[发明专利]具有最大功率点跟踪功能的光伏电站故障检测装置

权利要求书

1.具有最大功率点跟踪功能的光伏电站故障检测装置，其特征在于包括：光伏阵列、采样模块、CPU模块、PWM驱动模块、Boost升压模块、输出模块、以及负载/逆变器模块；所述采样模块的输入端与所述光伏阵列输出端连接，所述采样模块的输出端与所述CPU模块输入端连接，所述CPU模块输出端同时与所述PWM驱动模块输入端以及所述输出模块输入端连接，所述PWM驱动模块输出端与所述Boost升压模块输入端连接，所述Boost升压模块输出端与所述负载/逆变器模块输入端连接；

所述采样模块包括电压采样模块和电流采样模块，电压采样模块和电流采样模块分别与所述光伏阵列输出端连接，用于实时采集光伏阵列的输出电压和输出电流，并发送给CPU模块；

所述Boost升压模块包括MOSFET开关管，所述MOSFET开关管的输入端与所述PWM驱动模块的输出端连接；

所述CPU模块采用以伏安特性公式作为计算的理论依据，通过电池板在标准状态下的参数值，推算出决定伏安特性曲线形状的变化参数；在同一个最大功率点计算周期内，只需要两次采样电压和电流值，就可以得出当前的短路电流、开路电压和温度的值；通过建立计算最大功率点电压值的计算方程，结合二分法或遗传算法，可以直接计算出当前最大功率点的电压值；通过计算出的温度、短路电流、开路电压以及最大功率点的电压值，判断是否出现故障以及故障类型；具体包括如下步骤：

步骤1：计算伏安特性简化方程中参数I₀、的值

(1)根据简化的伏安曲线方程：

式中，I_sc为太阳能电池的短路电流，T是电池板的绝对温度，u为电池板电压值，i为电池板电流值；

(2)电池板的系统标定值：在标准日照和温度的条件下，最大输出功率P_max、最大工作电压U_pm0、最大工作电流I_pm0、开路电压U_oc0、短路电流I_sc0的值；

(3)将电池板参数值代入到上述的伏安曲线方程中，推导出只有一个未知数I₀的一维方程，采用二分法或遗传算法求解出I₀的值，从而计算出参数的值；

步骤2：计算当前短路电流、开路电压和温度值

(1)根据所述采样模块检测当前的电流和电压值，得出电压值u₁，电流值i₁；改变所述PWM驱动模块占空比的值，根据所述采样模块再次检测电流和电压值，得出电压值u₂，电流值i₂；上述检测过程需要在极短的时间内完成，将得出的电流和电压值送入所述CPU模块；

(2)将(1)中得出的电流和电压值代入到上述的伏安曲线方程中，推导出只有一个未知数I_sc的一维方程，采用二分法或遗传算法求解出I_sc的值，从而得出当前温度T以及开路电压U_oc的值；

步骤3：计算最大功率点电压值的经典方程

如果令功率对电压的导数值等于零，以及令则可以得出计算最大功率点电压值的经典方程：

步骤4：采用二分法或遗传算法求出经典方程中y的值

(1)采用二分法计算y的值

根据上述的经典方程得出模型：

上述模型可以通过二分法计算出y的值；

(2)采用遗传算法计算y的值

建立优化模型：

将其作为遗传运算的目标函数，采用遗传算法求解此优化模型，从而计算出y的值，最后推导出最大功率点电压u_pm的值；

步骤5：将计算得出的最大功率点电压值u_pm转换成相应占空比的值，赋值给所述PWM驱动模块；

步骤6：对光伏电站进行故障检测

(1)通过当前的电流和电压值，上述计算出的温度T、开路电压U_oc、短路电流I_sc、最大功率点的电压u_pm值，判断是否出现故障以及故障类型；检测的故障类型包括：开路、短路、虚阴影遮挡、实阴影遮挡、老化、隐裂或碎片、光伏热斑；

(2)在系统正常情况下，采用步骤1、步骤2、步骤3计算出参数值温度T、最大功率点电压值，以及当前的电压U和电流I值，做为用于检测的标准值；

(3)在当前状况下，采用步骤1、步骤2、步骤3计算出参数值温度T、最大功率点电压值，以及当前的电压U和电流I值，做为待检测值；

(4)比较待检测值与标准值的误差，超出指定阈值时，认为系统出现异常；

步骤7：将上述所述CPU模块的检测结果送入所述输出模块，用于显示光伏电站故障诊断结果。