光伏組件的故障監測系統及數據處理方法與流程

2023-07-06 04:03:22 2

本發明涉及光伏發電領域，具體而言，涉及一種光伏組件的故障監測系統及方法。

背景技術：

近年來，隨著太陽能光伏發電技術的發展和節能環保理念的深入，太陽能光伏發電獲得了廣泛的應用，國內外光伏發電系統建設數量和規模逐年增加。光伏發電系統中，通常是將所有的電池組件先連接到一個控制器，然後通過逆變器將直流電轉換成交流電，從而給交流負載供電或連接到電網，每個電池組件由多個單體電池連接而成。

在大規模的光伏發電系統中，當某個電池組件出現故障，如電池組件上的某個或某幾個電池單體被其它物體(如鳥糞、樹葉、灰塵等)長時間遮擋時，被遮擋的太陽能電池組件此時將會嚴重發熱，這種嚴重發熱會對太陽能電池組件造成很嚴重地破壞作用，有光照的電池所產生的部分能量或所有的能量，都將被遮蔽的電池所消耗。對於有故障的電池組件如果發現不及時以致處理不及時，將會嚴重影響光伏發電系統的運行效率，甚至帶來安全事故。

可以對光伏發電系統中電池組件進行實時監測以及時發現電池組件的故障。現有技術中，將監測到的所有電池組件的所有信息均發送到相應的處理設備分析是否有電池組件存在故障，該種處理方式提高了系統能耗，特別是對於大規模電池組件的監測，極大地影響監測的時效性。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明實施例提供了一種光伏組件的故障監測系統及方法，以改善現有技術中通過對所有電池組件的所有信息均發送到相應的處理設備進行故障分析需要較高能耗，影響監測時效性的問題。

為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：

一種光伏組件的故障監測系統，用於光伏發電系統的故障監測，所述光伏發電系統包括多個電池組件，所述監測系統包括監測網絡以及對應監測網絡的數據處理設備，其中，所述監測網絡包括多個監測子網，每個監測子網包括一個數據匯聚設備以及多個信息採集設備，所述多個信息採集設備與所述數據匯聚設備信號連接，所述多個信息採集設備分別設置於不同的電池組件，用於採集對應的電池組件的狀態信息，所述多個監測子網對應的多個數據匯聚設備彼此信號連接，每個數據匯聚設備用於對所述多個監測子網的信息採集設備獲得的狀態信息進行融合處理，獲得一個融合數據；所述數據處理設備與其中一個監測子網的數據匯聚設備信號連接，用於獲取所述多個數據匯聚設備對應的多個融合數據，並對所述多個融合數據進行融合處理，獲得所述監測網絡對應的輸出數據以根據所述輸出數據判斷所述監測網絡內是否存在故障電池組件。

一種光伏組件的故障監測系統的數據處理方法，應用於上述光伏組件的故障監測系統，所述方法包括：每個數據匯聚設備根據第一預設權值以及第一預設計算規則對所在監測網絡的信息採集設備採集的狀態信息進行數據融合，獲得分別對應多個數據匯聚設備的多個融合數據；所述數據處理設備根據第二預設權值以及第二預設計算規則對對應的監測網絡中的所述多個融合數據進行數據融合，獲得輸出數據；所述數據處理設備或者所述伺服器通過判斷監測網絡對應的輸出數據是否達到預設值判斷監測網絡內是否存在故障電池。

本發明實施例提供的光伏組件的故障監測系統及數據處理方法，在監測網絡的每個監測子網內，將信息採集設備分別設置於不同的電池組件，每個監測子網的數據匯聚設備將多個信息採集設備採集的電池組件的數據融合處理為一個融合數據，再通過監測網絡內的數據處理設備將所在監測網絡內的多個監測子網的數據匯聚設備對應的多個融合數據融合處理為一個輸出數據以根據該輸出數據進行判斷是否存在故障組件。最後用於判斷監測網絡內是否存在故障電池的為一個輸出數據，對判斷過程所需的系統能耗低，不需要將該故障監測系統內的所有電池組件的所有信息都發送到用於判斷的設備，提高了監測的實效性。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

