[发明专利]一种具有最大功率的光伏电站故障检测装置

权利要求书

1.一种具有最大功率的光伏电站故障检测装置，利用复杂的伏安特性方程和二分法实现，其特征在于：所述具有最大功率的光伏电站故障检测系统包括：光伏阵列、采样模块、CPU模块、PWM驱动模块、Boost升压模块、输出模块、以及负载/逆变器模块；所述采样模块的输入端与所述光伏阵列输出端连接，所述采样模块的输出端与所述CPU模块输入端连接，所述CPU模块输出端与所述PWM驱动模块输入端以及所述输出模块输入端连接，所述PWM驱动模块输出端与所述Boost升压模块输入端连接，所述Boost升压模块输出端与所述负载/逆变器模块输入端连接；

所述采样模块包括电压采样模块和电流采样模块，电压采样模块和电流采样模块分别与所述光伏阵列输出端连接，用于实时采集光伏阵列的输出电压和输出电流，并发送给CPU模块；

所述Boost升压模块包括MOSFET开关管，所述MOSFET开关管的输入端与所述PWM驱动模块的输出端连接；

所述CPU模块采用复杂的非线性伏安特性方程、电池板在标准状态下的参数值、两次采集电压和电流值，结合二分法进行数值计算，从而得出当前的短路电流、开路电压、温度以及最大功率点的电压和电流值；通过计算出的串联电阻、温度、短路电流、开路电压以及最大功率点的电压值，判断是否出现故障以及故障类型；具体包括如下步骤：

步骤1：计算不变参数R_s、k₀

(1)根据包括串联电阻R_s的伏安特性曲线方程：

式中：U为电池板电压值，I为电池板电流值，T是电池板的绝对温度，I_ph为光生电流，R_s为串联电阻；

(2)电池板的系统标定值：在标准日照和温度的条件下，最大输出功率P_max0、最大工作电压U_pm0、最大工作电流I_pm0、开路电压U_oc0、短路电流I_sc0的值；

(3)根据在最大功率点处，令I_pv＝I_ph+I₀，则：

其中参数T₀为标准状态下的温度值；

(4)在标准状态下，将电池板参数值代入到上述的伏安曲线方程中，令：联立公式(2)，推导出只有一个未知数I_pv的一维方程：

(5)方程(3)中只有一个未知数I_pv＝I_ph+I₀，根据I_ph和I₀的取值范围，确定出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)令则求出：

(7)则求出：

步骤2：计算当前短路电流I_sc、开路电压U_oc和温度值

(1)根据所述采样模块检测当前的电流和电压值，得出电压值u₁，电流值i₁；改变所述PWM驱动模块占空比的值，根据所述采样模块再次检测电流和电压值，得出电压值u₂，电流值i₂；上述检测过程需要在极短的时间内完成，将得出的电流和电压值送入所述CPU模块；

(2)代入到上述的伏安曲线方程(1)中，推导出只有一个未知数I_sc的一维方程，采用二分法求解出I_sc的值，从而得出当前温度T以及开路电压U_oc的值；

步骤3：计算最大功率点电压值U_pm和电流值I_pm

(1)推导出只有一个未知数I_pm的一维方程：

(2)根据I_sc/2I_pmI_sc，采用二分法求解此方程，则得出最大功率点电流I_pm的值，再根据公式：

则计算出最大功率点电压值U_pm；

步骤4：将计算得出的最大功率点电压值U_pm转换成相应占空比的值，赋值给所述PWM驱动模块；

步骤5：对光伏电站进行故障检测

(1)通过当前的电流和电压值，上述计算出的串联电阻R_s、温度T、开路电压U_oc、短路电流I_sc、最大功率点的电压u_pm以及电流I_pm值，判断是否出现故障以及故障类型；检测的故障类型包括：开路、短路、虚阴影遮挡、实阴影遮挡、老化、隐裂或碎片、光伏热斑；

(2)在系统正常情况下，采用步骤1、步骤2、步骤3计算出串联电阻R_s、温度T、最大功率点电压、最大功率点电流参数值，以及当前的电压U和电流I值，做为用于检测的标准值；

(3)在当前状况下，采用步骤1、步骤2、步骤3计算出串联电阻R_s、温度T、最大功率点电压、最大功率点电流参数值，以及当前的电压U和电流I值，做为待检测值；

(4)比较待检测值与标准值的误差，超出指定阈值时，认为系统出现异常；

步骤6：将上述所述CPU模块的检测结果送入所述输出模块，用于显示光伏电站故障诊断结果。