CN110011616A - 一种光伏组件故障诊断系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请发明公开一种光伏组件故障诊断系统及方法，所述光伏组件故障诊断系统包括光伏组件，用于收集太阳能，并将太阳能转化为电能；数据采集模块，用于采集所述光伏组件的数据信息，并将采集的数据信息传输给控制模块；控制模块将所述采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析；计算处理模块用于对所述数据信息进行计算处理，计算发电能效值，数据分析模块将所述发电能效值与前一天的发电能效的平均值进行对比分析，预警模块根据对比结果，确定是否触发预警，以提醒维护人员对光伏组件进行检修。如此通过本申请所述故障诊断系统能自动检测光伏组件故障，减少维护成本，提高用户的满意度，且维护效率高。
Description
技术领域
本发明申请涉及光伏组件故障诊断技术领域，具体涉及一种光伏组件故障诊断系统及方法。
背景技术
太阳能作为一种高效的新型能源，已经越来越受到人们的重视，目前的太阳能市场普遍采用PWM控制方式调节光伏组件的发电量和对蓄电池的充放电管理。
现有的光伏组件仅设置充放电管理功能，有些光伏组件还会简单的设置过流或过压保护或者简单的报警功能，比如设置一电流或电压参考值，当光伏组件的发电量的电流或电压超过参考值时，则自动断开或者触发报警功能。然而现有的光伏组件虽然可以实现自保护功能，但是当光伏组件出现故障时却无法对故障进行自动诊断，都是需要人工去现场排查寻找故障位置，而在大规模的光伏组件中仅靠人工去排查寻找出故障的光伏组件并对其进行维修，比较费时且效率低下。
发明内容
本申请发明提供一种光伏组件故障诊断系统及方法，以解决现有技术的光伏组件当出现故障时需要人工排查找出故障，排查效率低下，人工维护成本高的问题。
为解决上述问题，本申请发明提供一种光伏组件故障诊断系统，包括：
光伏组件，用于收集太阳能，并将太阳能转化为电能；
数据采集模块，用于采集所述光伏组件的数据信息，所述数据信息包括：辐照度信息、电流信息、电压信息；并将采集的所述数据信息传输给控制模块；
控制模块，接收所述数据采集模块采集的所述数据信息，并将所述采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析；以及
PC工作站，所述PC工作站进一步包括：计算处理模块、数据分析模块以及预警模块，
所述计算处理模块，用于对所述数据信息进行计算处理，根据所述光伏组件的辐照度信息、电流信息和电压信息计算所述光伏组件的实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；
所述数据分析模块，用于接收所述实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析；
所述预警模块，用于根据所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg的对比结果，确定是否触发预警。
可选的，所述数据分析模块将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析具体包括：若实时发电能效值Nk超过前一天的发电能效平均值Ny avg的20％，则监测并记录此种情形次数，如记录的次数占比超过总次数的5％，则触发报警。
可选的，所述数据采集模块包括辐照度传感器、电流传感器以及电压传感器，所述辐照度传感器用于实时监测室外的所述辐照度信息Ek，所述电流传感器用于感应光伏组件的所述电流信息Ak，所述电压传感器用于感应光伏组件的所述电压信息Vk。
可选的，所述计算处理模块计算所述光伏组件的实时的发电能效值Nk的公式为：Nk＝Ek/(AkVk)，其中K为数据采集模块的采集次数，K为1～1440分钟/采集间隔时间。
可选的，所述控制模块将所述实时采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析包括：将包括辐照度信息、电流信息、电压信息中的任意一项信息超过所述预设的理论值且次数累计占比超过总次数的5％，则控制发出报警信息；如辐照度信息、电流信息、电压信息中的任意一项信息超过其理论值且次数累计占比小于5％，则无异常，继续进入监测分析状态。
可选的，所述PC工作站还包括数据接收模块，所述数据接收模块用于接收所述控制模块反馈的所述数据信息，并将所述数据信息发送给所述计算处理模块。
本申请发明还提供一种光伏组件故障诊断方法，包括步骤：
数据采集模块实时采集光伏组件的数据信息，所述数据信息包括：辐照度信息、电流信息、电压信息；并将采集的所述数据信息发送给控制模块；
控制模块接收所述数据采集模块采集的所述数据信息，并将所述采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析；
计算处理模块对所述数据信息进行计算处理，计算所述光伏组件的实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；