圖1示出了本發明第一實施例提供的光伏組件的故障監測系統的交互示意圖；

圖2示出了本發明第一實施例提供的數據處理設備的一種的結構示意圖；

圖3示出了本發明第一實施例提供的數據匯聚設備的一種的結構示意圖；

圖4示出了本發明第二實施例提供的光伏組件故障監測系統的數據處理方法的一種流程圖；

圖5示出了本發明第二實施例提供的伏組件故障監測系統的數據處理方法中的數據處理過程示意圖；

圖6示出了本發明第二實施例提供的伏組件故障監測系統的數據處理方法的另一種流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。同時，在本發明的描述中，術語「第一」、「第二」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

第一實施例

圖1示出了是本發明實施例提供光伏組件的故障監測系統100，該光伏組件的故障監測系統100用於對光伏發電系統200的故障進行監測，其中，光伏發電系統200包括多個電池組件210，如圖1所示，該多個電池組件210即為光伏發電系統200的光伏組件。並且，電池組件210的具體數量在本實施例中並不作為限制，可以根據實際需要設置。

請參見圖1，該監測系統100包括監測網絡110以及對應監測網絡110的數據處理設備120。

其中，數據處理設備120的結構可以如圖2所示，以CC2530模塊作為處理模塊進行數據處理，並且還可以包括WiFi模塊用於網絡連接。當然，在本實施例中，數據處理設備的具體結構並不作為限定，也可以是其他可進行數據處理、實現本發明實施例中所需功能的設備。

在本實施例中，監測網絡110包括一個或多個，每個監測網絡110對應一個數據處理設備120，圖1示出的為監測網絡為多個的情況。當監測網絡110為一個，該一個監測網絡110監測光伏發電系統200內所有的電池組件210，當監測網絡110為多個，每個監測網絡110用於監測一定數量的電池組件210，多個監測網絡110共同實現對光伏發電系統200內所有電池組件210的監測。

具體的，如圖1所示，每個監測網絡110包括多個監測子網112，每個監測子網112包括一個數據匯聚設備114以及多個信息採集設備116，所述多個信息採集設備116與所述數據匯聚設備114信號連接，該信號連接可以是有線連接或者無線連接。優選的，本實施例中信息採集設備116與數據匯聚設備114採用無線連接，不需要繁瑣的布線。

其中，數據匯聚設備114可以以CC2530模塊作為處理模塊進行數據處理，其結構可以如圖3所示。當然，在本實施例中，數據匯聚設備114的具體結構並不作為限定，也可以是其他可進行數據處理、實現本發明實施例中所需功能的設備。

每個監測子網112的所述多個信息採集設備116分別設置於不同的電池組件210，如圖1所示，用於採集對應的電池組件210的狀態信息。請參見圖1，信息採集設備116與電池組件210一一對應，每個監測子網112的多個信息採集設備116採集多個電池組件210的狀態信息，監測網絡110內的多個監測子網112的所有信息採集設備116對該監測網絡110對應的所有電池組件210實現信息採集，每個信息採集設備116將採集到的狀態信息發送給與其信號連接的數據匯聚設備114。

進一步的，在本實施例中，信息採集設備116包括處理器以及多個不同的傳感器，多個不同的傳感器分別用於採集設置該信息採集設備116的電池組件210的傳感數據，處理器用於對所述多個不同傳感器採集的傳感數據進行數據融合，獲得所述信息採集設備116對應的狀態信息。

在本實施例中，所述信息採集設備116採集的狀態信息中包括電池組件210的工作電壓、工作電流、工作溫度以及光照強度，對應的，信息採集設備116中包括電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器以及光照強度傳感器，分別用於對應採集狀態信息。當然，在本實施例中，信息採集設備116中用於採集電池組件210的工作電壓、工作電流、工作溫度以及光照強度的也可以是其他裝置，如用於採集工作電壓的為電壓採樣電路，如電阻網絡，用於採集電流的可以是電流採樣電路。採集溫度的可以具體為DS18B20，採集光強的可以具體為TSL2561。當然，在本實施例中，信息採集設備116中包括的用於採集狀態信息的傳感器或者裝置可以更多或者更少，用於採集電池組件210更多或更少的信息。

