光伏電站技術故障分析診斷計算技術及實際應用發展現狀

沈陽工程學院 周昰彤 鞠振河

本文從最大功率點跟蹤的直接計算方法以及分布式最大功率點跟蹤方法針對太陽能行業監控與故障診斷技術落后的現狀，應用改進原有方法提出一類面向光伏監控與故障診斷的系統理論。將最大功率點跟蹤的直接計算方法以及分布式最大功率點跟蹤方法應用之后會有效反映實際系統的不確定性，能夠提升系統的故障診斷準確度。并且通過對最大功率點跟蹤曲線的記錄，創建大數據，針對對曲線數據的記錄，可以有效減少由于系統存在復雜性，非線性、時變性，不確定性和不完全性無法精準判斷故障點而損失掉的時間和資源的浪費。結合無人機技術使光伏故障檢測系統更加智能。

將智能的計算機技術與無人機技術相結合，應用于光伏電站故障分析與處理，應用上述技術方法改進后的系統將原故障診斷技術方法與當前現代電站大數據以及當前現代無人機電站監控監測技術的相互應用結合進行研究，并提出一類專門用于面向太陽光伏電站故障監控與光伏發電系統故障監測分析系統診斷的電站監控監測系統技術理論。為故障分析與檢測提供了新思路。

1 光伏診斷技術的重要意義

光伏組件作為發電設備，長期工作運行戶外的自然環境中，光照、雨水、風沙等的自然環境變化，侵蝕應力等等因素都會直接影響、加速光伏組件和戶外電源系統連接器等光伏發電設備的長期性能老化，導致這些設備內部絕緣體的性能大大下降，造成一些設備發生故障甚至可能引發設備火災。設備表面以及金屬絕緣體涂層本身都會長期受到來自外界惡劣環境的嚴重侵蝕。所以環境對于光伏電站的影響不容忽視。因此我們通常需要定期對光伏發電設備系統的電氣連接線路，安裝布線和光伏發電設備相關系統部件進行安全維護測試，對于已經發生老化的光伏電纜和其他電源連接設備也我們應定期進行必要的養護維修或維護更換，以保證系統的安全正常工作運行。光伏電站相關組件的一些質量安全問題是非常重要的，但也是較難及時準確的發現并采取措施，作為一個大型光伏電站的一個重要核心組成部分，組件上任何一個小小的質量問題都會很容易帶來它的經濟巨大損失，而如今作為一個光伏電站中最普遍存在且通過各種常規質量檢測技術手段難以及時得到檢測的光伏電站組件等安全問題，那當然就要歸屬”熱斑效應”。據英國國內權威機構南格萊德的故障數據統計分析報告統計結果顯示，熱斑累計故障發生占總的故障比率高達11%。所以針對可以反映故障的熱斑效應，采取了針對性的措施。并且光伏發電系統的一般工作運行在很少有人可以進行實時遠程值守的工作環境情況下，對山區地域上廣泛分散的光伏電站發電系統狀況進行實時管控監測以及日常維護及其管理往往是非常重要且十分困難、繁瑣的。需要大量的財力、時間、人力以及物力，因此更加智能的光伏故障檢測診斷分析方法可以應用在對于大型太陽能光伏電站發電設備系統發生故障時的診斷中也就具有非常大的重大意義。如今的大型商用光伏電站大多為人工巡檢，由于大型光伏電站占地面積龐大且地理環境條件受周圍自然界和地形環境條件因素影響大等諸多因素，需要長期巡檢將會耗費大量的的電力巡檢時間，這樣會拉長排查故障的周期，會導致某些故障難以發現，或者被忽略，從而導致降低了光伏發電總體效率。并且人工巡查需要耗費大量的人力以及人工成本，這在無形之中增加光伏發電系統的成本，并對于光伏電站的維護以及修理故障增加了難度，又由于技術等各個方面的因素，也會出現無法全面準確地在檢測大型光伏電站組件，從而導致可能面臨存在的安全隱患問題的狀況。

