CN205792451U - 一种光伏并网***的故障检测装置 - Google Patents

一种光伏并网***的故障检测装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种光伏并网***的故障检测装置，其包括光伏阵列、电能转换模块、对比检测模块和故障检测模块，由光伏阵列将太阳光能转换为直流电能并输出至电能转换模块；电能转换模块将直流电能转换为交流电能并将当前光伏阵列的实际输出功率发送到故障检测模块；对比检测模块检测当前环境的温度和日照强度并发送到故障检测模块；故障检测模块根据当前环境的温度、日照强度和电能转换模块的效率计算得出光伏阵列的预计输出功率，并将所述预计输出功率与实际输出功率对比，输出检测结果，能通过对比光伏阵列的实际输出功率和预计输出功率，判断当前光伏并网***是否工作异常，实现了光伏并网***的实时故障检测，大大提高了其工作的安全性。

Description

一种光伏并网***的故障检测装置
技术领域
本实用新型涉及光伏并网***技术领域，特别涉及一种光伏并网***的故障检测装置。
背景技术
随着环境问题的日益突出，传统广域大电网稳定性、可靠性、安全性运行的问题的涌现，迫使人们将注意力转向清洁、绿色的可再生能源的利用。太阳能光伏产业具有巨大的市场潜力和发展空间，不仅在过去10年中一直保持着超过50%的发展速度，在未来10年里还将持续快速的扩张。
随着分布式光伏发电***建设的数量和规模的快速扩张，光伏***的维护越来越成为运营机构的一项沉重的负担。由于光伏***通常在无人值守的情况下运行，***故障的发生可能会导致整个***输出功率及效率降低，严重时影响整个***的运行，因此如何自动实时监测光伏发电***的运行状况是亟需解决的问题。
因而现有技术还有待改进和提高。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种光伏并网***的故障检测装置，能通过对比光伏阵列的实际输出功率和根据当前环境计算的预计输出功率，判断当前光伏并网***是否工作异常，实现了光伏并网***的实时故障检测，大大提高了其工作的安全性。
为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：
一种光伏并网***的故障检测装置，包括光伏阵列，其还包括电能转换模块、对比检测模块和故障检测模块，由光伏阵列将太阳光能转换为直流电能并输出至电能转换模块；电能转换模块将直流电能转换为交流电能并将当前光伏阵列的实际输出功率发送到故障检测模块；对比检测模块检测当前环境的温度和日照强度并发送到故障检测模块；故障检测模块根据当前环境的温度、日照强度和电能转换模块的效率计算得出光伏阵列的预计输出功率，并将所述预计输出功率与实际输出功率对比，输出检测结果。
所述的光伏并网***的故障检测装置中，所述电能转换模块包括MPPT控制器和光伏并网逆变器，由光伏并网逆变器将所述直流电能转换为交流电能输出至交流输出端，并将光伏并网逆变器的转换效率发送到故障检测模块；由MPPT控制器检测光伏阵列当前的实际输出功率并发送到故障检测模块，同时将MPPT控制器的控制效率也发送到故障检测模块。
所述的光伏并网***的故障检测装置中，所述对比检测模块包括用于检测当前环境温度的温度传感器和用于检测当前日照强度的标准太阳能电池，所述温度传感器和标准太阳能电池均与故障检测模块电连接。
所述的光伏并网***的故障检测装置中，所述故障检测模块包括预估单元和对比单元，由预估单元根据当前环境的温度、日照强度、光伏并网逆变器的转换效率和MPPT控制器的控制效率计算得出光伏阵列的预计输出功率并输出至对比单元；对比单元将所述预计输出功率与实际输出功率对比，根据所述预计输出功率和实际输出功率的大小判断当前光伏并网***是否工作正常。
所述的光伏并网***的故障检测装置中，所述预估单元包括MCU，所述对比单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、变阻器、第一电容、第二电容、第一运算放大器、第二运算放大器、第一指示灯和第二指示灯，所述第一电阻的一端连接MCU的(OC1A)PD5端，所述第一电阻的另一端通过变阻器的两个接线端连接VCC供电端、还通过第一电容接地；所述变阻器的滑片端连接第一运算放大器的正输入端和第二运算放大器的负输入端；所述第一运算放大器的负输入端和所述第二运算放大器的正输入端通过第二电容连接MCU的GND端、还通过第四电阻连接MCU的(OC1B)PD4端；所述第一运算放大器的输出端通过第二电阻连接第一指示灯的负极和第二指示灯的正极；所述第二运算放大器的输出端通过第三电阻连接第一指示灯的正极和第二指示灯的负极。
