- 頭條福州大學科研人員提出光伏陣列故障檢測與定位的新方法2022-03-17 作者：馮鍇、林培杰 等 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語光伏陣列故障會影響光伏系統的發電效率和生命周期，甚至造成火災等嚴重事故，因此光伏陣列故障檢測和定位至關重要。福州大學物理與信息工程學院的研究人員馮鍇、林培杰、俞金玲、陳志聰、程樹英，在2021年第9期《電氣技術》上撰文，利用光伏陣列及模塊的最右端功率峰值處的電壓結合優化的電壓傳感器布置方案實現對組串內短路故障、開路故障和局部陰影的檢測與定位，并根據陣列電壓歸一化后的結果進一步對短路故障進行程度判斷。 該方法的特點是獨立于氣象參數，并使用較少數量的傳感器實現故障的組串級別定位。通過一個10×5的仿真模型和一個6×3的實際光伏陣列的實驗結果驗證了方法的可行性。
近年來，太陽能作為清潔能源得到廣泛應用，光伏并網系統的安裝也越來越普及。然而安裝在室外惡劣環境下的光伏陣列，容易受到各種環境因素的影響而發生各種故障，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的運行至關重要，近年來學者們在該領域開展了相關的研究，采用統計差異測量技術，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，還有基于動態時間規整、自適應網絡優化模糊推理法等。
為了更好地區分局部陰影情況（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）電壓來實現短路/接地故障的檢測，將其與局部陰影區分開來，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域，但并未識別故障類型。有學者提出了一種根據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。有學者根據光伏陣列電壓、電流等信號，采用基于高斯過程的方法實現了故障定位。
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，設計一種優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生故障前正常運行的光伏陣列電壓比較，結合優化的傳感器布置方案，判斷出故障類型并定位到故障串，若發生組串內短路故障，根據陣列電壓歸一化后結果來判斷出故障程度。
圖1 整體方案流程
圖2 實驗系統
仿真和實驗結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量較少，可進一步減少傳感器數量，一定程度上降低了故障識別和定位的復雜程度和成本。
本文編自2021年第9期《電氣技術》，論文標題為“結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。
