一种光伏组件故障定位方法和系统与流程

1.本发明涉及光伏检测技术领域，具体而言，涉及一种光伏组件故障定位方法和系统。


背景技术：

2.光伏组件是一种利用光能将太阳能转化为电能的设备，它由光电池电池片、玻璃、框架、反射层、透明上层等部分组成。当阳光照射到光伏组件上时，光电池通过半导体材料的特性转化为电流，电流则被集电线连接并输出电能。光伏组件的类型包括多晶硅光伏组件、单晶硅光伏组件、cdte（碲化镉）薄膜太阳能电池组件、cigs（硫化铜铟镓）薄膜太阳能电池组件。随着新材料和新技术的不断出现，光伏发电广泛的应用于家用、商业、工业等领域。然而，随着使用率的增加，光伏组件的故障问题也日益凸显。现有技术使用红外热像仪来捕获光伏组件的温度图像，并通过计算机对图像进行处理，从而实现对组件故障的检测和定位。然而，通过红外热成像排除故障的方法，会将处于阴影中的光伏组件识别为故障光伏组件；且红外热像仪不断获取热红外图像并对获取的图像进行识别，会对系统造成极大负担。
3.有鉴于此，本发明提出了一种光伏组件故障定位方法和系统，排除阴影对光伏组件故障识别的影响，提高故障定位的准确率，减轻系统的运算负担。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种光伏组件故障定位方法，包括：基于光伏组件的环境参数和电压电流参数，确定所述光伏组件是否故障；若是，判断所述光伏组件的故障类型；基于所述故障类型和每组光伏组件的子电压电流参数，确定发生故障的光伏组件组；基于所述光伏组件组的热红外图像，确定发生故障的光伏组件。
5.进一步的，确定所述光伏组件是否故障，包括：基于所述环境参数，确定所述光伏组件输出的标准电压电流参数；判断所述电压电流参数与所述标准电压电流参数的差值是否在预设差值阈值范围内；若否，确定光伏组件故障。
6.进一步的，所述判断所述光伏组件的故障类型，包括：构建初始故障类型判别模型；获取训练样本；所述训练样本包括在标准环境下光伏组件的电压电流参数和对应的故障状态；将所述训练样本输入所述初始故障类型判别模型，基于所述初始故障类型判别模型的输出和所述故障状态，构建损失函数；基于所述损失函数，更新所述初始故障类型判别模型的参数，直到所述损失函数的值小于预设损失阈值；将最后一次更新的初始故障类型判别模型作为所述故障类型判别模型；将所述标准电压电流参数输入所述故障类型判别模型，模型输出所述故障类型。
7.进一步的，所述判断所述光伏组件的故障类型，包括：获取光伏组件的历史标准电压电流参数；基于所述历史标准电压电流参数，分别得到按时间序列排序的历史电压变化情况和历史电流变化情况；基于所述标准电压电流参数、所述历史电压变化情况和所述历史电流变化情况，确定所述故障类型。
8.进一步的，所述故障类型包括短路故障、开路故障和阴影；所述基于所述标准电压电流参数、所述历史电压变化情况和所述历史电流变化情况，确定所述故障类型，包括：判断所述标准电压电流参数的变化在所述历史电压变化情况和所述历史电流变化情况中是否具有周期性；若所述标准电压电流参数的变化具有周期性，则确定所述故障为阴影故障；若所述标准电压电流参数的变化不具有周期性，则判断电流参数是否小于标准电流参数；若电流参数小于所述标准电流参数，则判断所述故障为开路故障；若电流参数不小于所述标准电流参数，则判断电压参数是否小于标准电压参数；若电压参数小于所述标准电压参数，则判断所述故障为短路故障；若电压参数不小于所述标准电压参数，则重新确定所述光伏组件是否故障。
9.进一步的，对于短路故障；所述确定发生故障的光伏组件组，包括：获取每组光伏组件组的组电压；将组电压低于预设组电压的光伏组件组作为发生故障的光伏组件组；所述确定发生故障的光伏组件，包括：将热红外图像中亮度小于预设亮度阈值的光伏组件作为发生故障的光伏组件。
