基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法，它包括：步骤1、利用光伏阵列运行在最大功率点的信息计算光伏阵列中所处位置的太阳实际辐照度G和温度T

【技术实现步骤摘要】
基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法


[0001]本专利技术属于光伏阵列故障诊断
；尤其涉及一种基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法。

技术介绍

[0002]根据光伏电站的直流母线是否接地，可分为接地型光伏系统和不接地型光伏系统。接地型光伏系统的直流母线负极通过接地故障检测隔离(Ground fault detection and interruption,GFDI)熔断器装置与大地相连，GFDI通常使用普通的保险丝来完成光伏组件的简单过流保护，对于光伏阵列和组件的保护存在盲区，并且保护的灵敏性和可靠性都得不到保证，受故障位置的影响，发生故障时，流过光伏阵列的故障电流经常远远小于GFDI熔断器的熔断电流，导致熔断器无法动作。非接地型光伏系统通常使用残余电流检测装置(Residual current devices,RCDs)采集光伏电站的直流正负极母线电流之差作为动作信号来控制逆变器，以便实现光伏阵列故障隔离，RCDs的保护性能与GFDI相似，同样存在保护盲区。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题：提供一种基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法，以解决现有技术光伏阵列和组件的保护存在盲区，并且保护的灵敏性和可靠性都得不到保证等技术问题。
[0004]本专利技术技术方案：
[0005]一种基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法，
[0006]它包括：
[0007]步骤1、利用光伏阵列运行在最大功率点的信息计算光伏阵列中所处位置的太阳实际辐照度G和温度T
C
；
[0008]步骤2、利用光伏组件在标准测试条件下的物理参数值，计算在太阳实际辐照度G和温度T
C
下的光伏组件实际物理参数值；
[0009]步骤3、计算发生最小不匹配度故障时的光伏组件电流突变量；
[0010]步骤4、结合最小不匹配度故障时的光伏组件电流变化量对光伏阵列进行故障检测。
[0011]步骤1所述计算光伏阵列中所处位置的实际太阳辐照度和温度的方法为：光伏逆变器的MPPT算法使得太阳能电池的输出功率为最大值，即P
mpp
＝V
mpp
I
mpp
，V
mpp
和I
mpp
分别为光伏电池在输出功率最大时所对应的电压和电流；在标准测试条件下辐照度为G
STC
＝1000W/m2，温度为T
C,STC
＝25℃，在AM1.5的光谱条件下光伏电池的最大输出功率表达式为P
mpp,STC
＝V
mpp,STC
I
mpp,STC
，式中V
mpp,STC
和I
mpp,STC
分别为标准测试条件下最大功率点所对应的输出电压和输出电流；
[0012]光伏电池在最大功率点的电流I
mpp
与太阳辐照度的关系表达式系为：
[0013][0014]G和G
STC
分别为光伏阵列所在位置的实际辐照度和标准辐照度；由公式(1)得出：
[0015][0016]光伏电池最大功率点的功率与温度之间的关系式为：
[0017][0018]式(3)中，γ为最大功率点的温度系数，由式(3)得出：
[0019][0020]根据公式(2)和(4)实时计算得出光伏阵列所在处的实际辐照度G和温度T
C
。
[0021]所述计算在太阳实际辐照度G和温度T
C
下的光伏组件实际物理参数值的方法为：
[0022]建立太阳能电池组件的输出电流表达式：
[0023][0024][0025]式中a＝nN
s
kT
C
/q；I0为反向饱和电流；n为二极管影响因子；q为电子电荷常数；k为玻尔兹曼常数；T
C
为开氏温度；N
s
为每个光伏组件中光伏电池串联数；
[0026]在太阳实际辐照度G和温度T
C
下认为串联电阻R
s
和极管影响因子n保持不变，则I
ph
、I0和R
sh
参数的计算公式为：
[0027][0028][0029][0030]α
ISC
为光伏组件短路电流的温度系数。
[0031]步骤3所述最小不匹配度是指：组串中只有一个组件被短接或者两个组串间的故障位置只差1个光伏组件。
[0032]步骤3所述计算发生最小不匹配度故障时的光伏组件电流突变量的方法为：
[0033]设N为光伏阵列组串的数量，I