在本實施例中，在同一個監測網絡110內的多個監測子網112對應的多個數據匯聚設備114彼此信號連接，該信號連接的方式可以是有線的或者無線的，在本實施例中優選為無線連接，以減少繁瑣的布線以及降低布線成本。其中，每個數據匯聚設備114可以接收到與其信號連接的信息採集設備116採集到的狀態信息，並且，每個數據匯聚設備114還可以從與其信號連接的其他數據匯聚設備114獲取到其他數據匯聚設備114對應的信息採集設備116採集到的狀態信息。可以理解的，每個數據匯聚設備114對應的信息採集設備116即與該數據匯聚設備114信號連接的信息採集設備116。在本實施例中，數據匯聚設備114可以是計算機、路由器或其他數據處理設備。

具體的，在每個監測網絡110內，每個數據匯聚設備114用於對所述多個監測子網112的信息採集設備116獲得的狀態信息進行融合處理，獲得一個融合數據。也就是說，每個數據匯聚設備114所融合的狀態信息包括該數據匯聚設備114所在的監測網絡110的所有信息採集設備116所採集的狀態信息。當然，在本實施例中，也不排除每個數據匯聚設備114僅僅對與其信號連接的信息採集設備116所採集的狀態信息進行融合。

每個監測網絡110內的數據處理設備120與該監測網絡110內的其中一個監測子網112的數據匯聚設備114信號連接，用於獲取該監測網絡110內的多個數據匯聚設備114對應的多個融合數據。由於數據匯聚設備114傳輸給數據處理設備120的僅為對電池組件210的狀態信息進行融合後的融合數據，相比於把狀態信息均傳輸給數據處理設備120，極大地減少了傳輸過程的能耗。當然，在監測網絡110內，與數據處理設備120相連接的數據匯聚設備114可以不限於一個。在本實施例中，數據處理設備120可以是計算機或其他數據處理設備。

數據處理設備120還用於對獲得的多個融合數據進行融合處理，獲得該數據處理設備120所在監測網絡110對應的輸出數據，以根據該輸出數據判斷所述監測網絡110內是否存在故障電池組件210。

在本實施例中，信息採集設備116的處理器、數據匯聚設備114以及數據處理設備120所進行的數據融合可以通過感知器實現，當然也可以通過其他方式實現，如加權求和或者通過某些計算規則實現。

進一步的，在本實施中，該系統包括的監測網絡110的數量為多個，並且，還包括伺服器140以及分別與多個監測網絡110對應的多個數據處理設備120，每個監測網絡110對應的伺服器140與該監測網絡110內的其中一個數據匯聚設備114相連。其中，所述伺服器140與多個數據處理設備120信號連接，用於從每個數據處理設備120獲得對應的監測網絡110的輸出數據，並通過判斷每個數據處理設備120的輸出數據是否達到預設值判斷每個數據處理設備120對應的監測網絡110內是否存在故障電池。

也就是說，根據數據處理設備120獲得的輸出數據判斷監測網絡110內是否存在故障電池組件210的方法可以是，根據輸出數據與預設值進行比較，若差值大於預設閾值，即可判斷對應的監測網絡110內存在故障電池。該預設值為預先確定的監測網絡110內所有電池組件210均不存在故障或者是低於預設數量的電池組件210存在故障時對應的輸出數據。

第二實施例

本實施例提供了一種光伏組件故障監測系統的數據處理方法，應用於第一實施例所述的光伏組件的故障監測系統100，具體的，如圖4所示，該系統包括：

步驟S210：每個數據匯聚設備114根據第一預設權值以及第一預設計算規則對所在監測網絡110的信息採集設備116採集的狀態信息進行數據融合，獲得分別對應多個數據匯聚設備114的多個融合數據。

數據匯聚設備114根據第一預設權值以及第一預設計算規則將所在監測網絡110的信息採集設備116採集的狀態信息融合為一個融合數據。

具體的，每個數據匯聚設備114對應的第一預設權值包括多個，每個第一預設權值對應該數據匯聚設備114所在監測網絡110中的一個信息採集設備116採集的狀態信息，如圖5所示。在圖5中，為一個監測網絡110內數據處理的過程，對應每個信息採集設備116的a1至ah表示該信息採集設備獲得的傳感器數據，x1至xn表示該監測網絡110內的信息採集設備116獲得的狀態信息，W1至Wn分別為對應不同信息採集設備116的第一預設權值，y1至ym則分別表示該監測網絡110中的數據匯聚設備114獲得的融合數據，Zk則表示該監測網絡110中的數據處理設備120獲得的輸出數據。在本實施例中，多個信息採集設備116對應的第一預設權值可以一樣，也可以不一樣，可以根據實際監測需要確定。根據第一預設計算規則進行數據融合的方法可以是：