10.进一步的，对于开路故障；所述确定发生故障的光伏组件组，包括：获取每组光伏组件的热红外图像；将热红外图像中亮度小于预设亮度阈值的光伏组件组作为发生故障的光伏组件组；所述确定发生故障的光伏组件，包括：获取每个光伏组件的电流值；将光伏组件的电流值低于预设组件电流的光伏组件作为发生故障的光伏组件。
11.进一步的，所述基于所述环境参数，确定所述光伏组件输出的标准电压电流参数，包括：基于当前电流、当前短路电流、当前日照强度、当前温度、标准日照强度、标准温度和光伏组件的电流温度变化关系，确定标准电流；基于当前电压、所述当前温度、所述标准温度、所述标准电流、所述当前电流和光伏组件的电压温度变化关系，确定标准电压。
12.进一步的，所述确定标准电流的表达式为：所述确定标准电压的表达式为：其中，表示标准电流；表示当前电流；表示当前短路电流；表示标准日照强度与当前日照强度的差值；表示当前日照强度；表示电流温度变化关系；表示标准温度；表示当前温度；表示标准电压；表示当前电压；表示电压温度变化关系；表示标准温度与当前温度的差值；表示标准电流与当前电流的差值；表示负载阻值。
13.本发明的目的在于提供一种光伏组件故障定位系统，包括故障确定模块、故障类型判断模块、故障光伏组件组确定模块和故障光伏组件确定模块；所述故障确定模块用于基于光伏组件的环境参数和电压电流参数，确定所述光伏组件是否故障；所述故障类型判断模块用于当光伏组件故障时，判断所述光伏组件的故障类型；所述故障光伏组件组确定模块用于基于所述故障类型和每组光伏组件的子电压电流参数，确定发生故障的光伏组件组；所述故障光伏组件确定模块用于基于所述光伏组件组的热红外图像，确定发生故障的光伏组件。
14.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本发明通过先确实光伏组件是否故障，当确定光伏组件故障时再定位发生故障的
光伏组件，可以避免红外成像设备不间断获取热红外图像，并对热红外图像进行处理，增加系统负担的问题。而且，在故障确定时排除了阴影造成的光伏组件异常，可以避免后续识别故障光伏组件出错，提高了识别的准确度。
15.本发明通过将获取的不同环境下的光伏组件的电压电流参数转换到同一环境下的标准电压电流参数，并基于标准电压电流参数判断光伏组件是否故障，可以避免由于环境变化造成光伏组件参数变化导致识别故障出错的问题。
16.本发明通过历史标准电压电流参数识别当前光伏组件的电压电流参数的变化是否具有周期性，排除由阴影造成的光伏组件异常问题。
17.本发明通过获取光伏组件的电压、电流和热红外图像对故障光伏组件进行定位，可以减少工作量，避免逐个对光伏组件进行故障排除，而仅对发生故障的光伏组件组中的光伏组件进行检测，提高了故障排除的效率。
附图说明
18.图1为本发明实施例1提供的一种光伏组件故障定位方法的示例性流程图；图2为本发明实施例1提供的一种光伏组件故障定位系统的示例性模块图。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.图1为本发明实施例1提供的一种光伏组件故障定位方法的示例性流程图。如图1所示，流程100包括：步骤110，基于光伏组件的环境参数和电压电流参数，确定所述光伏组件是否故障。步骤110可以由故障确定模块210执行。
21.环境参数可以用于表征光伏组件运行时的周围环境的情况。例如，环境参数可以包括光伏组件周围的温度、光照强度、天气情况和风力风向等参数。电压电流参数可以用于表征光伏组件输出的电压电流的情况。例如，电压电流参数可以包括光伏组件输出的电压大小、电流大小和最大功率等参数。
22.确定所述光伏组件是否故障，包括：基于所述环境参数，确定所述光伏组件输出的标准电压电流参数；判断所述电压电流参数与所述标准电压电流参数的差值是否在预设差值阈值范围内；若是，确定光伏组件未故障；若否，确定光伏组件故障。标准电压电流参数可以是指在当前温度和光照条件下，光伏组件应该输出的电压和电流的大小。预设差值阈值可以是指预先设置的光伏组件输出的电压电流参数与标准电压电流参数的最大差值。超过该预设差值阈值则确定光伏组件发生故障。
