[发明专利]一种大型并网太阳能光伏电站实时故障检测方法

说明书

本发明公开了一种大型并网太阳能光伏电站实时故障检测方法,利用MATLAB/Simulink中模拟理论光伏发电站，实现理论光伏发电站，使其实时产生与实际光伏发电站相似的直流电，在Simulink中的理论光伏电站实时获取辐照度和光伏组件温度数据，并模拟产生的光伏输出，使用开发的统计工具Z‑分数进行异常值检测，将实际光伏电站的单个光伏串的直流功率与理论光伏电站的平均直流功率光伏串进行比较，通过Z‑分数数值和基于Z‑分数阈值的比较结果，进行检测和识别故障。

技术领域

发明涉及光伏发电的领域,尤其涉及一种大型并网太阳能光伏电站实时故障检测方法。

背景技术

能源是这个现代时代的基本必需品，化石燃料仍然是主要的能源来源，化石燃料的燃烧正日益增加碳排放，并导致一种称为全球变暖的现象，全球变暖带来了严重后果，导致整个生态系统遭到破坏，此外，我们还有非常短缺的化石燃料，这两种情况都需要认真关注，并要求立即采取行动，寻找替代能源，这种能源可能持续更长时间，能够高效地生产更多的能源，并保护我们的环境，太阳能，特别是太阳能光伏发电，在探索绿色和清洁能源方面取得了重要地位。

如今，已经安装了数百座太阳能光伏发电厂，包括住宅、商业、工业和公用事业规模。由于设计简单且易于安装，尺寸超过100kW的大规模部署通常安装在电网集成拓扑中。并网或并网系统的设计和安装应与配电网同步运行，且无任何电荷存储能力。

与容量为几千瓦的小型光伏电站相比，数百千瓦的光伏电站更复杂。例如，如果我们有2-3个光伏组件在一系列具有500个光伏组件的光伏发电厂中短路，那么电站运营商首先可能不会注意到这一点，其次查找故障位置也是一项累人的工作。因此急需一种能够对大型并网太阳能光伏电站实时故障检测方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种大型并网太阳能光伏电站实时故障检测方法。

本发明所采用的技术方案是，利用MATLAB/Simulink中模拟理论光伏发电站，实现理论光伏发电站，使其实时产生与实际光伏发电站相似的直流电，在Simulink中的理论光伏电站实时获取辐照度和光伏组件温度数据，并模拟产生的光伏输出，使用开发的统计工具Z-分数进行异常值检测，将实际光伏电站的单个光伏串的直流功率与理论光伏电站的平均直流功率光伏串进行比较，通过Z-分数数值和基于Z-分数阈值的比较结果，进行检测和识别故障。

本发明中，所述Z-分数得出一个数值，表明实际光伏发电站的光伏串功率与理论光伏发电站的光伏串功率平均值之间的差异，计算公式如下：

式中，Z-分数(k)是实际光伏电站中第k个光伏串的综合分数，其在给定时刻的功率为P_Str(k)，mean_P_Str_Th和stdev_Th是同时出现的理论光伏电站光伏串的平均值和标准偏差。

本发明中，所述检测和识别故障分为两个主要阶段，第一阶段初始化理论光伏发电站，确定故障下的Z-分数范围；第二阶段，每隔15分钟从实际光伏电站获取一次辐照度和温度的实时数据，Z-分数根据实际光伏电站的光伏串功率、平均光伏串功率和相应时间理论光伏电站光伏串功率的标准偏差计算得出，将给定时间的结果Z-分数与确定的范围进行比较，确定故障条件和故障类型。

本发明中，所述确定故障下的Z-分数范围，故障包括光伏组件故障，线上的部分阴影或污损，单个光伏串或多个光伏串失败。

本发明中，所述光伏组件故障，实际光伏发电站有多个光伏串联连接的光伏组件构成，在一个光伏串中，理论光伏发电站站中使用相同尺寸的光伏串，如果光伏组件停止工作，光伏串电压将降低，最终降低光伏光伏串功率，对于不同大小的光伏串，范围会有所不同，当光伏组件发生故障时，计算光伏串功率，使用以下公式：

p_Str＝(S×N)-(S×F)