一种分布式光伏组串及组件IV特性曲线在线测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种分布式光伏组串及组件伏安(IV)特性曲线在线测量系统，其包括光伏组件无线电压传感器、光伏子阵列IV曲线扫描模块以及上位机数据管理中心。所述的光伏组件无线电压传感器检测组件电压、由超级电容和光伏组件进行供电、通过无线传感网络将电压数据传输给IV曲线扫描模块;IV特性曲线扫描模块对各个组件串进行分时IV曲线扫描，并触发组件的电压传感器进行同步电压数据采集实现组件IV曲线扫描，将组件和组件串的IV数据传输给上位机数据管理中心。本发明专利技术能够在线实时地获取精确的光伏组件串及组件的IV特性曲线数据，从而有效提高光伏发电阵列的测试、评估和诊断效率和准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏发电阵列检测领域，特别是一种分布式光伏组串及组件IV特性曲线在线测量系统。
技术介绍
由于光伏组件及阵列安装和工作在复杂的户外环境中，同时受到热循环、高湿度、紫外线，风激振等各种环境因素的作用，容易出现局部材料老化、性能下降、裂纹、开路或者短路等各种故障问题，故障的产生会降低电站的发电效率，严重时甚至会发生火灾，危害社会财产安全，为了尽可能地延长光伏发电系统的寿命、使其逼近理论的工作年限，以及提高光伏电站的发电效率，从而降低光伏发电的成本，提高电站的运营过程中的安全性，及时、有效和高效的光伏电站检测十分关键。光伏阵列伏安(IV)特性曲线的测量对于检测和诊断光伏阵列的工作状态和性能具有重要作用。随着世界各国光伏发电装机量的快速增长，光伏阵列的IV特性曲线测量技术近年来得到国内外越来越多的学者和相关机构的关注。近年来，多种光伏阵列IV曲线测量方法与技术相继被提出，主要有可变功率电阻器测量法，可变电子负载测量法，和动态电容充电测量法。可变功率电阻器测量法通过在光伏阵列中接入可变功率电阻器，人工改变电阻器的阻值，通过电压和电流表人工读取电压、电流值，实现IV曲线的现场测量，该方法耗时、耗力且效率低，不能实现自动IV曲线测量。可变电子负载测量法采用功率晶体管(如MOS功率管、IGBT功率管)作为电子负载，通过电路控制功率管的导通程度改变负载，并通过电压和电流传感器采样光伏阵列的输出电压和电流值实现IV曲线的测量。该方法可自动快速地获取精确的光伏阵列/组件的IV曲线，并可以灵活设置IV曲线扫描的电压步长和控制扫描时间。动态电容充电测量法是把电容作为光伏阵列/组件的可变负载，在光伏阵列对电容进行充电的过程中，通过电压、电流传感器采样光伏阵列/组件的输出电压和电流，从而获取IV特性曲线。该方法也可实现IV曲线的自动快速测量，然而扫描的过程难以灵活控制，当光伏阵列的功率较大时，需要用体积庞大的大容量电容器，导致整个测量系统体积、重量较大，不便于安装和携带。因此，基于可变电子负载的IV曲线测量方法应用较为广泛，本专利技术也采用基于IGBT的可变电子负载测量法。目前存在的IV曲线测量系统产品主要是与光伏阵列相脱离的便携式IV曲线测量仪器，以辅助检测人员对光伏阵列进行人工检测，无法实现对光伏阵列的在线实时IV曲线测量，检测效率仍然较为低下。为提高光伏阵列的IV特性曲线检测效率，研究其实时在线自动测量系统具有重要意义。目前已有的在线IV曲线测量技术研究主要针对整个光伏阵列，无法实现精细的组件串级和组件级别的在线IV曲线扫描，从而无法用于自动定位存在故障的光伏组件。针对上述光伏阵列在线IV曲线测量技术存在的不足，本专利技术提出一种基于两级无线传感网的分布式光伏组串及组件IV特性曲线在线测量系统，该系统能够自动在线实时获取光伏阵列中各个组件串以及各个组件的精确IV特性曲线。目前，公开发表的文献及专利中尚未见有本专利技术所提出的基于两级无线传感器网络的光伏组串及组件级别的分布式光伏IV特性曲线在线测量系统。