23.所述基于所述环境参数，确定所述光伏组件输出的标准电压电流参数，包括：基于当前电流、当前短路电流、当前日照强度、当前温度、标准日照强度、标准温度和光伏组件的电流温度变化关系，确定标准电流。基于当前电压、所述当前温度、所述标准温度、所述标准电流、所述当前电流和光伏组件的电压温度变化关系，确定标准电压。
24.当前电流可以是指当前测得的光伏组件的电流值（全部光伏组件的输出电流值）。当前短路电流可以是指当前环境下光伏组件的短路电流。当前日照强度可以是指当前环境的日照强度。当前温度可以是指当前环境的温度。标准日照强度可以是指标准环境下的日照强度。标准温度可以是指标准环境下的温度。光伏组件的电流温度关系可以用于表示温度对光伏组件电流的影响情况，可以根据光伏组件的性能得到。标准电流可以是指光伏组件在标准环境下的输出电流。当前电压可以是指在当前环境下光伏组件输出的电压。光伏组件的电压温度关系可以用于表示温度对光伏组件的电压的影响情况，可以根据光伏组件的性能得到。标准电压可以是指光伏组件在标准环境下的输出电压。标准环境可以根据需求具体设计。例如，标准环境可以为温度30度，日照强度100000lux，晴天。日照强度为光照强度的同义表述。
25.确定标准电流的表达式为：所述确定标准电压的表达式为：其中，表示标准电流；表示当前电流；表示当前短路电流；表示标准日照强度与当前日照强度的差值；表示当前日照强度；表示电流温度变化关系；表示标准温度；表示当前温度；表示标准电压；表示当前电压；表示电压温度变化关系；表示标准温度与当前温度的差值；表示标准电流与当前电流的差值；表示负载阻值。
26.步骤120，若是，判断所述光伏组件的故障类型。步骤120可以由故障类型判断模块220执行。
27.故障类型可以包括光伏组件的短路故障、开路故障和阴影。
28.实施例2，所述判断所述光伏组件的故障类型，包括：构建初始故障类型判别模型；获取训练样本；所述训练样本包括在标准环境下光伏组件的电压电流参数和对应的故障状态；将所述训练样本输入所述初始故障类型判别模型，基于所述初始故障类型判别模型的输出和所述故障状态，构建损失函数；基于所述损失函数，更新所述初始故障类型判别模型的参数，直到所述损失函数的值小于预设损失阈值；将最后一次更新的初始故障类型判别模型作为所述故障类型判别模型；将所述标准电压电流参数输入所述故障类型判别模型，模型输出所述故障类型。初始故障类型判别模型可以为lstm模型。故障状态可以包括短路故障、开路故障和阴影。预设损失阈值可以是指预先设置的故障类型判别模型输出的值与实际值的最大误差值。
29.实施例3，所述判断所述光伏组件的故障类型，包括：获取光伏组件的历史标准电压电流参数；基于所述历史标准电压电流参数，分别得到按时间序列排序的历史电压变化情况和历史电流变化情况；基于所述标准电压电流参数、所述历史电压变化情况和所述历史电流变化情况，确定所述故障类型。
30.历史标准电压电流参数可以是指历史获取的电压电流参数在标准温度和日照强度下的标准电压电流参数。历史标准电压电流参数可以通过获取历史数据得到，历史电压变化情况和历史电流变化情况可以通过提取历史标准电压电流参数得到。
31.所述基于所述标准电压电流参数、所述历史电压变化情况和所述历史电流变化情
况，确定所述故障类型，包括：判断所述标准电压电流参数的变化在所述历史电压变化情况和所述历史电流变化情况中是否具有周期性；若所述标准电压电流参数的变化具有周期性，则确定所述故障为阴影故障；若所述标准电压电流参数的变化不具有周期性，则判断电流参数是否小于标准电流参数；若电流参数小于所述标准电流参数，则判断所述故障为开路故障；若电流参数不小于所述标准电流参数，则判断电压参数是否小于标准电压参数；若电压参数小于所述标准电压参数，则判断所述故障为短路故障；若电压参数不小于所述标准电压参数，则重新确定所述光伏组件是否故障。
32.标准电压参数可以是指在当前温度和日照强度下正常光伏组件输出的电压。标准电流参数可以是指在当前温度和日照强度下正常光伏组件输出的电流。