数据分析模块接收所述计算的实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；并将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析；
预警模块用于根据所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg的对比结果，确定是否触发预警。
可选的，所述数据分析模块将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析具体包括：若实时发电能效值Nk超过前一天的发电能效平均值Ny avg的20％，则监测并记录此种情形次数，如记录的次数占比超过总次数的5％，则触发报警。
可选的，进一步包括将前一天计算的发电能效值的平均值Ny avg作为参考值，具体为：如记录实时发电能效值Nk超过前一天的发电能效平均值Ny avg的20％的次数占比小于总次数的5％，则将当天监测的光伏组件的发电能效值平均值Nt avg更新作为第二天的发电能效值的参考值。
可选的，所述计算处理模块根据所述控制模块反馈的数据信息计算所述光伏组件的实时的发电能效值Nk，采用算法为：Nk＝Ek/(AkVk)；其中K为采集次数，K为1～1440分钟/采集间隔时间；Nk为实时的发电能效值；
Ek为第k次采样室外辐照度；
Ak为第k次采样光伏组件电流；
Vk为第k次采样光伏组件电压。
可选的，所述控制模块将所述实时采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析包括：将包括辐照度信息、电流信息、电压信息中的任意一项信息超过其理论值且次数累计占比超过总次数的5％，则控制发出报警信息。
与现有技术相比，本发明提供的光伏组件故障诊断系统及方法，通过所述数据采集模块实时采集光伏组件的数据信息，并将所述数据信息反馈给控制模块，控制模块根据所述采集的数据信息与光伏组件的预设理论值进行对比分析；并同时向PC工作站反馈所述数据信息，PC工作站的计算处理模块计算出光伏组件的实时的发电能效值与前一天的发电能效值，所述PC工作站的数据分析模块将所述光伏组件的实时的发电能效值与前一天的发电能效值的平均值进行分析比对，预警模块根据对比结果，确定是否触发预警，从而决定是否需要提醒系统运维人员赶赴现场对光伏组件进行维护，如此通过本申请所述故障诊断系统能减少维护成本，提高用户的满意度。
使用本申请实施例，维护人员根据本申请提供的所述光伏组件故障诊断系统的监测情况能较快的找到需要维护的光伏组件的具体位置，从而维护效率高，能极大的减少找出故障位置所需的时间，减少了维护成本。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种光伏组件故障诊断系统的结构框图；
图2是本发明一实施例提供的一种光伏组件故障诊断方法流程图；
图3是本发明另一实施例提供的一种光伏组件故障诊断方法流程图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
请参阅图1，其为本申请实施例光伏组件故障诊断系统的结构框图。本发明一实施例提供的一种光伏组件故障诊断系统，包括光伏组件10、数据采集模块20、控制模块30、以及PC工作站40。
所述光伏组件10用于收集太阳能，并将太阳能转化为电能。所述光伏组件10包括前板玻璃、背板玻璃以及位于前板玻璃与背板玻璃之间的光伏芯片，所述前板玻璃与所述光伏芯片之间通过PVB粘接，所述背板玻璃与所述光伏芯片之间通过PVB粘接。
所述数据采集模块20用来采集所述光伏组件10的数据信息，并将采集的所述数据信息传输给控制模块30；所述数据信息包括辐照度信息、电流信息、电压信息。
具体地，所述数据采集模块20包括辐照度传感器、电流传感器以及电压传感器。所述辐照度传感器用于实时监测室外辐照度信息Ek、所述电流传感器用于感应光伏组件电流信息Ak，所述电压传感器用于感应光伏组件电压信息Vk；通过感应的所述光伏组件电流信息Ak和感应光伏组件电压信息Vk可计算得出光伏组件的功率信息Pk＝Ak x Vk，其中K为数据采集模块的采集次数，即K为1～1440分钟/采集间隔时间，比如在本实施例中，所述数据采集模块可以间隔每5分钟采集一次，即K＝288次；或者每30秒钟间隔采集一次，即k＝2880次；当采集间隔时间为1分钟，则k＝1440次；当采集间隔时间为10分钟，则k＝144次；当间隔时间15分钟，则k＝96次；当间隔时间30分钟，则k＝48次，以此类推进行推算。
所述控制模块30，接收所述数据采集模块20采集的数据信息，并将所述采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析，以控制是否发出报警信息，所述控制模块30同时将所述数据信息反馈给PC工作站40。
具体地，所述控制模块30将所述采集模块20采集的辐照度信息、电流信息、电压信息与预设的光伏组件的的辐照度理论值、电流理论值、电压理论值进行对比分析，如辐照度信息、电流信息、电压信息中任意一项信息超过其理论值且次数累计占比超过总次数的5％，则控制发出报警信息，同时所述控制模块30向PC工作站反馈所述数据信息，PC工作站接受所述数据信息并进一步处理及分析；如无异常则继续进入监测状态，具体算法如公式(1)所示。
