阅读说明：本技术 一种光伏电站的工作状态监测方法及系统 (Method and system for monitoring working state of photovoltaic power station ) 是由 孙洪山 姚连彬 郭曙光 赵雅丽 雷超 陈雷 翟顾丽 王建祥 陈啸 刘永琛 任兴星 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明主要公开了一种光伏电站的工作状态监测方法及系统,解决了温度因素对光伏电站的工作状态监测的影响,降低了其工作状态的误判率。本发明的方法及系统通过电流变化率与温度变化率的比值进行初步判断,同时利用电压变化率与温度变化率的比值进行辅助判断,经过初步与辅助判断的融合,来确定与汇流箱输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态是否正常,并且,通过在太阳能电池板的背光侧增加相变材料,来自适应调节太阳能电池板的温度,有效的降低了温度因素对光伏电站的工作状态监测的影响,提高了监测准确率,同时提高了太阳能电池板的光电转换效率。(The invention mainly discloses a method and a system for monitoring the working state of a photovoltaic power station, which solve the problem that the working state of the photovoltaic power station is monitored by temperature factors and reduce the misjudgment rate of the working state of the photovoltaic power station. The method and the system of the invention carry out primary judgment through the ratio of the current change rate to the temperature change rate, simultaneously carry out auxiliary judgment through the ratio of the voltage change rate to the temperature change rate, determine whether the working state of the solar cell string connected with the input end of the combiner box or the previous-stage combiner box is normal through the fusion of the primary judgment and the auxiliary judgment, and adaptively adjust the temperature of the solar cell panel by adding the phase change material on the backlight side of the solar cell panel, thereby effectively reducing the influence of the temperature factor on the monitoring of the working state of the photovoltaic power station, improving the monitoring accuracy and simultaneously improving the photoelectric conversion efficiency of the solar cell panel.)

一种光伏电站的工作状态监测方法及系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种光伏电站的工作状态监测方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着光伏行业的高速发展，光伏发电容量在区域电网中所占比例越来越大，为电力系统带来了发展机遇的同时也给其安全稳定运行和调度控制等诸多方面带来了新的挑战，光伏电站的工作状态的有效监测是电力系统的安全稳定以及合理调度控制的基础。

在我国西北地区太阳能资源丰富、辐射强度大，大型集中式光伏电站发展迅速，当前，光伏电站主要使用的是晶体硅太阳能电池板，其对温度变化十分敏感，温度每上升1℃，其最大输出功率下降0.04％，开路电压下降0.04％，短路电流上升0.04％，同时，晶体硅太阳能电池板的光电转换效率低于20％，其余大部分光能被转换成热能，同时，西北地区的自然环境十分恶劣，“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”很形象的体现出西北地区日间不同时段的温度变化，由于温度因素的影响，极易对光伏电站的工作状态产生误判，进而造成一系列不必要的损失。

现有方法大多都仅考虑灰尘、日照强度对光伏电站的工作状态的影响，并未考虑温度因素造成光伏电站的工作状态的误判，同时，现有方法通常仅利用电流变化率对光伏电站工作状态进行考量，而电流变化率受温度变化的影响较大，因此，现有方法无法对温度变化复杂地区的光伏电站工作状态进行有效判别。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种光伏电站的工作状态监测方法及系统，本公开通过电流变化率与温度变化率的比值进行初步判断，同时利用电压变化率与温度变化率的比值进行辅助判断，经过初步与辅助判断的融合，来确定与汇流箱输入端相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态是否正常，并且，通过在太阳能电池板的背光侧增加相变材料，来自适应调节太阳能电池板的温度，有效的降低了温度因素对光伏电站的工作状态监测的影响，提高了监测准确率，同时提高了太阳能电池板的光电转换效率。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种光伏电站的工作状态监测方法，所述光伏电站包括至少一个光伏电池阵列，所述光伏电池阵列包括多个单晶硅太阳能电池串、至少一个汇流箱，所述单晶硅太阳能电池串包括多个单晶硅太阳能电池板，每个所述汇流箱的输入端与一个太阳能电池串或上一级汇流箱的输出端相连，所述汇流箱的输出端与下一级汇流箱的一个输入端或逆变器相连，所述监测方法包括：