33.步骤130，基于所述故障类型和每组光伏组件的子电压电流参数，确定发生故障的光伏组件组。步骤130可以由故障光伏组件组确定模块230执行。
34.光伏组件组可以是指一组串联的光伏组件。子电压电流参数可以是指光伏组件组输出的电压电流参数。
35.对于短路故障；所述确定发生故障的光伏组件组，包括：获取每组光伏组件组的组电压；将组电压低于预设组电压的光伏组件组作为发生故障的光伏组件组。
36.组电压可以是指光伏组件组两端的电压。预设组电压可以是指预先设置的光伏组件组输出的电压的最小值。
37.对于开路故障；所述确定发生故障的光伏组件组，包括：获取每组光伏组件的热红外图像；将热红外图像中亮度小于预设亮度阈值的光伏组件组作为发生故障的光伏组件组。
38.步骤140，基于所述光伏组件组的热红外图像，确定发生故障的光伏组件。步骤140可以由故障光伏组件确定模块240执行。
39.对于短路故障；所述确定发生故障的光伏组件，包括：将热红外图像中亮度小于预设亮度阈值的光伏组件作为发生故障的光伏组件。
40.热红外图像可以是指获取的光伏组件的热红外图像。预设亮度阈值可以是指正常光伏组件发电的最低亮度值。
41.对于开路故障；所述确定发生故障的光伏组件，包括：获取每个光伏组件的电流值；将光伏组件的电流值低于预设组件电流的光伏组件作为发生故障的光伏组件。
42.预设组件电流可以是指每个正常光伏组件输出的电流的最小值。
43.图2为本发明实施例1提供的一种光伏组件故障定位系统的示例性模块图。如图2所示，系统200包括故障确定模块210、故障类型判断模块220、故障光伏组件组确定模块230和故障光伏组件确定模块240。
44.故障确定模块210用于基于光伏组件的环境参数和电压电流参数，确定所述光伏组件是否故障。关于故障确定模块210的更多内容，参见图1及其相关描述。
45.故障类型判断模块220用于当光伏组件故障时，判断所述光伏组件的故障类型。关于故障类型判断模块220的更多内容，参见图1及其相关描述。
46.故障光伏组件组确定模块230用于基于所述故障类型和每组光伏组件的子电压电流参数，确定发生故障的光伏组件组。关于故障光伏组件组确定模块230的更多内容，参见图1及其相关描述。
47.故障光伏组件确定模块240用于基于所述光伏组件组的热红外图像，确定发生故障的光伏组件。关于故障光伏组件确定模块240的更多内容，参见图1及其相关描述。
48.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光伏组件故障定位方法，其特征在于，包括：基于光伏组件的环境参数和电压电流参数，确定所述光伏组件是否故障；若是，判断所述光伏组件的故障类型；基于所述故障类型和每组光伏组件的子电压电流参数，确定发生故障的光伏组件组；基于所述光伏组件组的热红外图像，确定发生故障的光伏组件。2.根据权利要求1所述的光伏组件故障定位方法，其特征在于，确定所述光伏组件是否故障，包括：基于所述环境参数，确定所述光伏组件输出的标准电压电流参数；判断所述电压电流参数与所述标准电压电流参数的差值是否在预设差值阈值范围内；若否，确定光伏组件故障。3.根据权利要求2所述的光伏组件故障定位方法，其特征在于，所述判断所述光伏组件的故障类型，包括：构建初始故障类型判别模型；获取训练样本；所述训练样本包括在标准环境下光伏组件的电压电流参数和对应的故障状态；将所述训练样本输入所述初始故障类型判别模型，基于所述初始故障类型判别模型的输出和所述故障状态，构建损失函数；基于所述损失函数，更新所述初始故障类型判别模型的参数，直到所述损失函数的值小于预设损失阈值；将最后一次更新的初始故障类型判别模型作为所述故障类型判别模型；将所述标准电压电流参数输入所述故障类型判别模型，模型输出所述故障类型。4.