一种在非均匀辐照度下的光伏组串故障诊断方法技术

本发明专利技术一种在非均匀辐照度下的光伏组串故障诊断方法，在多变天气引起光伏组串中辐照度不一致的情况下，首先通过多点布设的辐照度传感器和温度传感器测量不同位置的光伏组件环境参数，利用光伏电池等效电路模型对光伏电流、电压和输出功率进行理论估算。同时，在光伏组串的汇流箱处，测量实际的光伏电流、电压和输出功率。然后对开路故障和短路故障进行故障编码，得到关于故障编码的理论输出功率函数。最后以光伏组串理论输出功率与实际输出功率之差的绝对值为优化目标，利用具有快速开采和勘察性能的强化烟花算法对目标函数进行优化，实现光伏组串的故障诊断与定位。本发明专利技术能够使得光伏电站运行维护的工作人员及时对发生故障的光伏组件安排检修。

【技术实现步骤摘要】
一种在非均匀辐照度下的光伏组串故障诊断方法
本专利技术涉及一种光伏组串故障诊断方法，具体涉及一种在非均匀辐照度下的光伏组串故障诊断方法。
技术介绍
随着化石燃料等传统能源的日益枯竭，以及环境污染问题越来越突出，人类对新能源的需求越来迫切。太阳能具有清洁环保、安全可靠、可持续发展等优点，是比较理想的可再生新能源。目前，光伏发电是一种有效的将太阳能转化为电能的技术，能够有效地缓解能源危机和改善环境污染问题。光伏阵列作为光伏发电系统的重要组成部分，理论上其平均寿命可达20～30年，但是实际的工程应用中，光伏组件会遇到诸如封装工艺、使用环境恶劣、热斑现象、机械损伤、电路故障(开路和短路)等问题，使得光伏组件正常使用寿命大大缩短。其中，光伏组串的短路(SC)故障和开路(OC)故障对光伏发电的正常运行影响严重，甚至威胁整个光伏电站的安全。因此，实时监控光伏阵列的运行状态并且及时发现故障、定位故障是十分有必要的。在传统的光伏阵列故障检测方式中，有离线检测和在线检测。离线检测由于需要在光伏发电系统整体停运之后才能实施，但是光伏电站需要持续投运来保障供电的稳定性和连续性。因此，离线故障检测在实际中很少大规模使用。在线检测一般有基于数学模型的光伏阵列故障检测方法和基于智能的光伏阵列故障诊断系统，这些方法不仅数学模型复杂、计算量大、实时性能差，并且在多变的环境因素影响下，存在故障诊断准确率低和故障误报率高的缺点，从而加重了现场运维人员的工作强度，甚至发生严重的故障漏报情况，直接影响了光伏发电系统的效益和安全稳定性。工程实际中，如何高效及时地对光伏组串的工作状态进行分析，快速确定光伏故障类型和位置是一个亟待解决的问题，也是今后光伏电站运行维护的重要内容。
技术实现思路
为了克服上述现有故障诊断技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于强化烟花算法的在非均匀辐照度下的光伏组串故障诊断方法。本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种在非均匀辐照度下的光伏组串故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1：针对共有N块组件的光伏组串，采集光伏组串的输出功率PMeasured、电压VMeasured和电流IMeasured，以及光伏组串中组件i的辐照度Gi和组件温度Ti；步骤2：根据光伏等效电路模型以及采集的辐照度Gi和组件温度Ti计算得到光伏组串中组件i的理论最大输出功率；步骤3：计算光伏组串理论输出功率PArray；即光伏组串输出功率等于光伏组串中光伏组件输出功率的总和；步骤4：确定故障阈值ε，并判断光伏组串是否有一异常；如果PMeasured+ε＜PArray，则说明组串运行异常，进行步骤5；否则说明组串无异常；步骤5：建立故障等效模型；针对光伏发电系统中的短路故障和开路故障，这两种近似为一种开关模型，短路故障发生时等效为光伏板并联二极管被短路，即等效为光伏板并联一个闭合的开关K1；开路时则等效为光伏输出串联一个断开的开关K2，切断了光伏板对外输出通路；而正常运行情况则相当于开关K1断开，开关K2闭合；步骤6：构建适应度函数，用来表征每一朵烟花的适应度大小，该适应度的值决定了烟花散发出的火花数量和爆炸半径；Fitness＝f(NSC,NOC,SC,OC)＝|PMeasured-PArray|则利用强化烟花算法优化的目标是：minf(NSC,NOC,SC,OC)＝|PMeasured-PArray|其中NSC为短路故障个数，NOC为开路故障个数；步骤7：初始化烟花种群，在可行域空间中随机选择M′个烟花作为初步迭代烟花种群，并初始化最大迭代次数iter；步骤8：计算烟花种群中烟花i的适应度大小Fitnessi；然后进行归一化处理，得到将保留种群中的M个群体进行下一步操作；步骤9：设计爆炸算子，根据每一个位置为(NSC,NOC,SC,OC)i烟花个体的适应度大小，计算该烟花的爆炸初始半径R＝ρ·Fitness，其中ρ为爆炸半径