基于大数据挖掘的光伏逆变器故障检测分析

基于大数据挖掘的光伏逆变器故障检测分析
发表时间：2020-05-29T07:23:50.297Z 来源：《中国电业》（发电）》2020年第3期作者：李宁[导读] 光伏逆变器是光伏直流电源和交流电源之间的纽带，其可靠性和稳定性直接影响光伏并网发电系统的运行状态。

深能南京能源控股有限公司江苏南京 211200摘要：光伏发电在我国能源结构中占比日益增长，光伏逆变器是光伏直流电源和交流电源之间的联系，其工作运行状态直接会影响光伏并网发电系统的运行。

本文先对大数据挖掘在光伏逆变器故障检测中的应用意义进行简析，然后以大数据挖掘为基础，在检测原理、故
障特征提取和分类等相关方面，详细分析和阐述光伏逆变器故障检测方式。

关键词：大数据挖掘光伏逆变器故障检测
引言
光伏逆变器是光伏直流电源和交流电源之间的纽带，其可靠性和稳定性直接影响光伏并网发电系统的运行状态。

光伏并网逆变器故障的诊断对于发电系统的稳定运行具有重要意义。

同时，由于光伏电站多处于偏远地区，占地面积大，运行环境恶劣，设备数量多，特别是随着电站运行年份增长，在电站25年生命周期内，由于设计局限性、工程隐患、设备老化和环境影响等原因导致的故障越来越频繁，故障实时定位困难，运维工作难度增大。

在现有人工运维模式下，故障很难提前进行预判，从而采取相应措施预防故障或是快速定位处理故障，进而可能影响设备寿命，发电量隐性损失增大，电站运维成本高。

因此，目前光伏电站设备，尤其是逆变器设备的诊断正在逐步远程化、数字化，通过在线诊断系统降低人工需求，提高诊断实时性。

常见的自动诊断方法主要是针对几个特定的变量进行实时监测，并设置阈值，通过判断实际值是否超限来判断设备是否发生故障，如电池温度、输出功率。

而该类方法存在两大挑战，一是阈值的自适应调节:光伏系统的物理特性会伴随气温、辐照度发生变化，诊断系统的阈值设定应伴随外界条件的变化进行有效的自我调节;二是采样数据的质量提升:在缩短采样周期的同时，还要确保采样数据的精度，同时还要匹配不同部件的同步采样。

1光伏逆变器故障排除的基本原则光伏逆变器除了具有直流交流变换功能，还具有强大的故障监测、报警、维护功能，包括自动运行和停机、电网电压检测、主动电压调整、直流检测、直流接地检测等。

发生故障时，光伏逆变器会发出各种提示信息及故障报警，甚至脱网停机。

现有的光伏逆变器大多配置了通讯远传模块并接入SCADA系统，用户可以通过SCADA系统获取故障信息并有针对性地排除故障；还有的光伏逆变器提供Wi-Fi无线传输，用户可以在手机上安装控制软件，即时了解光伏逆变器运行状态及工作参数。

光伏逆变器一旦发生脱网停机，禁止操作人员马上开机，应查明原因并修复后再开机。

检修时，应严格按光伏逆变器维护手册的规定步骤进行故障排除，未经过培训的人员不得操作光伏逆变器。

再次开机前要确认接地线已经可靠连接、交流输出线与直流输入线已经可靠连接、不需要使用的输入输出端子已经装上密封塞、机箱门已经锁紧。

如发生不易排障的事故或事故原因不清，应做好事故详细记录，并及时通知光伏逆变器生产厂家给予解决。

2基于大数据挖掘的光伏逆变器故障检测2.1检测原理
在逆变器出现故障时，电压或是电流特征量会有一定的变化，电信号中有非平稳的时变信号，对于用户来说，通是能够部分化地分析信号平稳部分，但是对于非稳信号却无法进行。

小波变换对于时域与频域部分有着很好的局部化能力，小波窗口尺寸能够依据信号频率来自动调整，是一种在频带基础上的时域分析方式，很适合使用在非稳态信号的分析之中。

本文主要是使用特征层信息融合的方式，以此对光伏逆变器故障进行检测，把光伏系统直流侧输出电流特征信息与各桥臂电压特点信息融合，以此进行信息的互补，提升判断故障的精确度。