根据权利要求2所述的光伏组件故障定位方法，其特征在于，所述判断所述光伏组件的故障类型，包括：获取光伏组件的历史标准电压电流参数；基于所述历史标准电压电流参数，分别得到按时间序列排序的历史电压变化情况和历史电流变化情况；基于所述标准电压电流参数、所述历史电压变化情况和所述历史电流变化情况，确定所述故障类型。5.根据权利要求4所述的光伏组件故障定位方法，其特征在于，所述故障类型包括短路故障、开路故障和阴影；所述基于所述标准电压电流参数、所述历史电压变化情况和所述历史电流变化情况，确定所述故障类型，包括：判断所述标准电压电流参数的变化在所述历史电压变化情况和所述历史电流变化情况中是否具有周期性；若所述标准电压电流参数的变化具有周期性，则确定所述故障为阴影故障；若所述标准电压电流参数的变化不具有周期性，则判断电流参数是否小于标准电流参数；若电流参数小于所述标准电流参数，则判断所述故障为开路故障；若电流参数不小于所述标准电流参数，则判断电压参数是否小于标准电压参数；若电压参数小于所述标准电压参数，则判断所述故障为短路故障；
若电压参数不小于所述标准电压参数，则重新确定所述光伏组件是否故障。6.根据权利要求5所述的光伏组件故障定位方法，其特征在于，对于短路故障；所述确定发生故障的光伏组件组，包括：获取每组光伏组件组的组电压；将组电压低于预设组电压的光伏组件组作为发生故障的光伏组件组；所述确定发生故障的光伏组件，包括：将热红外图像中亮度小于预设亮度阈值的光伏组件作为发生故障的光伏组件。7.根据权利要求5所述的光伏组件故障定位方法，其特征在于，对于开路故障；所述确定发生故障的光伏组件组，包括：获取每组光伏组件的热红外图像；将热红外图像中亮度小于预设亮度阈值的光伏组件组作为发生故障的光伏组件组；所述确定发生故障的光伏组件，包括：获取每个光伏组件的电流值；将光伏组件的电流值低于预设组件电流的光伏组件作为发生故障的光伏组件。8.根据权利要求2所述的光伏组件故障定位方法，其特征在于，所述基于所述环境参数，确定所述光伏组件输出的标准电压电流参数，包括：基于当前电流、当前短路电流、当前日照强度、当前温度、标准日照强度、标准温度和光伏组件的电流温度变化关系，确定标准电流；基于当前电压、所述当前温度、所述标准温度、所述标准电流、所述当前电流和光伏组件的电压温度变化关系，确定标准电压。9.根据权利要求8所述的光伏组件故障定位方法，其特征在于，所述确定标准电流的表达式为：所述确定标准电压的表达式为：其中，表示标准电流；表示当前电流；表示当前短路电流；表示标准日照强度与当前日照强度的差值；表示当前日照强度；表示电流温度变化关系；表示标准温度；表示当前温度；表示标准电压；表示当前电压；表示电压温度变化关系；表示标准温度与当前温度的差值；表示标准电流与当前电流的差值；表示负载阻值。10.一种光伏组件故障定位系统，其特征在于，包括故障确定模块、故障类型判断模块、故障光伏组件组确定模块和故障光伏组件确定模块；所述故障确定模块用于基于光伏组件的环境参数和电压电流参数，确定所述光伏组件是否故障；所述故障类型判断模块用于当光伏组件故障时，判断所述光伏组件的故障类型；所述故障光伏组件组确定模块用于基于所述故障类型和每组光伏组件的子电压电流参数，确定发生故障的光伏组件组；所述故障光伏组件确定模块用于基于所述光伏组件组的热红外图像，确定发生故障的
光伏组件。

技术总结
本发明提供了一种光伏组件故障定位方法和系统，包括：基于光伏组件的环境参数和电压电流参数，确定所述光伏组件是否故障；若是，判断所述光伏组件的故障类型；基于所述故障类型和每组光伏组件的子电压电流参数，确定发生故障的光伏组件组；基于所述光伏组件组的热红外图像，确定发生故障的光伏组件；以排除阴影对光伏组件故障识别的影响，提高故障定位的准确率，减轻系统的运算负担。减轻系统的运算负担。减轻系统的运算负担。


技术研发人员：王鹏飞 张海珍 董玮亚 岳晨光 刘阳 刘涛 刘永胜 靖鑫 王朝晋
受保护的技术使用者：华能新能源股份有限公司山西分公司
技术研发日：2023.08.04
技术公布日：2023/9/9