其中，所述预设的辐照度理论值、电流理论值、电压理论值由出厂时的IV测试或者实测得出，其理论值大小与光伏组件的尺寸大小，是否拼接、切割、串并联等问题相关。
所述PC工作站40根据所述控制模块30反馈的数据信息，计算所述光伏组件实时的发电能效值Nk和每一天的发电能效平均值Ny avg，并将实时的发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行分析比对，以确定是否触发报警并提醒系统运维人员赶赴现场进行检查及维修。
具体地，所述PC工作站40包括数据接收模块401、计算处理模块402、数据分析模块403以及预警模块404。
所述数据接收模块401用于接收所述控制模块30反馈的所述数据信息，并将所述数据信息发送给所述计算处理模块402。
所述计算处理模块402，用于对所述数据信息进行计算处理，计算所述光伏组件的实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；并将所述计算实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg反馈给所述数据分析模块403；
所述发电能效值的平均值Ny avg的计算公式如下述算法公式(2)所示：
所述光伏组件的实时的发电能效值Nk计算公式为：Nk＝Ek/(AkVk)，其中本实施例中，K＝288，每5分钟检测一次。
所述数据分析模块403，接收所述实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析，以记录满足预设条件值的次数，如记录的满足预设条件值的次数占比超过总次数的5％，则触发发送报警信号给所述预警模块；
具体地，本实施例中，所述预设条件值为：如果实时的发电能效值Nk超过前一天计算的发电能效值的平均值Ny avg的20％或以上，则PC工作站监测并记录此种情形次数，如次数占比超过总次数的5％(即S2＝1时)则发送报警信号给所述预警模块404，及时提醒系统运维人员赶赴现场进行检修；如次数占比小于总次数的5％，则将当天的实时监测的光伏组件发电能效值平均值Nt avg更新为第二天参考值。具体如下述公式(3)所示。
其中，上述公式中各参数的含义如下：
Ek为第k次采样室外辐照度；
Ak为第k次采样光伏组件电流；
Vk为第k次采样光伏组件电压；
Pk为第k次采样计算的光伏组件功率；
A，V，P分别为光伏组件的电流理论值、电压理论值、功率理论值；
Ny avg为前一天计算光伏组件发电能效值的平均值；
Nt avg为当天计算光伏组件发电能效值的平均值；
Nk为当天第k次采样计算的光伏组件的实时的发电能效值；
S1，S2中的数值1分别对应光伏组件的警报状态。
预警模块404，用于根据所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg的对比结果，确定是否触发预警。
具体地，如果实时的发电能效值Nk超过前一天计算的发电能效值的平均值Ny avg的20％或以上，则PC工作站监测并记录此种情形次数，如次数占比超过总次数的5％(即S2＝1时)则触发报警，并及时提醒系统运维人员赶赴现场进行检修。
本申请实施例中，所述每个传感器都有对应的MAC地址，且每个传感器对应的MAC地址均储存在PC工作站中，每个传感器对应监测的光伏组件均有对应的编号，因此在监测到光伏组件出现故障报警时，PC工作站中可以通过对应传感器的MAC地址找到对应出现故障的光伏组件的编号，维检人员根据所述光伏组件的编号就可以快速的找到需要维检的故障的光伏组件的具体位置，并对其进行检修，比较高效快捷。
本申请通过所述数据采集模块20实时采集光伏组件10的数据信息，并将数据信息反馈给控制模块30，控制模块30根据所述采集的数据信息与光伏组件的预设理论值进行对比分析，以控制是否发出报警信息；并同时向PC工作站反馈所述数据信息，PC工作站将所述数据信息进行处理及分析，计算出发电能效值；并将光伏组件的实时的发电能效值Nk与前一天的发电能效值的平均值Ny avg进行分析比对，从而决定是否触发报警以提醒系统运维人员赶赴现场对光伏组件进行日常维护，如此通过本申请所述故障诊断系统能自动检测出故障光伏组件，提高用户的满意度，而且维护人员根据监测情况也能较快的找到需要维护的光伏组件的具体位置，维护效率高，减少维护成本。
请参阅图2，本发明申请还提供一种所述光伏组件故障诊断方法，具体包括如下步骤：
S1、光伏组件收集太阳能，并将太阳能转化为电能；
S2、数据采集模块实时采集光伏组件的数据信息，并将采集的所述数据信息发送给控制模块；
具体地，所述数据信息包括：辐照度信息、电流信息、电压信息；数据采集模块20实时采集光伏组件10的辐照度信息、电流信息、电压信息，并将采集的数据信息发送给控制模块；
S3、控制模块将所述实时采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析，以控制是否发出报警信息；
