分布式光伏发电系统的状态监测及故障诊断分析

分布式光伏发电系统的状态监测及故障诊断分析

马潇洋 白皓宇

陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西西安 710001

摘要：在全球经济和社会高速发展的驱动下，传统的不可再生能源如煤炭、石油等即将消耗殆尽，同时常规化石能源大量使用造成了世界范围内的环境污染和生态恶化，对人类赖以生存的陆地生活构成了威胁。我国的能源形势不容乐观，开发使用新能源已成当务之急。我国国土面积辽阔，地处北半球，地形地貌丰富复杂，拥有充足的光能资源。因此，光伏发电对于我国来说前景十分可观并且十分可取。对新能源发电并网技术进行研究，具有十分重要的经济和社会价值。

关键词：分布式光伏发电系统；状态监测；故障诊断

1分布式光伏发电系统的状态监测方法

状态监测是分布式光伏发电系统维护和管理的基础。通过实时监测系统的各种参数和运行状态，可以及时发现问题，采取措施避免系统性能下降或故障发生。温度监测。温度监测是分布式光伏发电系统状态监测的重要组成部分。太阳能光伏电池的工作温度对其性能有显著影响。温度升高会导致电池板的效率下降，降低光伏电池的电能转换效率。因此，通过安装温度传感器来监测太阳能电池板的表面温度，可以及时发现温度异常并采取措施来维持电池板的工作温度在合适范围内。这些温度传感器通常位于太阳能电池板的表面，可以采集实时温度数据。这些数据将传输到监测中心，供系统操作员或自动化控制系统分析。一旦温度超出安全范围，系统可以采取措施，例如调整冷却系统或发出警报，以减少过热对系统性能的影响。

1.1电压和电流监测

电压和电流是太阳能光伏电池阵列的核心参数，它们反映了电池板的工作状态和性能。通过监测这些参数，可以了解系统是否在正常运行状态、是否存在连接问题或电路故障。

（1）电流监测：电流传感器通常位于太阳能电池板的输出端口，用于监测电池板的实际电流输出。通过实时监测电流，系统操作员可以确定系统是否在正常运行状态。

（2）电压监测：电压传感器通常位于电池板的输出端口，用于监测电池板的实际电压输出。通过监测电压，可以确保系统在适当的电压范围内运行，以避免损害系统或降低性能。这些参数的监测可以通过数据采集系统实现，这些数据将传输到监控中心进行实时分析和记录。一旦检测到异常，系统可以采取适当的措施来维护或修复问题，以确保系统的稳定运行。

1.2天气监测

分布式光伏发电系统的性能受天气条件的直接影响，包括阳光强度、气温、云量等。
天气监测是一种重要的状态监测方法，可以帮助系统预测和适应不同的气象条件，以优化能源产出。

（1）阳光强度监测：太阳能电池板的产能与阳光强度直接相关。阳光辐射传感器可以用来监测阳光强度，系统可以根据这些数据来调整太阳能电池板的工作参数，以最大化电能产出。

（2）温度监测：气温对太阳能电池板的工作温度也有显著影响。气温传感器可以用来监测环境温度，以帮助系统预测电池板的工作温度和性能。

（3）云量监测：云量传感器可以用来监测云层的覆盖程度。这些数据可用于
预测阴天或多云天气条件下的能源产出，并根据需要进行系统调整。

1.3数据采集和分析

数据采集和分析是状态监测的核心，它通过安装传感器和数据采集系统来实时监测各种参数，并将数据传输到监控中心进行分析。这个阶段是实现有效状态监测的关键，因为它提供了数据以识别问题、制定维护计划和优化性能。数据采集系统通常包括传感器、数据采集设备和数据传输通道。传感器用于监测各种参数，例如温度、电流、电压、阳光强度等。数据采集设备负责将传感器数据采集并传输到监控中心。数据传输通道可以是有线或无线，通常采用因特网连接，以确保数据实时传输和远程监测。一旦数据传输到监控中心，数据分析算法可用于处理和分析数据，以识别潜在问题。例如，如果监测数据显示电池板温度异常升高，系统可以根据预定的温度阈值触发警报或自动调整系统工作参数以降低温度。

