)測單元包括霍爾電 壓傳感器和霍爾電流傳感器，霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器分別用于采集直流信號輸 出端的直流電壓信號和直流電流信號；所述交流監(jiān)測單元包括用于采集逆變器輸出端交流 電壓、交流電流、功率及電量信號的交流電量變送器； 所述數據采集單元包括CPU、存儲器、多種氣象傳感器、用于檢測光伏陣列中電池組件 工作溫度的溫度傳感器和與各傳感器對應設置的模數轉換器；所述氣象傳感器包括：輻照 度傳感器、空氣溫濕度傳感器、風速風向傳感器和氣壓傳感器；模數轉換器將對應傳感器輸 出的模擬信號轉換成標準電信號輸出至CPU，CPU將采集到的各路信號，加上時間標簽后， 打包存儲到與CPU連接的存儲器內； 所述數據處理單元通過通信模塊與CPU雙向信號連接，數據處理單元還與系統(tǒng)監(jiān)控終 端無線連接；數據處理單元通過通信模塊從與CPU連接的存儲器內獲取各路信號，結合數 據處理單元的仿真結果通過光伏陣列捕獲損耗、系統(tǒng)損耗、電流比和電壓比來進行故障分 析、診斷，并將診斷結果發(fā)送至系統(tǒng)監(jiān)控終端。
2. 根據權利要求1所述的分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述供電單元包括 輸入端與光伏陣列連接的寬電壓電源控制器，所述寬電壓電源控制器設有5V和24V兩個供 電輸出端，寬電壓電源控制器的輸出端還連接有備用蓄電池； 天氣晴朗時，光伏陣列通過寬電壓電源控制器給系統(tǒng)各用電模塊供電，同時通過寬電 壓電源控制器給備用蓄電池充電；陰雨天氣時，備用蓄電池通過寬電壓電源控制器給系統(tǒng) 各用電模塊供電。
3. 根據權利要求1所述的分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)監(jiān)控終端 為監(jiān)控計算機或手機。
4. 根據權利要求1所述的分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述通信模塊為 GPRS通信模塊。
5. 根據權利要求1所述的分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲器為SD卡。
6. 分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一：計算得到系統(tǒng)最終收益和光伏陣列收益： 系統(tǒng)最終收益
其中：PW為系統(tǒng)額定功率；Eac; _s是交流電量變送器輸出的交流發(fā)電量； 光伏陣列收益：
其中t為采樣時間間隔，Id。_s為霍爾電流傳感器測得的直流電流值，Vd。_3為霍爾電 壓傳感器測得的直流電壓值，EA _S為計算得到光伏陣列直流電量值； 步驟二：利用數學模型分別建立光伏組件和逆變器效率仿真模型，通過實驗仿真得到 系統(tǒng)仿真最終收益和光伏陣列仿真收益： 系統(tǒng)仿真最終收益：
其中：Eac;sim是結合輻照度和電池組件溫度通過仿真實驗得到的系統(tǒng)額定功率； 光伏陣列仿真收益
其中：EAsim為結合輻照度和電池組件溫度通過仿真實驗得到的光伏陣列直流電量仿真 值； 步驟三：計算系統(tǒng)參考收益： 系統(tǒng)參考收益：
其中鞏為采樣時間內光伏陣列接收到的輻照量，G。為標準條件下輻照度，S卩1000W/m2 ； 步驟四：分別計算捕獲損耗和系統(tǒng)損耗的仿真值和測量值： 捕獲損耗仿真值：L。siD1=Y廣YAsiD1; 捕獲損耗測量值：LCmeas=Y,-YA_meas; 系統(tǒng)損耗仿真值：LssiD1=YASini-YfsiD1; 系統(tǒng)損耗測量值：Ls_meas=YA_meas-Yf_meas; 步驟五：給定判別依據： 定義ELf|Le__s-LesiIJ，若EL'EL。^則說明系統(tǒng)陣列沒有故障，否則，可判斷光伏 陣列直流側存在故障； 定義ELS= |LSmeas-LSsim |，若ELs〈ELSMf，則說明系統(tǒng)逆變器沒有故障，反之，則逆變器 存在故障； 其中：EL。#和ELS 均為參考誤差，其典型值取1. 8X10 _4; 步驟六：定義系統(tǒng)故障類型
|表示光伏陣列第i串的仿真電流與實測電流比；
表示光伏陣列第i串仿真電壓與實測電壓之比； 具體故障類型由下表確定：
o
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，包括光伏陣列、數據監(jiān)測單元、數據采集單元、數據處理單元和供電單元；數據監(jiān)測單元包括直流監(jiān)測單元和交流監(jiān)測單元：直流監(jiān)測單元包括霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器；交流監(jiān)測單元包括交流電量變送器；數據采集單元包括CPU、存儲器、多種氣象傳感器、檢測電池組件工作溫度的溫度傳感器和模數轉換器；數據處理單元通過通信模塊與CPU雙向信號連接，數據處理單元還與系統(tǒng)監(jiān)控終端無線連接；發(fā)明還提供一種分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的故障診斷方法，結合數據處理單元的仿真結果通過光伏陣列捕獲損耗、系統(tǒng)損耗、電流比和電壓比來進行故障分析、診斷，診斷方法簡單，診斷結果準確可靠。
【IPC分類】H02S50-00, H02S50-10
【公開號】CN104579166
【申請?zhí)枴緾N201510070468
【發(fā)明人】丁坤, 馮莉, 覃思宇, 王祥, 翟泉新, 陳富東, 顧鴻燁, 李元良, 江競宇
【申請人】河海大學常州校區(qū)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年2月10日