具体地，控制模块30将所述采集模块20采集的辐照度信息、电流信息、电压信息与预设的光伏组件的的辐照度理论值、电流理论值、电压理论值进行对比分析，以判断是否发出报警信息。如辐照度信息、电流信息、电压信息任意一项信息超过理论值且次数累计占比超过总次数的5％，则控制发出报警信息即S1＝1，并同时向PC工作站反馈，PC工作站进一步分析确认及时提醒运维人员赶赴现场进行检修；如无异常则继续进入监测状态。
算法公式如下：
S4、PC工作站接收所述控制模块反馈的数据信息，并根据所述数据信息计算所述光伏组件实时的发电能效值Nk和每一天的发电能效平均值Ny avg，并将实时的发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行分析比对，以确定是否触发预警，提醒系统运维人员赶赴现场进行检查及维修。
请参阅图3，具体包括步骤：
S41.数据接收模块接收所述控制模块反馈的所述数据信息，并将所述数据信息发送给所述计算处理模块；
S42.计算处理模块对所述数据信息进行计算处理，计算所述光伏组件的实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；
每一天计算的发电能效值的平均值Ny avg具体公式如下：
所述计算处理模块402根据所述控制模块反馈的数据信息计算所述光伏组件的实时的发电能效值Nk，公式为Nk＝Ek/(AkVk)，其中K＝288，每5分钟检测一次；Nk为实时的发电能效值；
Ek为第k次采样室外辐照度；
Ak为第k次采样光伏组件电流；
Vk为第k次采样光伏组件电压。
S43.数据分析模块403接收所述计算的实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析。
具体地，数据分析模块将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析，当计算处理模块计算出的实时的发电能效值Nk超过前一天的发电能效值的平均值Ny avg的20％或以上，则PC工作站监测并记录此种情形次数，如次数占比超过总次数的5％(即S2＝1时)，则控制触发报警即S2＝1；如次数占比小于总次数的5％，则将当天的实时监测的光伏组件发电能效值平均值Nt avg更新为第二天参考值。
算法如下：
S44.根据所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg的对比结果，确定是否触发预警，以提醒系统运维人员去现场进行检修。
具体地，根据所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg的对比结果，确定是否触发预警，预警模块404接收所述报警信号后提醒系统运维人员进行检修，系统运维人员找到预存在PC工作站中每个传感器对应的MAC地址，根据MAC地址找到光伏组件对应的编号，从而预警人员可以根据所述故障光伏组件的编号赶赴现场，快速找到故障位置进行检修。
重复上述步骤S1-S4。
本发明实施例所述光伏组件故障诊断方法通过数据采集模块实时的采集光伏组件的数据信息，并将采集的数据信息传输到控制模块30，控制模块30根据所述数据采集模块20采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析，并同时向PC工作站反馈所述数据信息，PC工作站的计算处理模块402计算出光伏组件的实时的发电能效值与前一天的发电能效值，数据分析模块403将所述光伏组件的实时的发电能效值与前一天的发电能效值的平均值进行分析比对，预警模块根据对比结果决定是否需要触发报警，从而提醒系统运维人员赶赴现场对光伏组件进行日常维护，如此通过本申请所述故障诊断系统能减少维护成本，提高用户的满意度，维护效率高。
本申请中所述故障诊断系统能快速查询出故障的光伏组件的位置编号并及时提醒运维人员赶赴现场进行检修，因此通过本申请所述故障诊断系统能减少光伏组件的维护成本，故障排查效率高，而且维护人员根据PC工作站的监测情况能较快的找到需要维护的故障光伏组件的位置，维护效率高。
本申请发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种光伏组件故障诊断系统，其特征在于，包括：
光伏组件，用于收集太阳能，并将太阳能转化为电能；
数据采集模块，用于采集所述光伏组件的数据信息，所述数据信息包括辐照度信息、电流信息和电压信息，并将采集的所述数据信息传输给控制模块；
控制模块，接收所述数据采集模块采集的所述数据信息，并将所述采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析；以及
PC工作站，所述PC工作站进一步包括：括计算处理模块、数据分析模块以及预警模块；
所述计算处理模块，用于对所述数据信息进行计算处理，根据所述光伏组件的辐照度信息、电流信息和电压信息计算所述光伏组件的实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；
