福州大学科研人员提出光伏阵列故障检测与定位的新方法

光伏阵列故障会影响光伏系统的发电效率和生命周期，甚至造成火灾等严重事故，因此光伏阵列故障检测和定位至关重要。福州大学物理与信息工程学院的研究人员冯锴、林培杰、俞金玲、陈志聪、程树英，在2021年第9期《电气技术》上撰文，利用光伏阵列及模块的最右端功率峰值处的电压结合优化的电压传感器布置方案实现对组串内短路故障、开路故障和局部阴影的检测与定位，并根据阵列电压归一化后的结果进一步对短路故障进行程度判断。

该方法的特点是独立于气象参数，并使用较少数量的传感器实现故障的组串级别定位。通过一个10×5的仿真模型和一个6×3的实际光伏阵列的实验结果验证了方法的可行性。

近年来，太阳能作为清洁能源得到广泛应用，光伏并网系统的安装也越来越普及。然而安装在室外恶劣环境下的光伏阵列，容易受到各种环境因素的影响而发生各种故障，例如开路故障、短路故障、接地故障、直流电弧故障、局部阴影等。

有学者分析了光伏电源的故障特性和影响因素。故障的检测和定位对于光伏系统的运行至关重要，近年来学者们在该领域开展了相关的研究，采用统计差异测量技术，如阵列损耗差和瞬时功率比、交流功率输出差及电压功率比差异，还有基于动态时间规整、自适应网络优化模糊推理法等。

为了更好地区分局部阴影情况（partial shade conditions, PSCs）与电气故障，有学者提出使用最右端功率峰值（rightmost power peak, RPP）电压来实现短路/接地故障的检测，将其与局部阴影区分开来，但是无法检测短路/接地故障的失配水平，且无法实现光伏阵列故障的定位。

一些研究提出了基于电压和电流测量的方法，来定位阵列中的故障区域，但并未识别故障类型。有学者提出了一种根据电压全局分块逼近法来定位故障。有学者提出了一种电压传感器布置方案，能够有效识别阴影故障和电气故障，并在短路和接地故障时定位到故障模块、开路故障时定位到组串。有学者根据光伏阵列电压、电流等信号，采用基于高斯过程的方法实现了故障定位。

福州大学的研究人员分析光伏阵列和组件在短路故障、开路故障和局部阴影下的RPP工作特性，设计一种优化的电压传感器布置方案。通过电压传感器采集光伏阵列和每个光伏组串第一个模块的最右端功率峰值点电压，将故障后的光伏阵列电压与发生故障前正常运行的光伏阵列电压比较，结合优化的传感器布置方案，判断出故障类型并定位到故障串，若发生组串内短路故障，根据阵列电压归一化后结果来判断出故障程度。

图1 整体方案流程

图2 实验系统

仿真和实验结果证明了该方法的有效性。相比于采集光伏阵列和组串首尾两个光伏模块电压的方案，该方法所需的电压传感器数量较少，可进一步减少传感器数量，一定程度上降低了故障识别和定位的复杂程度和成本。

本文编自2021年第9期《电气技术》，论文标题为“结合电压阈值和最右端功率峰值点的光伏阵列故障检测与定位”，作者为冯锴、林培杰 等。