实时检测汇流箱的每个输入端的电流值和电压值，根据所述电流值与电压值分别计算其电流变化率与电压变化率；

实时检测光伏电池阵列所处环境温度，并根据所述环境温度计算温度变化率；

计算所述电流变化率与所述环境温度变化率的比值记为R_I/T，根据R_I/T是否在预设阈值区间内，初步判断与汇流箱输入端相连的每个单晶硅太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态，若R_I/T在预设阈值区间内，则判定太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态正常，否则判定太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态异常；

计算所述电压变化率与所述环境温度变化率的比值R_U/T，根据R_U/T是否在预设阈值区间内，辅助判断与汇流箱输入端相连的每个单晶硅太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态，若R_U/T在预设阈值区间内，判定太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态正常，否则判定太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态异常；

若初步及辅助判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态结果不同，则直接判断该太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态异常，若初步及辅助判断所述太阳能电池串的工作状态相同且同为正常，则最终判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态正常，若初步及辅助判断所述太阳能电池串的工作状态相同且同为异常，则最终判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态异常。

优选地，在判断与所述汇流箱相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常后，所述方法还包括：根据所述汇流箱输入端输入的电流值及电压值确定所述工作状态的异常类别，并根据其异常类型发出相应的告警信号。

优选地，所述根据所述汇流箱输入端输入的电流值及电压值确定所述工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的告警信号，包括：

分别获取所述汇流箱输入端输入的电流变化量以及电压变化量；

将所述电流变化量与电流上限阈值、电流下限阈值比较，所述电流上限阈值大于所述电流下限阈值；

如果所述电流变化量大于所述电流上限阈值，则确定所述工作状态的异常类别为电流溢出，并发出电流溢出报警信号；

如果所述电流变化量小于所述电流下限阈值，则确定所述工作状态的异常类别为电流不足；

将所述电压变化量与电压上限阈值、电压下限阈值比较，所述电压上限阈值大于所述电压下限阈值；

如果所述电压变化量大于所述电压上限阈值，则确定所述工作状态的异常类别为电压溢出，并发出电压溢出报警信号；

如果所述电压变化量小于所述电压下限阈值，则确定所述工作状态的异常类别为电压不足。

一种光伏电站的工作状态监测系统，所述光伏电站包括至少一个光伏电池阵列，所述光伏电池阵列包括多个单晶硅太阳能电池串、至少一个汇流箱，所述单晶硅太阳能电池串包括多个单晶硅太阳能电池板，每个所述汇流箱的输入端与一个太阳能电池串或上一级汇流箱的输出端相连，所述汇流箱的输出端与下一级汇流箱的一个输入端或逆变器相连，所述监测系统包括：

电流检测单元，用于实时检测每个汇流箱输入端输入的电流值；

电压检测单元，用于实时检测每个汇流箱输入端输入的电压值；

温度检测单元，用于实时检测光伏电池阵列所处环境的温度值；

数据处理单元，用于根据所述每个汇流箱输入端输入的电流值、电压值以及所述光伏电池阵列所处环境的温度值，分别计算其电流变化率、电压变化率、温度变化率；

状态判断单元，用于利用数据处理单元的处理结果，判断所述每个太阳能电池串的工作状态。

优选地，所述系统还包括：

温度自适应调节单元，用于对单晶硅太阳能电池板进行自适应温度调节，降低所述单晶硅太阳能电池板的温度变化率，使所述单晶硅太阳能电池板处于高效光电转化的温度区间。

进一步的，所述温度自适应调节单元，通过在太阳能电池板的背光侧安装有至少一个金属盒，所述金属盒内装有相变材料，所述相变材料在温度高于其熔点时液化吸热，在温度低于其熔点是固化放热。

进一步的，所述相变材料为普通固体石蜡。

优选地，所述系统还包括：

告警单元，用于在状态判断单元判断太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常后，确定其工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的告警信号。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

(1)本公开将温度因素引入光伏电站的工作状态监测过程中，有效的避免了因温度因素造成对光伏电站工作状态的误判，避免了一系列不必要的损失。

(2)本公开利用电流变化率与温度变化率的比值作为初步判断，电压变化率与温度变化率的比值作为辅助判断，通过初步与辅助判断的融合，提高了光伏电站的工作状态判断结果的精确度。