首先計算每個狀態信息與對應的第一預設權值的乘積。在本實施例中，每個狀態信息為每個信息採集設備116對應的一個狀態信息。例如，在一個監測網絡110中，第i個信息採集設備116採集到的狀態信息為xi，該第i個信息採集設備116的狀態信息對應第j個數據匯聚設備114的第一預設權值為wij，則計算該第i個信息採集設備116對與對應的第一預設權值的乘積為wijxi。

數據匯聚設備114對應多個信息採集設備116發送的狀態信息計算獲得多個乘積，再對獲得的分別對應多個狀態信息的多個乘積求和。若在監測網絡110中存在n個信息採集設備116，則該監測網絡110中第j個數據匯聚設備114計算獲得的乘積求和為可以理解的，信息採集設備116的數量n為正整數。

數據匯聚設備114對多個乘積求和後，利用激活函數對對應多個融合數據的乘積之和進行處理，獲得融合數據。若激活函數為f，則監測網絡110中第j個數據匯聚設備114通過激活函數處理上述乘積之和為進一步的，為增加獲得的融合數據的準確性，在本實施例中，先將對應多個狀態信息的乘積之和減去預設閾值後再利用激活函數進行處理，則監測網絡110中第j個數據匯聚設備114通過激活函數處理獲得的融合數據yj為其中，θj表示第j個數據匯聚設備114對應的預設閾值，其具體值可以根據實際需要確定。

在本實施例中，激活函數可以是閾值函數或S形函數，其中，閾值函數為其中，C為根據實際處理需要設置的閾值，在本實施例中並不作為限定。S形函數為其中，a為根據實際處理需要設置的參數，在本實施例中並不作為限定。

進一步的，在本實施例中，信息採集設備116將傳感器採集到的電池組件210的傳感數據進行融合後再發送給數據匯聚設備114。

具體的，在步驟S210之前，還包括，每個信息採集設備116將採集到的表示電池組件210狀態的多種傳感器數據進行融合獲得對應的電池組件210的狀態信息。

信息採集設備116對多種傳感器數據進行融合的方式可以與數據匯聚設備114對狀態信息進行融合的方式相同，可以先計算每個傳感器數據與對應的權值的乘積，再對獲得的分別對應多個傳感器數據的多個乘積求和，將所求得的和與相應的預設閾值相減後利用激活函數進行處理，獲得該信息採集設備116所對應的電池組件210的狀態信息。具體的，可以是通過如下公式計算：

其中，xi表示第i個信息採集設備116獲得的狀態信息，f表示激活函數，第ah表示第i個信息採集設備116中的第h個傳感器獲得的傳感器數據，uhi表示第h個傳感器的傳感器數據對應第i個信息採集設備116的權值，θj表示第i個信息採集設備116對應的預設閾值，o表示第i個信息採集設備116對應的傳感器的數量，為正整數。

步驟S220：所述數據處理設備120根據第二預設權值以及第二預設計算規則對對應的監測網絡110中的所述多個融合數據進行數據融合，獲得輸出數據。

數據處理設備120對對應的監測網絡110內多個數據匯聚設備114獲得的多個融合數據進行數據融合，其融合方式與數據匯聚設備114對狀態信息的融合方式可以相同。具體的，第二預設權值包括多個，每個第二預設權值對應一個數據匯聚設備114的融合數據，也就是說，每個第二預設權值對應一個數據匯聚設備114，數據處理設備120每次將數據匯聚設備114的一個融合數據與其他數據匯聚設備114進行融合，則每次融合過程中，每個第二預設權值對應一個融合數據，如圖5所示。在圖5中，V1至Vm分別為對應不同數據匯聚設備114的第二預設權值，Zk表示該數據處理設備120獲得的輸出數據。在本實施例中，多個第二預設權值可以相同或者不同，可以根據實際情況進行設置。