伸缩系数，该系数由可行域的具体大小范围确定，算式表明适应度越小的为更优的烟花，则其爆炸范围将减小，进行细化搜索；而适应度大的烟花爆炸半径大，进行广度开采；同理根据烟花个体适应度大小，计算爆炸火花个数其中θ为爆炸火花数伸缩系数，该系数由烟花种群的大小确定，同时再添加一个0均值的正态随机数；从而每一个火花的半径为Ri＝R+N(0,σR)，增加随机数是为了提高火花的多样性，同时产生一个均匀分布生成的方向角θi＝U(0,2)；到此，得到火花i的位置为：(NSC,NOC,SC,OC)′i＝(NSC,NOC,SC,OC)i＋(NSC,NOC,(Ricosθi)bin,(Risinθi)bin)i其中，(Ricosθi)bin表示将实数Ricosθi转为N位二进制形式，并提取为“1”的位号组成集合SC；同理(Risinθi)bin将实数Risinθi转为N位二进制形式，并提取为“1”的位号组成集合OC；步骤10：设计高斯变异算子，为增加火花纵向多样性，对烟花爆发出的火花进行高斯变异操作，即选择n′＜n个火花作为变异种群进行高斯变异，也就是Ri＝N(R,σR)；其中这里第i在火花变异种群中；从而变异的火花位置为(NSC,NOC,SC,OC)′i＝N(R,σR)×(NSC,NOC,SC,OC)i；步骤11：设计火花碰撞算子，强化烟花爆发过程中火花的多样性，即烟花在爆炸过程中，不同的火花碰撞将产生新的火花；即父辈火花(NSC,NOC,SC,OC)1和(NSC,NOC,SC,OC)2碰撞产生子辈火花(NSC,NOC，SC,OC)′1和(NSC,NOC,SC,OC)′2；首先随机产生一个0到1之间的随机数n，再利用多项式概率分布生成两个随机数γ1和γ2，其中ηc是一个非负数；从而得出子辈火花为：(NSC,NOC,SC,OC)p1＝0.5[((NSC,NOC,SC,OC)2+(NSC,NOC,SC,OC)1)-γ1(|(NSC,NOC,SC,OC)2-(NSC,NOC,SC,OC)1|)](NSC,NOC,SC,OC)p2＝0.5[((NSC,NOC,SC,OC)2+(NSC,NOC,SC,OC)1)-γ2(|(NSC,NOC,SC,OC)2-(NSC,NOC,SC,OC)1|)]步骤12：选择下一代火花作为下一步迭代的烟花；步骤13：判断终止条件；如果f((NSC,NOC,SC,OC)k)≤ε，获取VArray和IArray，如果VMeasure＝VArray且IMeasure＝IArray，则终止，给出故障编码并解码，即在非均匀辐照度下产生相同功率、电流、电压的情况下，说明模型计算出的故障类型跟实际情况相一致，即诊断故障为开路故障或短路故障；否则，进行下一步迭代，转步骤8；若迭代此处超出最大迭代次数限制iter，则终止，说明故障类型为非开路故障或短路故障，即为高损耗异常。本专利技术进一步的改进在于，该光伏组串故障方法采用Si-01TC-T辐照度传感器和光伏监控系统收集相关数据，并对开路故障和短路故障进行二进制等效编码，利用增强烟花算法进行优化求解。本专利技术进一步的改进在于，步骤2中，计算公式如下：其中，是组件i的输出电流，是组件i的输出功率，为组件i中并联的模块数，为组件i中串联的模块数，为组件i中模块光生电流，为组件i中模块并联二极管反向饱和电流，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在非均匀辐照度下的光伏组串故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：针对共有N块组件的光伏组串，采集光伏组串的输出功率PMeasured、电压VMeasured和电流IMeasured，以及光伏组串中组件i的辐照度Gi和组件温度Ti；步骤2：根据光伏等效电路模型以及采集的辐照度Gi和组件温度Ti计算得到光伏组串中组件i的理论最大输出功率；步骤3：计算光伏组串理论输出功率PArray；即光伏组串输出功率等于光伏组串中光伏组件输出功率的总和；步骤4：确定故障阈值ε，并判断光伏组串是否有一异常；如果PMeasured+ε＜PArray，则说明组串运行异常，进行步骤5；否则说明组串无异常；步骤5：建立故障等效模型；针对光伏发电系统中的短路故障和开路故障，这两种近似为一种开关模型，短路故障发生时等效为光伏板并联二极管被短路，即等效为光伏板并联一个闭合的开关K1；开路时则等效为光伏输出串联一个断开的开关K2，切断了光伏板对外输出通路；而正常运行情况则相当于开关K1断开，开关K2闭合；步骤6：构建适应度函数，用来表征每一朵烟花的适应度大小，该适应度的值决定了烟花散发出的火花数量和爆炸半径；Fitness＝f(NSC，NOC，SC，OC)＝|PMeasured‑PArray|则利用强化烟花算法优化的目标是：minf(NSC，NOC，SC，OC)＝|PMeasured‑PArray|...

