[发明专利]基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于最小不匹配度故障电流预测的光伏阵列故障诊断方法，它包括：

步骤1、利用光伏阵列运行在最大功率点的信息计算光伏阵列中所处位置的太阳实际辐照度G和温度T_C；

光伏逆变器的MPPT算法使得太阳能电池的输出功率为最大值，即P_mpp＝V_mppI_mpp，V_mpp和I_mpp分别为光伏电池在输出功率最大时所对应的电压和电流；在标准测试条件下辐照度为G_STC＝1000W/m²，温度为T_C,STC＝25℃，在AM1.5的光谱条件下光伏电池的最大输出功率表达式为P_mpp,STC＝V_mpp,STCI_mpp,STC，式中V_mpp,STC和I_mpp,STC分别为标准测试条件下最大功率点所对应的输出电压和输出电流；V_pv和I_pv分别为光伏电池的输出电压和电流；R_sh为并联电阻；I_ph为光生电流，I_D为太阳能电池的pn结扩散电流；

G_STC为光伏阵列所在位置在标准测试条件下标准辐照度；参数V_mpp为光伏电池在输出功率最大时所对应的电压；

光伏电池在最大功率点的电流I_mpp与太阳辐照度的关系表达式系为：

G和G_STC分别为光伏阵列所在位置的实际辐照度和标准辐照度；由公式(1)得出：

光伏电池最大功率点的功率与温度之间的关系式为：

式(3)中，γ为最大功率点的温度系数，由式(3)得出：

根据公式(2)和(4)实时计算得出光伏阵列所在处的实际辐照度G和温度T_C；

步骤2、利用光伏组件在标准测试条件下的物理参数值，计算在太阳实际辐照度G和温度T_C下的光伏组件实际物理参数值；

建立太阳能电池组件的输出电流表达式：

式中a＝nN_skT_C/q；I₀为反向饱和电流；n为二极管影响因子；q为电子电荷常数；k为玻尔兹曼常数；T_C为开氏温度；N_s为每个光伏组件中光伏电池串联数；

在太阳实际辐照度G和温度T_C下认为串联电阻R_s和极管影响因子n保持不变，则I_ph、I₀和R_sh参数的计算公式为：

α_ISC为光伏组件短路电流的温度系数；

步骤3、计算发生最小不匹配度故障时的光伏组件电流突变量；

步骤3所述计算发生最小不匹配度故障时的光伏组件电流突变量的方法为：

设N为光伏阵列组串的数量，I_PV1,…,I_PVN为光伏阵列中相应组串的输出电流；当光伏阵列发生最小不匹配度故障时，故障组串中单个非故障光伏组件的电压为：

式(10)中M为每个组串中的光伏组件的数目，V_set为光伏阵列的电压互感器测量值；根据此时的光伏组件电压V_pv计算该时刻光伏组件的输出电流，采用lambert W函数变换为显性函数为：

式(12)中W(X)是lambert W函数，I_PVf代表假想发生最小不匹配接地故障后的理论输出电流；根据式(10)～(12)计算出光伏阵列发生最小不匹配度故障时故障组串中的输出电流；

当光伏组串中发生最小不匹配度故障时电流突变量为：

ΔI_cal＝abs(I_PVf-I_PV0)                (13)

式(13)中的I_PV0为对应组串正常时的输出电流；

步骤4、结合最小不匹配度故障时的光伏组件电流变化量对光伏阵列进行故障检测；

步骤4所述结合最小不匹配度故障时的光伏组件电流变化量对光伏阵列进行故障检测的方法为：采集光伏阵列每个组串中首端电流互感器的电流值，并计算电流突变量值，当电流突变量值满足要求时即判为该组串故障；判断组串故障的具体方法为：采用某段时间内电流突变量的积分来构成判据，假设时间窗内的电流采样点数为N_u，则电流突变量的计算公式为：

ΔI_PV(j)＝I_PV(j)-I_PV(j-N_u)                (14)

判据如下式：

式中K_rel为可靠系数，当光伏阵列中的某一组串电流判据满足式(15)时，则判断出该光伏组串发生了接地或组串间故障；否则，判断光伏阵列系统处于正常运行状态。