技术实现思路
针对现有的光伏阵列IV特性曲线在线测量技术存在的不足，本专利技术的目的在于设计一种基于两级无线传感网络的分布式光伏组串及组件IV特性曲线在线测量系统。该系统能够自动在线实时获取光伏子阵列中各个组件串以及各个组件的精确IV特性曲线，便于在不影响发电的情况下对光伏阵列进行自动在线定期精细检测，对于提升光伏电站的发电效率和维护效率具有重要作用。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种分布式光伏组串及组件IV特性曲线在线测量系统，其特征在于：包括光伏组件无线电压传感器、光伏子阵列IV曲线扫描模块以及数据管理上位机；所述光伏子阵列IV曲线扫描模块安装在光伏子阵列汇流箱，其负责对各个光伏组件串的进行IV特性曲线扫描，并实时监测各个组件串的工作电压和电流，以及环境的光照度和温度，并监测的数据通过无线方式上传至数据管理上位机；光伏组件无线电压传感器在光伏子阵列IV曲线扫描模块的触发下，以相同的采样率同步测量光伏组件的工作电压，由于同一组件串中各个串联组件的工作电流与组件串的电流一致，因此实现组件IV曲线的同步测量；数据管理上位机用于保存、查看和管理IV曲线数据。进一步的，所述光伏子阵列IV曲线扫描模块包括IGBT、第一电源管理模块、蓄电池、第一微处理器及与所述第一微处理器相连接的第一无线收发器、第二无线收发器、光照度传感器、温湿度传感器、放大器；所述放大器负输入与第一微处理器输出连接，正输入与光伏组件输出连接；所述放大器输出与IGBT基极连接；所述IGBT集电极与光伏组件输出连接，发射极接地；所述第一电源管理模块分别与光伏子阵列汇流箱输出端子、蓄电池连接。进一步的，所述的光伏子阵列IV曲线扫描模块采用单个的IGBT功率管作为光伏组串的电子负载；通过负反馈的方式实现对光伏组件串输出电压控制扫描；采用间歇脉冲方式施加电子负载，避免IGBT功率管过热而烧毁；采用隔离型的霍尔电压和电流传感器进行组串电压和电流检测；采用继电器分时扫描光伏子阵列中的每个光伏组件串的IV特性曲线、不影响子阵列中其它组件串的发电，同时采用未被扫描的组件串进行供电和对备用蓄电池充电。进一步的，所述光伏子阵列IV曲线扫描模块包括IGBT、继电器、电压传感器、电流传感、第一电源管理模块、蓄电池、第一微处理器及与所述第一微处理器相连接的第一无线收发器、第二无线收发器、光照度传感器、温湿度传感器、放大器；所述放大器负输入与第一微处理器输出连接，正输入与电压传感器输出连接；所述放大器输出与IGBT基极连接；所述IGBT集电极与电流传感器一端连接；电流传感器另一端与继电器一端连接；继电器另一端与与光伏组件输出连接，IGBT发射极接地；所述第一电源管理模块分别与光伏子阵列汇流箱输出端子、蓄电池连接。进一步的，光伏组件无线电压传感器通过精密电阻分压方式检测组件电压、由超级电容和光伏组件进行供电、通过无线传感网络将电压数据传输给光伏组件IV曲线扫描模块。进一步的，所述数据管理上位机与第四无线收发器连接；所述第一无线收发器、第三收发收发器匹配；所述第二无线收发器、第四收发收发器匹配。进一步的，所述第一无线收发器、第三收发收发器为nRF24l01无线收发器；第二无线收发器、第四收发收发器为CC2530Zigbee收发器。进一步的，光伏子阵列IV曲线扫描模块个数为N，N为不小于1的自然数，N取决于光伏子阵列的个数；光伏组件无线电压传感器个数为M，M为不小于2的自然数，M取决于组件串中的组件数。