【技术特征摘要】
1.一种在非均匀辐照度下的光伏组串故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：针对共有N块组件的光伏组串，采集光伏组串的输出功率PMeasured、电压VMeasured和电流IMeasured，以及光伏组串中组件i的辐照度Gi和组件温度Ti；步骤2：根据光伏等效电路模型以及采集的辐照度Gi和组件温度Ti计算得到光伏组串中组件i的理论最大输出功率；步骤3：计算光伏组串理论输出功率PArray；即光伏组串输出功率等于光伏组串中光伏组件输出功率的总和；步骤4：确定故障阈值ε，并判断光伏组串是否有一异常；如果PMeasured+ε＜PArray，则说明组串运行异常，进行步骤5；否则说明组串无异常；步骤5：建立故障等效模型；针对光伏发电系统中的短路故障和开路故障，这两种近似为一种开关模型，短路故障发生时等效为光伏板并联二极管被短路，即等效为光伏板并联一个闭合的开关K1；开路时则等效为光伏输出串联一个断开的开关K2，切断了光伏板对外输出通路；而正常运行情况则相当于开关K1断开，开关K2闭合；步骤6：构建适应度函数，用来表征每一朵烟花的适应度大小，该适应度的值决定了烟花散发出的火花数量和爆炸半径；Fitness＝f(NSC，NOC，SC，OC)＝|PMeasured-PArray|则利用强化烟花算法优化的目标是：minf(NSC，NOC，SC，OC)＝|PMeasured-PArray|其中NSC为短路故障个数，NOC为开路故障个数；步骤7：初始化烟花种群，在可行域空间中随机选择M′个烟花作为初步迭代烟花种群，并初始化最大迭代次数iter；步骤8：计算烟花种群中烟花i的适应度大小Fitnessi；然后进行归一化处理，得到将保留种群中的M个群体进行下一步操作；步骤9：设计爆炸算子，根据每一个位置为(NSC，NOC，SC，OC)i烟花个体的适应度大小，计算该烟花的爆炸初始半径R＝ρ·Fitness，其中ρ为爆炸半径伸缩系数，该系数由可行域的具体大小范围确定，算式表明适应度越小的为更优的烟花，则其爆炸范围将减小，进行细化搜索；而适应度大的烟花爆炸半径大，进行广度开采；同理根据烟花个体适应度大小，计算爆炸火花个数其中θ为爆炸火花数伸缩系数，该系数由烟花种群的大小确定，同时再添加一个0均值的正态随机数；从而每一个火花的半径为Ri＝R+N(0，σR)，增加随机数是为了提高火花的多样性，同时产生一个均匀分布生成的方向角θi＝U(0，2π)；到此，得到火花i的位置为：(NSC，NOC，SC，OC)′i＝(NSC，NOC，SC，OC)i+(NSC，NOC，(Ricosθi)bin，(Risinθi)bin)i其中，(Ricosθi)bin表示将实数Ricosθi转为N位二进制形式，并提取为“1”的位号组成集合SC；同理(Risinθi)bin将实数Risinθi转为N位二进制形式，并提取为“1”的位号组成集合OC；步骤10：设计高斯变异算子，为增加火花纵向多...

【专利技术属性】
技术研发人员：王靖程，陈仓，姚玲玲，牛瑞杰，敖海，王建峰，许国泽，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，华能集团技术创新中心有限公司，华能金昌光伏发电有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61