所述的光伏并网***的故障检测装置中，所述MCU采用型号为ATMEGA16-16PU的处理器。
所述的光伏并网***的故障检测装置中，所述标准太阳能电池采用型号为NBET-RC22的标准太阳能电池。
相较于现有技术，本实用新型提供的光伏并网***的故障检测装置包括光伏阵列、电能转换模块、对比检测模块和故障检测模块，由光伏阵列将太阳光能转换为直流电能并输出至电能转换模块；电能转换模块将直流电能转换为交流电能并将当前光伏阵列的实际输出功率发送到故障检测模块；对比检测模块检测当前环境的温度和日照强度并发送到故障检测模块；故障检测模块根据当前环境的温度、日照强度和电能转换模块的效率计算得出光伏阵列的预计输出功率，并将所述预计输出功率与实际输出功率对比，输出检测结果，能通过对比光伏阵列的实际输出功率和根据当前环境计算的预计输出功率，判断当前光伏并网***是否工作异常，实现了光伏并网***的实时故障检测，大大提高了其工作的安全性。
附图说明
图1 为本实用新型提供的光伏并网***的故障检测装置的原理图。
具体实施方式
本实用新型提供一种光伏并网***的故障检测装置，能通过对比光伏阵列的实际输出功率和根据当前环境计算的预计输出功率，判断当前光伏并网***是否工作异常，实现了光伏并网***的实时故障检测，大大提高了其工作的安全性。
为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图1，本实用新型提供的光伏并网***的故障检测装置，包括光伏阵列10、电能转换模块20、对比检测模块30和故障检测模块40，由光伏阵列10将太阳光能转换为直流电能并输出至电能转换模块20；电能转换模块20将直流电能转换为交流电能并将当前光伏阵列10的实际输出功率发送到故障检测模块40；对比检测模块30检测当前环境的温度和日照强度并发送到故障检测模块40；故障检测模块40根据当前环境的温度、日照强度和电能转换模块20的效率计算得出光伏阵列10的预计输出功率，并将所述预计输出功率与实际输出功率对比，输出检测结果，通过对比对比光伏阵列10的实际输出功率和根据当前环境计算的预计输出功率，判断当前光伏并网***是否工作异常，实现了在线实时检测光伏***的故障，提高了***运行的安全性。
进一步地，所述电能转换模块20包括MPPT控制器201和光伏并网逆变器202，由光伏并网逆变器202将所述直流电能转换为交流电能输出至交流输出端，并将光伏并网逆变器202的转换效率发送到故障检测模块40；由MPPT控制器201检测光伏阵列10当前的实际输出功率并发送到故障检测模块40，同时将MPPT控制器201的控制效率也发送到故障检测模块40，具体实施时，MPPT控制器201实时检测光伏阵列10输出的直流电压和输出电流，从而得到其输出功率，由于MPPT控制器201不能百分之百跟踪光伏并网***的最大功率点、且其本身具有一定的功率损耗，因此存在控制效率，同样，光伏并网逆变器202将直流电能转换为交流电能，转换效率会根据实时工作情况改变，将光伏并网逆变器202的转换效率和MPPT控制器201的控制效率发送到故障检测模块40，使得故障检测模块40对当前环境下预计输出功率的计算准确率更高，从而提高了工作状态判断的准确性。
更进一步地，所述对比检测模块30包括用于检测当前环境温度的温度传感器301和用于检测当前日照强度的标准太阳能电池302，所述温度传感器301和标准太阳能电池302均与故障检测模块40电连接，具体实施时，通过温度传感器301检测当前的环境温度，通过标准太阳能电池302检测当前的日照强度，故障检测模块40根据当前温度和日照强度预估当前环境下光伏阵列10的输出功率，其中所述标准太阳能电池302可采用型号为NBET-RC22的标准太阳能电池302，其面积为20mm×20mm，当然也可采用其他型号的标准太阳能电池302，本实用新型对此不作限定。