數據處理設備120根據第二預設計算規則進行計算的過程可以具體是：先計算每個融合數據與對應的第二預設權值的乘積，例如，在第k個監測網絡110中，對應的數據處理設備120為第k個數據處理設備120，第j個數據匯聚設備114獲得的融合數據為yj，該第j個數據匯聚設備114的融合數據對應第k個數據處理設備120的第二預設權值為vjk，計算該第j個數據匯聚設備114與對應的第二預設權值的乘積為vjkyj。

數據處理設備120對獲得的分別對應多個融合數據的多個乘積求和，若在監測網絡110中存在m個數據匯聚設備114，則第k個數據處理設備120計算獲得的乘積求和為可以理解的，數據匯聚設備114的數量m為正整數。

數據處理設備120再利用激活函數對對應多個融合數據的乘積之和進行處理，獲得輸出數據。進一步的，為增加輸出數據的準確性，數據處理設備120將對應多個融合數據的乘積之和減去預設閾值後再利用激活函數進行處理，獲得輸出數據其中，f表示激活函數，θk表示第k個數據處理設備120對應的預設閾值。本實施例中，θk的具體值並不作為限定，可以根據實際需要設定。

在本實施例中，當監測網絡110為多個，則對應的多個數據處理設備120分別獲得該多個監測網絡110的輸出數據。

在該監測系統100中，對數據的處理過程形成神經網絡，信息採集設備116採集、數據匯聚設備114以及數據處理設備120分別對應輸入層、隱含層以及輸出層。

步驟S230：所述數據處理設備120或者所述伺服器140通過判斷監測網絡110對應的輸出數據是否達到預設值判斷監測網絡110內是否存在故障電池。

在獲得每個監測網絡110的輸出數據後，可以根據輸出數據判斷監測網絡110內是否存在故障電池，具體判斷過程可以參見第一實施例，在此不再贅述。

對監測網絡110是否存在故障電池的判斷可以是通過伺服器140實現，也可以是直接通過數據處理設備120實現，再將判斷結果發送給伺服器140。

當確定哪個監測網絡110中存在故障電池後，如圖6所示，還可以包括步驟S240：獲取存在故障電池的監測網絡110內所有電池組件210的狀態信息，通過獲得的狀態信息確定存在故障的電池組件。以確定存在故障的電池組件210具體為哪一個或哪幾個。具體確定方式可以是，將獲得的每個電池組件的狀態信息與該電池組件正常狀態下的狀態信息進行比較，若差值超過預設的閾值，則判定該電池組件存在故障。可以理解的，電池組件正常狀態下的狀態信息預先在確定電池組件正常的情況下獲得，與差值比較的預設的閾值也預先根據實際情況設定，在本實施例中並不限定。

因此，在本發明實施例提供的光伏組件的故障監測系統及數據處理方法中，用於判斷監測網絡內是否存在故障電池的為一個輸出數據，對判斷過程所需的系統能耗低，不需要將該故障監測系統內的所有電池組件的所有信息都發送到用於判斷的設備，提高了監測的實效性。在確定存在故障的監測網絡中具體存在故障的電池組件210時，可以只對存在故障電池的監測網絡110內的所有狀態信息獲取，而不需要獲取光伏發電系統200中所有電池組件210的狀態信息，極大地減少了數據處理量和數據傳輸量，降低了系統能耗，提高了監測時效性。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的裝置和方法，也可以通過其它的方式實現。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，附圖中的流程圖和框圖顯示了根據本發明的多個實施例的裝置、方法和電腦程式產品的可能實現的體系架構、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個或多個用於實現規定的邏輯功能的可執行指令。也應當注意，在有些作為替換的實現方式中，方框中所標註的功能也可以以不同於附圖中所標註的順序發生。例如，兩個連續的方框實際上可以基本並行地執行，它們有時也可以按相反的順序執行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執行規定的功能或動作的專用的基於硬體的系統來實現，或者可以用專用硬體與計算機指令的組合來實現。

另外，在本發明各個實施例中的各功能模塊可以集成在一起形成一個獨立的部分，也可以是各個模塊單獨存在，也可以兩個或兩個以上模塊集成形成一個獨立的部分。

所述功能如果以軟體功能模塊的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬碟、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。