(3)本公开利用相变材料自适应来调控晶体硅太阳能电池板的温度，既能有效降低电池板温度的变化幅度，提高光伏电站的工作状态判断结果的精确度，又能够提高单晶硅太阳能电池板的光电转换效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本公开的光伏电站的局部结构示意图；

图2是本公开的安装有相变材料的单晶硅太阳能电池板结构示意图；

图3是本公开的光伏电站的工作状态监测方法的流程图；

图4是本公开的光伏电站的工作状态监测系统的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，为本公开提供的一种光伏发电站的部分结构，其仅展示了两级汇流组成的光伏阵列的一部分，在实际应用中，所述光伏阵列能够根据需求增加其汇流级别。本实施例中光伏阵列的连接方式为：n个(n≥1)太阳能电池板组成太阳能电池串，采用n进1型汇流箱，即将n个太阳能电池串分别连接同一个一级汇流箱的不同输入端，同时将一级汇流箱的输出端分别连接同一个二级汇流箱的输入端，最后由二级汇流箱输出整合后的电流。

本公开的实施例提供了一种如图1所示的光伏电站的工作状态监测方法，其中所述光伏电站包括至少一个光伏电池阵列，所述光伏电池阵列包括多个单晶硅太阳能电池串、至少一个汇流箱，所述单晶硅太阳能电池串包括多个单晶硅太阳能电池板，每个所述汇流箱的输入端与一个太阳能电池串或上一级汇流箱的输出端相连，所述汇流箱的输出端与下一级汇流箱的一个输入端或逆变器相连，所述光伏电站的工作状态监测方法如图3所示，包括以下步骤：

实时检测汇流箱的每个输入端的电流值和电压值，根据所述电流值与电压值分别计算其电流变化率与电压变化率；

实时检测光伏电池阵列所处环境温度，并根据所述环境温度计算温度变化率；

利用相变材料自适应调节光伏电池阵列中的太阳能电池板的温度，使所述单晶硅太阳能电池串处于高效光电转化的温度区间；

计算所述电流变化率与所述环境温度变化率的比值记为R_I/T，根据R_I/T是否在预设阈值区间内，初步判断与汇流箱输入端相连的每个单晶硅太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态，若R_I/T在预设阈值区间内，则判定太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态正常，否则判定太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态异常；

计算所述电压变化率与所述环境温度变化率的比值R_U/T，根据R_U/T是否在预设阈值区间内，辅助助判断与汇流箱输入端相连的每个单晶硅太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态，若R_I/T在预设阈值区间内，则判定太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态正常，否则判定太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态异常；

若初步及辅助判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态结果不同，则直接判断该太阳能电池串/上一级汇流箱工作状态异常，若初步及辅助判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态相同且同为正常，则最终判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态正常，若初步及辅助判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态相同且同为异常，则最终判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态异常。

进一步的，所述电流/电压变化率是单位时间段Δt内电流/电压值随时间的变化程度；所述温度变化率是单位时间段Δt内光伏电池阵列所处环境的温度值随时间的变化程度，所述温度变化率能够反映一段时间内的温度变化情况，通过价格低廉的温度传感器不仅能够采集真实情况下的环境数据，还不需要参考历史气象数据或者购买专门的气象数据，能够有效的降低采购成本，并且使得本实施例具有更强的实施性。

进一步的，所述温度自适应调节单元，通过在太阳能电池板的背光侧安装有至少一个金属盒，如图2所示，所述金属盒内装有相变材料，所述金属盒通过粘贴的方式安装在太阳能电池板的背光侧，所述金属盒的安装位置为太阳能电池板背光侧的中心位置。

进一步的，所述相变材料为普通固体石蜡，所述普通固体石蜡的熔点一般是50-75℃，单晶硅太阳能电池板的正常工作温度为48±2℃，本实施例中采用熔点为50℃的普通固体石蜡，由于普通固体石蜡的成本较低，其成本相对于单晶硅太阳能电池板的成本可以忽略不计，因此，本申请在未提高光伏电池阵列成本的同时，降低了温度因素对光伏电站的工作状态监测的影响，同时提高了太阳能电池板的光电转换效率。