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术可实现实时在线的组件级和组件串级的分布式光伏阵列IV曲线扫描，还可实时监测组件级、组件串级和子阵列级的光伏阵列工作电压、电流，各个光伏组件的工作温度，以及各个汇流箱工作环境的光照度和温湿度，从而可以实现对整个光伏阵列的精细监测与测试。附图说明图1为本专利技术分布式光伏组串和组件IV特性测量系统的结构框图。图2为本专利技术光伏子阵列IV曲线扫描模块。图3为本专利技术IV特性曲线扫描模块的硬件原理图。图4为本专利技术光伏组件无线电压传感器的程序流程图。图5为本专利技术IV特性曲线扫描模块的程序流程图。图6为本专利技术nRF24L01无线收发器的发送和接收流程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光伏组串及组件IV特性曲线在线测量系统，其特征在于：包括光伏组件无线电压传感器、光伏子阵列IV曲线扫描模块以及数据管理上位机；所述光伏子阵列IV曲线扫描模块安装在光伏子阵列汇流箱，其负责对各个光伏组件串的进行IV特性曲线扫描，并实时监测各个组件串的工作电压和电流，以及环境的光照度和温度，并监测的数据通过无线方式上传至数据管理上位机；光伏组件无线电压传感器在光伏子阵列IV曲线扫描模块的触发下，以相同的采样率同步测量光伏组件的工作电压，由于同一组件串中各个串联组件的工作电流与组件串的电流一致，因此实现组件IV曲线的同步测量；数据管理上位机用于保存、查看和管理IV曲线数据。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光伏组串及组件IV特性曲线在线测量系统，其特征在于：包括光伏组件无线电压传感器、光伏子阵列IV曲线扫描模块以及数据管理上位机；所述光伏子阵列IV曲线扫描模块安装在光伏子阵列汇流箱，其负责对各个光伏组件串的进行IV特性曲线扫描，并实时监测各个组件串的工作电压和电流，以及环境的光照度和温度，并监测的数据通过无线方式上传至数据管理上位机；光伏组件无线电压传感器在光伏子阵列IV曲线扫描模块的触发下，以相同的采样率同步测量光伏组件的工作电压，由于同一组件串中各个串联组件的工作电流与组件串的电流一致，因此实现组件IV曲线的同步测量；数据管理上位机用于保存、查看和管理IV曲线数据。2.根据权利要求1所述的分布式光伏组串及组件IV特性曲线在线测量系统，其特征在于:所述光伏子阵列IV曲线扫描模块包括IGBT、第一电源管理模块、蓄电池、第一微处理器及与所述第一微处理器相连接的第一无线收发器、第二无线收发器、光照度传感器、温湿度传感器、放大器；所述放大器负输入与第一微处理器输出连接，正输入与光伏组件输出连接；所述放大器输出与IGBT基极连接；所述IGBT集电极与光伏组件输出连接，发射极接地；所述第一电源管理模块分别与光伏子阵列汇流箱输出端子、蓄电池连接。3.根据权利要求2所述的分布式光伏组串及组件IV特性曲线在线测量系统，其特征在于:所述的光伏子阵列IV曲线扫描模块采用单个的IGBT功率管作为光伏组串的电子负载；通过负反馈的方式实现对光伏组件串输出电压控制扫描；采用间歇脉冲方式施加电子负载，避免IGBT功率管过热而烧毁；采用隔离型的霍尔电压和电流传感器进行组串电压和电流检测；采用继电器分时扫描光伏子阵列中的每个光伏组件串的IV特性曲线、不影响子阵列中其它组件串的发电，同时采用未被扫描的组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志聪，吴丽君，林培杰，程树英，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35