所述数据分析模块，用于接收所述实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析；
所述预警模块，用于根据所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg的对比结果，确定是否触发预警。
2.根据权利要求1所述的光伏组件故障诊断系统，其特征在于，所述数据分析模块将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析具体包括：如实时发电能效值Nk超过前一天的发电能效平均值Ny avg的20％，则监测并记录此种情形次数，如记录的次数占比超过对比总次数的5％，则触发报警。
3.根据权利要求1或2所述的光伏组件故障诊断系统，其特征在于，所述数据采集模块包括辐照度传感器、电流传感器以及电压传感器，所述辐照度传感器用于实时监测室外的所述辐照度信息Ek，所述电流传感器用于感应光伏组件的所述电流信息Ak，所述电压传感器用于感应光伏组件的所述电压信息Vk。
4.根据权利要求3所述的光伏组件故障诊断系统，其特征在于，所述计算处理模块计算所述光伏组件的实时的发电能效值Nk的公式为：Nk＝Ek/(AkVk)，其中K为数据采集模块的采集次数，K为1～1440分钟/采集间隔时间。
5.根据权利要求3所述的光伏组件故障诊断系统，其特征在于，
所述控制模块将所述实时采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析包括：当包括辐照度信息、电流信息、电压信息中的任意一项信息超过所述预设的理论值且次数累计占比超过总次数的5％，则控制发出报警信息。
6.根据权利要求1所述的光伏组件故障诊断系统，其特征在于，所述PC工作站还包括数据接收模块，所述数据接收模块用于接收所述控制模块反馈的所述数据信息，并将所述数据信息发送给所述计算处理模块。
7.一种光伏组件故障诊断方法，其特征在于，包括步骤：
数据采集模块实时采集光伏组件的数据信息，所述数据信息包括：辐照度信息、电流信息和电压信息，并将采集的所述数据信息发送给控制模块；
控制模块接收所述数据采集模块采集的所述数据信息，并将所述采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析；
计算处理模块对所述数据信息进行计算处理，计算所述光伏组件的实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；
数据分析模块接收所述计算的实时发电能效值Nk以及每一天的发电能效平均值Ny avg；并将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析；
预警模块用于根据所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg的对比结果，确定是否触发预警。
8.根据权利要求7所述的光伏组件故障诊断方法，其特征在于，数据分析模块将所述实时发电能效值Nk与前一天的发电能效平均值Ny avg进行对比分析具体包括：若实时发电能效值Nk超过前一天的发电能效平均值Ny avg的20％，则监测并记录此种情形次数，若记录的次数占比超过对比总次数的5％，则触发报警。
9.根据权利要求7所述的光伏组件故障诊断方法，其特征在于，进一步包括将前一天计算的发电能效值的平均值Ny avg作为参考值，具体为：若记录实时发电能效值Nk超过前一天的发电能效平均值Ny avg的20％的次数占比小于总次数的5％，则将当天监测的光伏组件的发电能效值平均值Nt avg更新作为第二天的发电能效值的参考值。
10.根据权利要求7所述的光伏组件故障诊断方法，其特征在于，所述计算处理模块根据所述控制模块反馈的数据信息计算所述光伏组件的实时的发电能效值Nk，采用算法为：Nk＝Ek/(AkVk)；其中K为采集次数，K为1～1440分钟/采集间隔时间；Nk为实时的发电能效值；
Ek为第k次采样室外辐照度；
Ak为第k次采样光伏组件电流；
Vk为第k次采样光伏组件电压。
11.根据权利要求7～10任一项所述的光伏组件故障诊断方法，其特征在于，所述控制模块将所述实时采集的数据信息与预设的理论值进行对比分析包括：若包括辐照度信息、电流信息、电压信息中的任意一项信息超过其理论值且次数累计占比超过总次数的5％，则控制发出报警信息。
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| CN113922758A (zh) * | 2021-10-07 | 2022-01-11 | 兰州理工大学 | 一种用于矿山治理的光伏组件故障诊断与鉴别系统及方法 |
| CN116131755A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-05-16 | 呼和浩特市语能科技有限责任公司 | 一种太阳能发电设备智能控制系统及方法 |
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