[发明专利]一种基于光伏物理模型的光伏发电故障诊断系统

说明书

技术领域

本发明涉及新能源控制领域，尤其是涉及一种基于光伏物理模型以及能量损耗分析的光伏发电故障诊断系统。

背景技术

进入新世纪以来，太阳能光伏发电作为一种可再生的清洁能源，成为低碳趋势下各国研究的热点。大型和小型的光伏发电系统被认为是最有前途的可再生能源形式之一。在光伏系统运行过程中，有许多因素会导致光伏系统输出低于正常值，如系统组件老化，系统组件故障，积灰或遮挡等。对上述运行状态中出现的故障若能够进行相应的诊断与警报，进而进行相应故障的排除，就能减少光伏系统因不正常运行而导致的能量损失，从而变相减少光伏系统全生命周期内的投入产出比。

故障诊断系统的存在能够保障光伏系统的正常运行。但不足的测试数据会使故障诊断基本无法实现，而过多的测试数据又会对测试仪表的种类及数量提出要求，从而增加系统复杂度及成本。因此构建一种所需参数少且易于获得，并且能准确对光伏系统运行状态进行诊断的光伏故障诊断系统，对于减少光伏系统不必要的能量损失是十分有益及必要的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于光伏物理模型的光伏发电故障诊断系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于光伏物理模型的光伏发电故障诊断系统，与待监控的光伏系统连接，其特征在于，所述的光伏发电故障诊断系统包括环境参数采集装置、光伏系统参数采集装置、信号转换器以及故障诊断子系统，

所述的环境参数采集装置每隔预定时间采集光伏系统环境参数，包括太阳辐照度、环境温度以及光伏背板温度，并输入至信号转换器；同时，所述的光伏系统参数采集装置每隔预定时间采集光伏系统实测参数，包括直流输出电流、直流输出电压以及交流输出功率，并输入至信号转换器；

所述的信号转换器将光伏系统环境参数和光伏系统实测参数进行转换后传递至故障诊断子系统；

所述的故障诊断子系统根据光伏系统模拟参数和光伏系统实测参数判断光伏系统当前的运行状态。

所述的故障诊断子系统包括依次连接的光伏物理模型、故障诊断单元及诊断结果输出单元，所述的光伏物理模型根据光伏系统环境参数和光伏系统实测参数计算得到光伏系统模拟参数，并输入至故障诊断单元，所述的故障诊断单元根据光伏系统模拟参数和光伏系统实测参数判断光伏系统当前的运行状态，将诊断结果输出至诊断结果输出单元，所述的诊断结果输出单元将诊断结果输出显示，并在光伏系统发生故障时发出警报。

所述的光伏系统包括依次连接的光伏阵列、逆变器和电网，所述的光伏阵列包括多个连接的光伏板，所述的光伏板是单晶硅光伏板、多晶硅光伏板或薄膜光伏板。

所述的环境参数采集装置包括互相连接的环境参数采集传感器和环境参数采集单元，所述的环境参数采集单元与信号转换器连接，所述的环境参数采集传感器包括辐照度仪、测试环境温度热电偶及测试光伏背板温度热电偶，所述的测试光伏背板温度热电偶与所述的光伏板连接。

所述的光伏系统参数采集装置包括互相连接的光伏系统参数测试电表和光伏系统参数采集单元，所述的光伏系统参数采集单元与信号转换器连接，所述的光伏系统参数测试电表包括直流电流表、直流电压表以及交流功率表，所述的直流电流表一端与光伏阵列连接，另一端与逆变器连接，所述的直流电压表并联于光伏阵列和逆变器之间，所述的交流功率表分别与逆变器和电网连接。

所述的光伏物理模型包括光伏电池模型、光伏电池老化模型以及逆变器模型，所述的光伏系统环境参数依次经过光伏电池模型和光伏电池老化模型计算后得到光伏阵列模拟参数，所述的光伏阵列模拟参数包括模拟直流电流、模拟直流电压以及模拟交流功率，所述的光伏系统实测参数经过逆变器模型计算后得到模拟逆变器输出功率，所述的光伏阵列模拟参数和模拟逆变器输出功率均输入至故障诊断单元。

本发明在光伏系统运行时，逆变器将光伏阵列输出的直流电能经其内部的控制电路对直流电进行相应处理后输出符合电网要求的交流电并入电网；环境参数采集装置每隔一段预设时间采集太阳辐照度、环境温度及光伏背板温度信号，并经信号转换器转换后将这三个环境参数传递给故障诊断子系统；同时，光伏系统参数采集装置以同样的时间间隔采集直流输出电流、直流输出电压及交流输出功率信号，并经信号转换器转换后将这三个光伏系统参数传递给故障诊断子系统；故障诊断子系统根据所得参数进行计算及故障情况判断，并将结果进行输出。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：