光伏陣列故障會影響光伏系統的發電效率和生命週期，甚至造成火災等嚴重事故，因此光伏陣列故障檢測和定位至關重要。福州大學物理與資訊工程學院的研究人員馮鍇、林培傑、俞金玲、陳志聰、程樹英，在2021年第9期《電氣技術》上撰文，利用光伏陣列及模組的最右端功率峰值處的電壓結合最佳化的電壓感測器佈置方案實現對組串內短路故障、開路故障和區域性陰影的檢測與定位，並根據陣列電壓歸一化後的結果進一步對短路故障進行程度判斷。
該方法的特點是獨立於氣象引數，並使用較少數量的感測器實現故障的組串級別定位。透過一個10×5的模擬模型和一個6×3的實際光伏陣列的實驗結果驗證了方法的可行性。
近年來，太陽能作為清潔能源得到廣泛應用，光伏併網系統的安裝也越來越普及。然而安裝在室外惡劣環境下的光伏陣列，容易受到各種環境因素的影響而發生各種故障，例如開路故障、短路故障、接地故障、直流電弧故障、區域性陰影等。
有學者分析了光伏電源的故障特性和影響因素。故障的檢測和定位對於光伏系統的執行至關重要，近年來學者們在該領域開展了相關的研究，採用統計差異測量技術，如陣列損耗差和瞬時功率比、交流功率輸出差及電壓功率比差異，還有基於動態時間規整、自適應網路最佳化模糊推理法等。
為了更好地區分區域性陰影情況（partial shade conditions, PSCs）與電氣故障，有學者提出使用最右端功率峰值（rightmost power peak, RPP）電壓來實現短路/接地故障的檢測，將其與區域性陰影區分開來，但是無法檢測短路/接地故障的失配水平，且無法實現光伏陣列故障的定位。
一些研究提出了基於電壓和電流測量的方法，來定位陣列中的故障區域，但並未識別故障型別。有學者提出了一種根據電壓全域性分塊逼近法來定位故障。有學者提出了一種電壓感測器佈置方案，能夠有效識別陰影故障和電氣故障，並在短路和接地故障時定位到故障模組、開路故障時定位到組串。有學者根據光伏陣列電壓、電流等訊號，採用基於高斯過程的方法實現了故障定位。
福州大學的研究人員分析光伏陣列和元件在短路故障、開路故障和區域性陰影下的RPP工作特性，設計一種最佳化的電壓感測器佈置方案。透過電壓感測器採集光伏陣列和每個光伏組串第一個模組的最右端功率峰值點電壓，將故障後的光伏陣列電壓與發生故障前正常執行的光伏陣列電壓比較，結合最佳化的感測器佈置方案，判斷出故障型別並定位到故障串，若發生組串內短路故障，根據陣列電壓歸一化後結果來判斷出故障程度。
圖1 整體方案流程
圖2 實驗系統
模擬和實驗結果證明了該方法的有效性。相比於採集光伏陣列和組串首尾兩個光伏模組電壓的方案，該方法所需的電壓感測器數量較少，可進一步減少感測器數量，一定程度上降低了故障識別和定位的複雜程度和成本。
本文編自2021年第9期《電氣技術》，論文標題為“結合電壓閾值和最右端功率峰值點的光伏陣列故障檢測與定位”，作者為馮鍇、林培傑 等。
