近年來,太陽能作為清潔能源得到廣泛應(yīng)用,光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的安裝也越來越普及。然而安裝在室外惡劣環(huán)境下的光伏陣列,容易受到各種環(huán)境因素的影響而發(fā)生各種故障,例如開路故障、短路故障、接地故障、直流電弧故障、局部陰影等。
有學者分析了光伏電源的故障特性和影響因素。故障的檢測和定位對于光伏系統(tǒng)的運行至關(guān)重要,近年來學者們在該領(lǐng)域開展了相關(guān)的研究,采用統(tǒng)計差異測量技術(shù),如陣列損耗差和瞬時功率比、交流功率輸出差及電壓功率比差異,還有基于動態(tài)時間規(guī)整、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模糊推理法等。
為了更好地區(qū)分局部陰影情況(partial shade conditions, PSCs)與電氣故障,有學者提出使用最右端功率峰值(rightmost power peak, RPP)電壓來實現(xiàn)短路/接地故障的檢測,將其與局部陰影區(qū)分開來,但是無法檢測短路/接地故障的失配水平,且無法實現(xiàn)光伏陣列故障的定位。
一些研究提出了基于電壓和電流測量的方法,來定位陣列中的故障區(qū)域,但并未識別故障類型。有學者提出了一種根據(jù)電壓全局分塊逼近法來定位故障。有學者提出了一種電壓傳感器布置方案,能夠有效識別陰影故障和電氣故障,并在短路和接地故障時定位到故障模塊、開路故障時定位到組串。有學者根據(jù)光伏陣列電壓、電流等信號,采用基于高斯過程的方法實現(xiàn)了故障定位。
福州大學的研究人員分析光伏陣列和組件在短路故障、開路故障和局部陰影下的RPP工作特性,設(shè)計一種優(yōu)化的電壓傳感器布置方案。通過電壓傳感器采集光伏陣列和每個光伏組串第一個模塊的最右端功率峰值點電壓,將故障后的光伏陣列電壓與發(fā)生故障前正常運行的光伏陣列電壓比較,結(jié)合優(yōu)化的傳感器布置方案,判斷出故障類型并定位到故障串,若發(fā)生組串內(nèi)短路故障,根據(jù)陣列電壓歸一化后結(jié)果來判斷出故障程度。
圖1 整體方案流程
圖2 實驗系統(tǒng)
仿真和實驗結(jié)果證明了該方法的有效性。相比于采集光伏陣列和組串首尾兩個光伏模塊電壓的方案,該方法所需的電壓傳感器數(shù)量較少,可進一步減少傳感器數(shù)量,一定程度上降低了故障識別和定位的復(fù)雜程度和成本。
本文編自2021年第9期《電氣技術(shù)》,論文標題為“結(jié)合電壓閾值和最右端功率峰值點的光伏陣列故障檢測與定位”,作者為馮鍇、林培杰 等。