故障特征向量与故障状态是相对复杂的非线性映射关系，其中可以使用人工神经网络来进行分类。

2.2漏电流故障及处理方法
在光伏逆变器使用过程中，常见故障包括漏电流故障等，当出现这一故障时，会影响设备安全性，也可能会缩短设备使用寿命，难以实现光伏系统运行目的。

因此需要将漏电流故障处理作为日常故障检测内容之一，加大对各个线路运行状态的监测。

通常使用电流测试仪器进行故障诊断，根据电路中电流变化特点，确定具体故障位置。

考虑到这类故障问题产生原因主要是安装问题、设备质量问题和安装地点错误等，在故障诊断和处理中，要将上述内容作为检查重点，确定故障点。

如在检查直流接头时，发现接头存在质量问题，要及时更换接头，保证电流在系统内有序流动，避免出现电流泄露现象，之后进行直流接头运行效果的追踪评价，当发现运行故障时及时处理。

同时还要注意到低质量组件的及时更换，电流通过低质量组件时，容易发生漏电问题，降低系统运行安全性，并且会对组件所在电路造成威胁。

实际进行故障检测时，应采取针对性应对措施，提高组件自身质量，使其在电路中取得较好运用。

另外，为了防止安装地点错误造成逆变器故障，应保证安装位置合理设计，结合施工现场进行高度和尺寸设计。

当出现设备漏电或质量低下的问题时，应及时找准故障点，处理好故障问题。

2.3光伏逆变器过热
原因分析：光伏逆变器安装不正确，造成光伏逆变器热量无法及时散发出去，或者光伏逆变器风机故障导致内部散热出现问题。

排除方法：①正确安装光伏逆变器。

光伏逆变器尽量安装在有遮挡和保护的阴凉处，一般竖直安装或最多向后倾斜15°，以利于机器散热。

不可将光伏逆变器直接暴露在强烈阳光下，或倾斜安装（前倾、后仰过大、侧倾）、水平安装、倒置安装。

安装逆变器时，逆变器周围应预留一定的空间，多台逆变器一起安装，空间充足时，推荐“一”字形安装方式；空间不足时，可“品”字形安装或上下叠加安装，以保证逆变器有足够的安装及散热空间。

②检查光伏逆变器主动散热风扇是否被异物卡住，风机是否故障；定期清理风扇。

2.4市电电压超范围脱网
原因分析：市电电压超出光伏逆变器正常并网运行的电压范围，一般是超出出厂设定的电压上限。

排除方法：调宽光伏逆变器的并网电压范围参数，恢复逆变器并网。

光伏逆变器主控与监测电路切实保持与电网连接，确保光伏逆变器持续监测电网电压，并确认“恢复并网”功能已开启。

2.5多台光伏逆变器不能同时运行
原因分析：多台光伏逆变器并列运行，需保证并列设备等电位运行，不做接地或接地不良会因设备对地绝缘电阻过高或漏电流过大而报错，接地良好对于抗击浪涌电压冲击、改善电磁干扰均有好处。

排除方法：检查多台并联系统接地线，确保所有光伏逆变器接地电阻值应小于4Ω，且所有光伏逆变器的接地线可靠接到一起。

结语
逆变器是光伏系统中十分重要的一个部分，为了保障光伏发电系统的稳定运行，就需要保障逆变器的稳定运行，做好对其的故障检测工作。

在检测中经过对小波分析和神经网络等技术的使用，充分发挥大数据挖掘技术的作用，以此来提升故障检测工作的效率及准确性，在此基础上有效保障光伏系统的稳定运行，以此减轻对电网的压力，从而促进可再生能源的发展。

参考文献
[1]闵月梅,王宏华,韩伟.基于信息融合的光伏并网逆变器故障诊断[J].电测与仪表,2014,51(1):17-21.
[2]丁明昌,李春来,李红涛,等.基于海量数据挖掘的光伏逆变器故障检测方法[J].电气自动化,2018,40(3):30-32.
[3]韩素敏,杜永恒,曹斌.基于BP神经网络的逆变器开路故障诊断方法[J].河南理工大学学报:自然科学版,2018(5):122-127.。