2 針對應用大數據的分析及目的

信息處理系統可以針對很多具有復雜性、非線性、時變性、不確定性和不完全性等性質的問題提供比較好的解決方案。通過分析記錄的數據來獲得比較精準的數學分析計算模型，通過對很難從表面上看出關聯的信息中，找到他們之間的規律，建立數據庫，并且這種方法可以與各種技術相結合，針對不同的問題來提供更加智能，更加合理的方案。將大數據與光伏電站故障分析結合在一起，根據最大功率點追蹤曲線的分析，記錄曲線的變化，以及相應的環境條件，以及故障類型等等全方面的信息來分析故障，具體來說可以記錄所有供電系統輸出特性的特點以及所有與大型光伏電站發電系統使用運行過程中發生各種故障時的相關數據都經過統籌統一整理起來。通過統籌統計綜合進行分析，找出所有當熱斑效應第一次發生時對所有供電系統數據的直接構成影響，總結出其特性以及變化，通過分析統計綜合分析來找出在什么樣的氣候天氣變化條件下最容易導致供電系統發生二次性的熱斑效應，這樣也就等于可以高效率的做到在一次性的熱斑效應再次發生前盡量及時進行監測預防，也所以可對二次熱斑輻射效應更加敏感，通過對所有數據采集曲線的跟蹤觀察以及數據統計圖的分析，可具體的，更加精準的找出可能發生故障的故障點以及故障發生的條件，再將數據記錄下來，不斷的更新數據，提高信息的準確性。這樣也就可以有效地做到避免光伏電站在相似的條件下發生二次熱斑效應，也可更好的優化數據庫在光伏故障檢測系統中的應用。從而達到大大減少發電火災等災害事故的頻繁發生的目的。并且還可以針對在某些條件下，易發生故障的故障點進行預防。總的來說，應用大數據的光伏電站檢測技術的好處，首先就是通過對故障數據診斷曲線的大量數據分析紀錄和統計分析，可以有效積累故障診斷系統經驗，提高進行故障技術診斷的系統整體技術水平，而且同時還有效的利于故障系統的診斷改進與系統優化、以及能夠科學的為研究人員提供有用的大數據。太陽能光伏電站故障的故障信息結構變化比較快，不能僅根據幾個主要故障特征信息量就可以進行故障診斷，必須通過充分利用目前監測采集到的各種故障診斷系統信息，將單個診斷傳感器所能獲取的單維診斷信息大量融合在一起來才能形成多維的診斷信息，這種信息量的含量比任何一個具有單維屬性的信息的簡單得出各種信息量都必要得多。多類型傳感器系統信息融合技術是充分利用多個類型傳感器信息資源，通過多各種類型傳感器及其主要觀測對象信息的合理相互支配與融合使用，以各種類型傳感器在使用空間和觀測時間上的信息互補與冗余使該信息可為環境故障的實時檢測和信息分離分析提供準確診斷信息，采用某種系統優化設計準則，產生能夠反映不同環境觀測信息物理特征的數據和準確描述。信息系統融合的研究目標主要是基于各種信息傳感器分別實時觀測系統信息，通過對系統信息的融合優化進行組合來推導出更多的有效系統信息，降低系統信息的高度不確定性，將其融合應用推廣到設備狀態故障檢測和系統故障狀態診斷就有可能同時得到更加準確和可靠的故障信息。通過種種手段，首先在獲取數據上，采取多種類型傳感器來提高數據的準確性和有效性，其次將數據記錄下來，通過大數據的手段，針對光伏電站故障方面，提供更加可靠，精準的故障診斷技術。

3 無人機技術發展趨勢以及現狀分析

近年代以來，包括智能民用無人機在內的許多行業隨著智能化，無人化以及智能化等產品的不斷推進飛速發展，當然，也為光伏發電系統以及故障檢測技術的發展提供里新思路。無人機以其自動操作方式立體化，高程自動操控作業，兼容性強，非常適用于各種應用領域以及類型多樣、環境復雜的光伏風能發電設備行業。在每次智能飛行在線航拍檢查任務中，工作人員僅僅使用一臺智能航拍無人機，方便快捷的操作方式的就可以進行對太陽光伏發電板塊的智能航拍設備在線飛行檢查、輸電塔臺的在線飛行航拍。同時無人機技術也可以校驗數據的真是可靠性，從而對故障檢測系統進行優化與改進，使其更加的與時俱進，更加的完善。同時也為建立光伏電站故障時候的特點與環境條件等，更加完善了數據，并且保證了數據的真是可靠性。無人機技術可以彌補在故障檢測方面，人工巡檢的不足，提高了效率，在各個方面都展現了其優點。

4 故障分析診斷與新技術相互輔助結合的應用意義分析

光伏電站是國內外重點研究發展的一種綠色再生能源發電裝備。光伏電站的結構優化、改善和降低運行利用成本等突出問題嚴重直接制約了光伏電站發電的發展。其中光伏發電陣列由于系統占地面積大、分布廣泛，容易同時出現光伏動力電池核心組件“裂片”、“線路老化”和“熱斑現象”故障現象，并網光伏逆變器則容易同時出現供電過壓、過大電流、功率管路等短路和開路等短路故障。這些嚴重因素影響關系到光伏基站電池相關組件的使用壽命難以保證光伏電站的安全穩定正常運行。而熱斑效應則是故障之一，造成熱斑效應現象的主要危害原因之一是某些光伏材料電池長期工作受到陽光陰影線的影響，致使其全部輸出正極電流遠遠小于正常發電工作的其他光伏材料電池的全部輸出正極電流。根據這一現象反映在最大功率點跟蹤曲線上的變化。將曲線的變化也加入數據庫中，也是對光伏故障檢測技術的完善。通過光伏數據分析記錄和統計分析，積累故障診斷技術經驗，提高光伏故障分析診斷的系統整體技術水平。通過利用大數據將光伏發電檢測管理技術實現智能化。與智能無人機直接結合后可輔助自動排除故障。對目前光伏電站相關設備的正常運行故障情況可以進行在線遠程監測，及時跟蹤分析故障處理發現故障可能特點，確定光伏設備運行故障可能發生的主要原因和故障位置，也可以有利于促進光伏電站設備維護管理人員工作的有效開展。因此將無人機技術與大數據相結合應用與故障檢測技術，以利于實現我國光伏電站的穩定、可靠、經濟運行，對于有效促進光伏電站發電的持續規模化健康發展，具有極其重要的指導意義。