2分布式光伏发电系统常见故障

2.1逆变器不并网

2.1.1故障分析

故障逆变器和电网没有连接。造成故障的可能原因有如下几点。①交流断路器没有合上。②逆变器交流输出端子没有接上。③接线时，把逆变器输出接线端子排松动了。

2.1.2解决办法

用万用表电压挡测量逆变器交流输出电压，在正常情况下，输出端子应该有220V或者380V电压，如果没有，依次检测接线端子是否有松动，交流断路器是否闭合，剩余电流保护（动作）断路器是否断开。

2.2逆变器屏幕没有显示

2.2.1故障分析

没有直流输入，因为逆变器LCD是由直流供电的。造成故障的可能原因有如下几点。①组件电压不够。组件电压和太阳辐照度有关。逆变器工作电压是100V到500V，低于100V时，逆变器不工作。②发电系统输入端子接反，发电系统（组串）端子有正负两极，要互相对应，不能接反。③直流开关没有合上。④组件串联时，某一个接头没有接好。⑤某一组件短路，造成其他组件也不能正常工作。

2.2.2解决办法

用万用表电压挡测量逆变器直流输入电压。电压正常时，总电压是各组件电压之和。如果没有电压，依次检测直流开关、接线端子、电缆接头、组件等是否正常。如果有多路组件，要分开单独接入测试。

2.3直流过压

2.3.1故障分析

故障原因可能是组件串联数量过多，造成电压超过逆变器的电压上限。

2.3.2解决办法

因为组件具有温度特性，温度越低，电压越高，单相组串式逆变器输入电压范围是100—500V，建议组串后电压控制在350—400V，三相组串式逆变器输入电压范围是250—800V，建议组串后电压控制在600—650V。在上述电压区间，逆变器效率较高，早晚辐照度低时也可发电，但又不至于电压超出逆变器电压上限，引起报警而停机。

2.4隔离故障

2.4.1故障分析

故障表现为光伏发电系统对地绝缘电阻小于2MΩ。造成此种故障可能有以下原因。①组件、接线盒、直流电缆、逆变器、交流电缆、接线端子等地方有导线对地短路或者绝缘层破坏。②光伏发电系统接线端子和交流接线外壳松动，导致进水。

2.4.2解决办法

断开电网、逆变器，依次检查各部件及导线对地的电阻，找出问题点，处理或更换。

2.5漏电流故障

2.5.1故障分析

光伏发电系统泄漏电流超出要求范围。

2.5.2解决办法

取下太阳能电池阵列输入端，然后检查外围的交流电网。把逆变器直流端和交流端全部断开，停电30min以上，如果自己能恢复就继续运行，如果不能恢复，联系相关售后技术工程师处理。

2.6逆变器硬件故障

2.6.1故障分析

逆变器硬件故障分为可恢复故障和不可恢复故障，主要可能是逆变器电路板、检测回路、功率回路、通信回路等电路有故障。

2.6.2解决办法

逆变器出现上述硬件故障，可把直流端和交流端全部断开，让逆变器停电30min以上，如果能自行恢复就继续使用，如果不能恢复，就联系售后技术工程师。

2.7电网错误

2.7.1故障分析

电网错误故障是指系统显示电网电压和频率过低或者过高。

2.7.2解决办法

用万用表等测量电网电压和频率，如果超出了，等待电网恢复正常。如果电网正常，则是逆变器检测电路板发生故障，可把直流端和交流端全部断开，让逆变器停电30min以上，如果能自行恢复就继续使用，如果不能恢复，就联系售后技术工程师处理。

结束语

分布式光伏发电系统在可再生能源领域具有广泛应用前景。本文探讨分布式光伏发电系统的状态监测和故障诊断技术，以提高系统的可靠性和效率，并为分布式光伏发电系统的状态监测和故障诊断提供案例参考。

参考文献：
[1]韩志华,刘秦.分布式光伏发电系统电气设计分析[J].光源与照明,2023(01):133-135.
[2]文超.独立式光伏发电系统设计[D].湖北：武汉工程大学,2013.