请继续参阅图1，所述故障检测模块40包括预估单元401和对比单元402，由预估单元401根据当前环境的温度、日照强度、光伏并网逆变器202的转换效率和MPPT控制器201的控制效率计算得出光伏阵列10的预计输出功率并输出至对比单元402；对比单元402将所述预计输出功率与实际输出功率对比，根据所述预计输出功率和实际输出功率的大小判断当前光伏并网***是否工作正常。具体地，当实际输出功率小于预计输出功率、且两者差值大于等于预设阈值时，判断当前光伏并网***工作异常；当实际输出功率小于预计输出功率、且两者差值小于预设阈值或实际输出功率大于等于预计输出功率时，判断当前光伏并网***工作正常。
所述预估单元401包括MCU，所述对比单元402包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、变阻器RP、第一电容C1、第二电容C2、第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第一指示灯LED1和第二指示灯LED1，所述第一电阻R1的一端连接MCU的(OC1A)PD5端，所述第一电阻R1的另一端通过变阻器RP的两个接线端连接VCC供电端、还通过第一电容C1接地；所述变阻器RP的滑片端连接第一运算放大器A1的正输入端和第二运算放大器A2的负输入端；所述第一运算放大器A1的负输入端和所述第二运算放大器A2的正输入端连接通过第二电容C2连接MCU的GND端、还通过第四电阻R4连接MCU的(OC1B)PD4端；所述第一运算放大器A1的输出端通过第二电阻R2连接第一指示灯LED1的负极和第二指示灯LED1的正极；所述第二运算放大器A2的输出端通过第三电阻R3连接第一指示灯LED1的正极和第二指示灯LED1的负极，其中所述MCU采用型号为ATMEGA16-16PU的处理器，当然也可采用其它具有相同功能的处理器，本实用新型对此不作限定。
具体实施时，MCU根据光伏阵列10区域特性预估方法和当前环境的温度、日照强度、光伏并网逆变器202的转换效率和MPPT控制器201的控制效率计算得出光伏阵列10的预计输出功率，同时将实际输出功率和预计输出功率发送至上位机，可根据实际工作情况对MCU发出控制指令。另外变阻器RP用于设定预定阈值，变阻器RP的滑片端连接第一运算放大器A1的正输入端和第二运算放大器A2的负输入端，而MCU将实际输出功率输出值第一运算放大器A1的负输入端和第二运算放大器A2的正输入端，当实际输出功率大于等于预计输出功率，或者实际输出功率小于预计输出功率、且两者差值小于预设阈值时，判断当前光伏并网***工作正常，此时第一信号灯导通，输出工作正常的信号；当实际输出功率小于预计输出功率、且两者差值大于等于预设阈值时，判断当前光伏并网***工作异常，此时第二信号灯导通，输出工作异常的信号，具体地，所述第一信号灯可采用绿光LED灯，所述第二信号灯可采用红光LED灯，使用户能清晰明了的看出当前光伏并网***的工作状态，并做出相应处理，提高了处理效率。
以下对光伏阵列10的功率预估进行详细说明。在光伏并网***中，一般采用光伏阵列10的工程模型对***进行分析。工程模型在得知与环境相关的四个重要特性参数（短路电流、开路电压、最大功率点电压以及最大功率点电流）就可以还原光伏阵列10的特性曲线。因此，可在***调试安装时，对通过温度传感器301检测现场环境温度、通过标准太阳能电池302检测日照强度、通过MPPT控制器201检测***中光伏阵列10的短路电流、开路电压、最大功率点电压以及最大功率点电流。根据上述检测结果，结合如下公式可对任意日照强度、温度情况下光伏阵列10的最大输出功率进行预估。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
其中，系数a，b，c的典型值为：，，； 为标准条件下日照强度；为标准条件下温度值，根据标准太阳能电池302的测试条件，为1000W/m2，为25℃；、，、、、分别为***安装调试时光伏阵列10的短路电流、开路电压，最大功率点电流、最大功率点电压，日照强度及温度；、，、、、分别***运行时，新环境下光伏阵列10的短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压以及日照强度与温度。