PV1
,
…
,I
PVN
为光伏阵列中相应组串的输出电流；当光伏阵列发生最小不匹配度故障时，故障组串中单个非故障光伏组件的电压为：
[0034][0035]式(10)中M为每个组串中的光伏组件的数目，V
set
为光伏阵列的电压互感器测量值；根据此时的光伏组件电压V
pv
计算该时刻光伏组件的输出电流，采用lambert W函数变换为显性函数为：
[0036][0037][0038]式(12)中W(X)是lambert W函数，I
PVf
代表假想发生最小不匹配接地故障后的理论输出电流；根据式(10)～(12)计算出光伏阵列发生最小不匹配度故障时故障组串中的输出电流；
[0039]当光伏组串中发生最小不匹配度故障时电流突变量为：
[0040]ΔI
cal
＝abs(I
PVf
‑
I
PV0
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0041]式(13)中的I
PV0
为对应组串正常时的输出电流。
[0042]步骤4所述结合最小不匹配度故障时的光伏组件电流变化量对光伏阵列进行故障检测的方法为：采集光伏阵列每个组串中首端电流互感器的电流值，并计算电流突变量值，当电流突变量值满足要求时即判为该组串故障。
[0043]判断组串故障的具体方法为：采用某段时间内电流突变量的积分来构成判据，假设时间窗内的电流采样点数为N
u
，则电流突变量的计算公式为：
[0044]ΔI
PV
(j)＝I
PV
(j)
‑
I
PV
(j
‑
N
u
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0045]判据如下式：
[0046][0047]式中K
rel
为可靠系数，当光伏阵列中的某一组串电流判据满足式(15)时，则判断出该光伏组串发生了接地或组串间故障；否则，判断光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法，它包括：步骤1、利用光伏阵列运行在最大功率点的信息计算光伏阵列中所处位置的太阳实际辐照度G和温度T
C
；步骤2、利用光伏组件在标准测试条件下的物理参数值，计算在太阳实际辐照度G和温度T
C
下的光伏组件实际物理参数值；步骤3、计算发生最小不匹配度故障时的光伏组件电流突变量；步骤4、结合最小不匹配度故障时的光伏组件电流变化量对光伏阵列进行故障检测。2.根据权利要求1所述的一种基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法，其特征在于：步骤1所述计算光伏阵列中所处位置的实际太阳辐照度和温度的方法为：光伏逆变器的MPPT算法使得太阳能电池的输出功率为最大值，即P
mpp
＝V
mpp
I
mpp
，V
mpp
和I
mpp
分别为光伏电池在输出功率最大时所对应的电压和电流；在标准测试条件下辐照度为G
STC
＝1000W/m2，温度为T
C,STC
＝25℃，在AM1.5的光谱条件下光伏电池的最大输出功率表达式为P
mpp,STC
＝V
mpp,STC
I
mpp,STC
，式中V
mpp,STC
和I
mpp,STC
分别为标准测试条件下最大功率点所对应的输出电压和输出电流；光伏电池在最大功率点的电流I
mpp
与太阳辐照度的关系表达式系为：G和G
STC
分别为光伏阵列所在位置的实际辐照度和标准辐照度；由公式(1)得出：光伏电池最大功率点的功率与温度之间的关系式为：式(3)中，γ为最大功率点的温度系数，由式(3)得出：根据公式(2)和(4)实时计算得出光伏阵列所在处的实际辐照度G和温度T
C
。3.根据权利要求1所述的一种基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法，其特征在于：所述计算在太阳实际辐照度G和温度T
C
下的光伏组件实际物理参数值的方法为：建立太阳能电池组件的输出电流表达式：建立太阳能电池组件的输出电流表达式：式中a＝nN
s
kT
C
/q；I0为反向饱和电流；n为二极管影响因子；q为电子电荷常数；k为玻尔兹曼常数；T
C
为开氏温度；N
s
为每个光伏组件中光伏电池串联数；
在太阳实际辐照度G和温度T
C
下认为串联电阻R
s
和极管影响因子n保持不变，则I
ph
、I0和R
sh
参数的计算公式为：参数的计算公式为：参数的计算公式为：α
ISC
为光伏组件短路电流的温度系数。4.根据权利要求1所述的一种基于最小...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆明，李伟，
申请(专利权)人：贵州理工学院，
类型：发明
国别省市：