进一步的，所述预设阈值区间是根据光伏电站工作状态的监测的历史数据来进行设定的，所述阈值区间的设定范围受不同地域、不同环境的影响较大，理想状态下汇流箱输入端的电流/电压变化率与温度变化率的比值应为1，但考虑到太阳能电池串和汇流箱的性能稳定性以及数据采集的准确性，在本实施例中针对西北地区的实际情况，将所述阈值区间设定为[0.9,1.2]，若比值R_I/T在预设阈值区间[0.9,1.2]内，则初步判断与汇流箱输入端相连的每个单晶硅太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态正常，否则判定太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态异常；进一步判断比值R_U/T，若比值R_U/T在预设阈值区间[0.9,1.2]内，则辅助判断与汇流箱输入端相连的每个单晶硅太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态正常，否则判定太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态异常；若初步及辅助判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态结果不同，则直接判断该太阳能电池串/上一级汇流箱工作状态异常，若初步及辅助判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态相同且同为正常，则最终判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态正常，若初步及辅助判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态相同且同为异常，则最终判断所述太阳能电池串/上一级汇流箱的工作状态异常。

优选地，在判断与所述汇流箱相连的太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常后，所述方法还包括：根据所述汇流箱输入端输入的电流值及电压值确定所述工作状态的异常类别，并根据其异常类型发出相应的告警信号。

优选地，所述根据所述汇流箱输入端输入的电流值及电压值确定所述工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的告警信号，包括：

分别获取所述汇流箱输入端输入的电流变化量以及电压变化量；

将所述电流变化量与电流上限阈值、电流下限阈值比较，所述电流上限阈值大于所述电流下限阈值；

如果所述电流变化量大于所述电流上限阈值，则确定所述工作状态的异常类别为电流溢出，并发出电流溢出报警信号；

如果所述电流变化量小于所述电流下限阈值，则确定所述工作状态的异常类别为电流不足；

将所述电压变化量与电压上限阈值、电压下限阈值比较，所述电压上限阈值大于所述电压下限阈值；

如果所述电压变化量大于所述电压上限阈值，则确定所述工作状态的异常类别为电压溢出，并发出电压溢出报警信号；

如果所述电压变化量小于所述电压下限阈值，则确定所述工作状态的异常类别为电压不足。

相应的，本公开的实施例还提供了一种光伏电站的工作状态监测系统，如图4所示，所述光伏电站包括至少一个光伏电池阵列，所述光伏电池阵列包括多个单晶硅太阳能电池串、至少一个汇流箱，所述单晶硅太阳能电池串包括多个单晶硅太阳能电池板，每个所述汇流箱的输入端与一个太阳能电池串或上一级汇流箱的输出端相连，所述汇流箱的输出端与下一级汇流箱的一个输入端或逆变器相连，所述监测系统包括：

电流检测单元，用于实时检测每个汇流箱输入端输入的电流值；

电压检测单元，用于实时检测每个汇流箱输入端输入的电压值；

温度检测单元，用于实时检测光伏电池阵列所处环境的温度值；

温度自适应调节单元，用于对单晶硅太阳能电池板进行自适应温度调节，降低所述单晶硅太阳能电池板的温度变化率，使所述单晶硅太阳能电池板处于高效光电转化的温度区间；

数据处理单元，用于根据所述每个汇流箱输入端输入的电流值、电压值以及所述光伏电池阵列所处环境的温度值，分别计算其电流变化率、电压变化率、温度变化率；

状态判断单元，用于利用数据处理单元的处理结果，判断所述每个太阳能电池串的工作状态。

进一步的，所述温度自适应调节单元，通过在太阳能电池板的背光侧安装至少一个金属盒，所述金属盒内装有相变材料。

进一步的，所述相变材料为普通固体石蜡。

优选地，所述系统还包括：

告警单元，用于在状态判断单元判断太阳能电池串或上一级汇流箱的工作状态异常后，确定其工作状态的异常类别，并根据所述异常类别发出相应的告警信号。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。