根据上述预估情况，即可获得光伏阵列10的最大输出功率。如上文提到的，由于MPPT控制器201并不能百分百跟踪***的最大功率点，同时MPPT控制器201本身具有一定的功率损耗，且其本身具有一定的功率损耗，因此存在控制效率。同样，光伏并网逆变器202的效率也根据实时工作情况有一定的变化，为此定义光伏并网逆变器202的转换效率为。由此，可预估整个***输出功率为，同时，检测光伏***实际输出功率P 2，然后对P 1和P 2的数据进行记录并对比分析，即可对***是否正常工作做出判断。
综上所述，本实用新型提供的光伏并网***的故障检测装置包括光伏阵列、电能转换模块、对比检测模块和故障检测模块，由光伏阵列将太阳光能转换为直流电能并输出至电能转换模块；电能转换模块将直流电能转换为交流电能并将当前光伏阵列的实际输出功率发送到故障检测模块；对比检测模块检测当前环境的温度和日照强度并发送到故障检测模块；故障检测模块根据当前环境的温度、日照强度和电能转换模块的效率计算得出光伏阵列的预计输出功率，并将所述预计输出功率与实际输出功率对比，输出检测结果，能通过对比光伏阵列的实际输出功率和根据当前环境计算的预计输出功率，判断当前光伏并网***是否工作异常，实现了光伏并网***的实时故障检测，大大提高了其工作的安全性。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种光伏并网***的故障检测装置，包括光伏阵列，其特征在于，还包括电能转换模块、对比检测模块和故障检测模块，由光伏阵列将太阳光能转换为直流电能并输出至电能转换模块；电能转换模块将直流电能转换为交流电能并将当前光伏阵列的实际输出功率发送到故障检测模块；对比检测模块检测当前环境的温度和日照强度并发送到故障检测模块；故障检测模块根据当前环境的温度、日照强度和电能转换模块的效率计算得出光伏阵列的预计输出功率，并将所述预计输出功率与实际输出功率对比，输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的光伏并网***的故障检测装置，其特征在于，所述电能转换模块包括MPPT控制器和光伏并网逆变器，由光伏并网逆变器将所述直流电能转换为交流电能输出至交流输出端，并将光伏并网逆变器的转换效率发送到故障检测模块；由MPPT控制器检测光伏阵列当前的实际输出功率并发送到故障检测模块，同时将MPPT控制器的控制效率也发送到故障检测模块。
3.根据权利要求1所述的光伏并网***的故障检测装置，其特征在于，所述对比检测模块包括用于检测当前环境温度的温度传感器和用于检测当前日照强度的标准太阳能电池，所述温度传感器和标准太阳能电池均与故障检测模块电连接。
4.根据权利要求2所述的光伏并网***的故障检测装置，其特征在于，所述故障检测模块包括预估单元和对比单元，由预估单元根据当前环境的温度、日照强度、光伏并网逆变器的转换效率和MPPT控制器的控制效率计算得出光伏阵列的预计输出功率并输出至对比单元；对比单元将所述预计输出功率与实际输出功率对比，根据所述预计输出功率和实际输出功率的大小判断当前光伏并网***是否工作正常。
5.根据权利要求4所述的光伏并网***的故障检测装置，其特征在于，所述预估单元包括MCU，所述对比单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、变阻器、第一电容、第二电容、第一运算放大器、第二运算放大器、第一指示灯和第二指示灯，所述第一电阻的一端连接MCU的(OC1A)PD5端，所述第一电阻的另一端通过变阻器的两个接线端连接VCC供电端、还通过第一电容接地；所述变阻器的滑片端连接第一运算放大器的正输入端和第二运算放大器的负输入端；所述第一运算放大器的负输入端和所述第二运算放大器的正输入端通过第二电容连接MCU的GND端、还通过第四电阻连接MCU的(OC1B)PD4端；所述第一运算放大器的输出端通过第二电阻连接第一指示灯的负极和第二指示灯的正极；所述第二运算放大器的输出端通过第三电阻连接第一指示灯的正极和第二指示灯的负极。
6.根据权利要求5所述的光伏并网***的故障检测装置，其特征在于，所述MCU采用型号为ATMEGA16-16PU的处理器。
7.根据权利要求3所述的光伏并网***的故障检测装置，其特征在于，所述标准太阳能电池采用型号为NBET-RC22的标准太阳能电池。
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