光伏阵列故障诊断方法综述

摘要：规模光伏阵列在运行中经常受阴影影响，从而使整个光伏发电系统效率下降。归纳了光伏阵列故障形成的原因，分析了目前光伏阵列的故障诊断方法，通过对现有方法优缺点进行总结，可知基于电特性检测故障的诊断方法最具有工程应用潜力，同时提出基于电特性检测方法亟需解决的两个问题。
关键词：光伏阵列；故障诊断；电特性

1 引 言
太阳能是一种资源丰富、分布广泛、环境污染小的理想替代能源，大规模光伏发电是太阳能利用的重要形式。规模光伏阵列在运行过程中，除受自然环境(如云、台风、落叶等)影响外，还存在自身材料老化、光伏电池板不匹配等故障问题。

2 光伏阵列故障形成原因及影响
根据对阵列输出特性的影响，阵列中电池板损坏和阴影影响都可归纳为光伏阵列故障，由光伏电池单体到光伏阵列存在的故障点及故障点随时间变化的分布情况，这些故障对光伏阵列输出特性的影响都可等效为阴影。根据影响特性可将阴影分成硬性和软性阴影两类，如表1所示。软性阴影具有时变性，其形状随时间变化而变化，如云、树木和建筑物等形成的影子；而硬性阴影具有时不变性，即一旦形成就不随时间变化而变化，如电池表面污垢及电池损坏。软性阴影还与部分硬性阴影的形成有因果关系，如在云或树木等形成的软性阴影影响下光伏阵列会形成不匹配。

图1示出存在故障的光伏阵列，其输出特性中存在局部最大功率点，该功率点与阵列全局最大功率点之间存在功率差额。文献对比了多种商用光伏逆变器在阵列故障下的工作情况，结果表明测试逆变器输出功率都出现损失，在严重时功率损失高达70％，若阵列长期运行在局部最大功率点会导致整个系统效率降低。此外，故障存在会造成电池板热斑效应，加速电池板损坏，甚至引起火灾。总之，存在这些故障问题不仅从源头直接或间接地降低了光伏系统的效率，而且缩短了光伏阵列使用寿命，从而增加了发电成本。在规模光伏阵列中，由于电池板数量大，阵列中出现故障电池板的概率也随之增加，因此研究规模光伏阵列故障诊断方法对阵列高效运行及推动光伏产业健康持续发展具有重要的意义和应用价值。