光伏组件的在线故障监测系统设计

论文总字数：14309字

摘 要

太阳能是国内外重点发展的绿色能源，电池板是太阳能发电系统中的核心部件，也是太阳能发电系统中的最重要的部分，所以对太阳能电池板的在线故障监测环节必不可少。本文主要介绍了光伏组件的基本信息，在本设计当中的光伏组件在运行的时候有可能会出现一些误差和故障，为了能够解决这些可能出现的问题，设计了一种基于径向基函数神经网络的光伏组件在线故障检测方法，来检测光伏组件的故障类型，并且会通过使用仿真软件对电池的输出特性进行多次的测试，不断完善设计中的不足，直到仿真能够完全正常有序的运行起来。然后运用无线传感器等模块，完成各种检测数据的传输与控制，方便监测人员对故障进行查明，给维修带来便利。

关键字：光伏组件，神经网络，故障诊断，MATLAB仿真，无线传感器在线监测

Abstract：Solar energy is to focus on the development of green energy at home and abroad, panels is the core component in solar power generation system, also is one of the most important part of the solar system, so the online fault monitoring link is indispensable for the solar panels. This article mainly introduced the basic information of the photovoltaic modules, then the photovoltaic modules in the possible faults in the solar system, put forward a method of fault diagnosis based on neural network by MATLAB simulation and experiment results to prove the online fault diagnosis based on neural network of the method is feasible. Then, the wireless sensor and other modules are used to complete the transmission and control of various detection data, so as to facilitate the detection of the fault and facilitate the maintenance.

Keywords：photovoltaic module, neural network, fault diagnosis, the matlab simulation, wireless sensor online monitoring

目录

1 引言 3

1.1 课题研究的背景与意义 3

1.2 光伏产业现状研究分析 4

1.3 本课题研究内容 6

2 光伏组件 6

2.1 光伏组件的发电原理 6

2.2 太阳能电池组件构成及各部分功能 6

2.3 太阳能电池组件功率计算 7

2.4 太阳能电池组件应用领域 7

3 基于光伏组件的故障诊断方法 7

3.1 光伏组件的故障类型 7

3.2 光伏组件故障检测及其检测方法分析 8

3.3 光伏组件MATLAB通用仿真模块 9

3.4 RBF神经网络在光伏组件中的应用 11

3.5 基于MATLAB仿真实验及结果 13

4 基于无线传感器光伏组件监测方法 14

4.1 无线传感器光伏组件监测原理 14

4.2 路由器节点设计 15

4.3 传感器节点设计 15

4.4 无线接收模块设计 16

4.5 软件部分的设计 16

4.6 本章小结 17

结论 18

参考文献 19

致谢 20

1 引言

1.1 课题研究的背景与意义

水、空气、粮食等资源和能源是人类赖以生存的基本要素，地球上的主要能源的变化主要体现在能源形式和结构的变化。人类社会经历了几次工业科技革命，每一次科技的进步以及能源的变更都推动着人类社会的重大进步和发展。我国的传统能源一直都占据能源市场最重要的地位，在2017年度产能消耗总量中，标准煤占了44.9亿吨，同比增速2.9%。但是在以往的数据报告显示下，我国的传统能源的增长幅度却有所下降。根据对数据的统计和研究，以表1-1中2016年的数据为例子，可以很明显的发现我国的主要能源产量还是非常多的，特别是新能源增长的幅度是非常的快，传统的高污染能源受到国家管制，增长幅度有明显的降低。

表1—1 2016年主要能源产量和增长速度

主要能源名称	单位	总产量	同比增速
一次能源生产总量	亿吨标准煤	34.6	-4.2%
原煤	亿吨	34.1	-9.0%
原油	亿吨	1.9968	-6.9%
天然气	亿立方米	1368.7	1.7%
发电量	亿千瓦小时	61424.9	5.6%
其中：火电	亿千瓦小时	44370.7	3.6%
水电	亿千瓦小时	11933.7	5.6%
核电	亿千瓦小时	2132.9	24.9%

发展是执政兴国的第一要务，可持续发展更是当今时代的主题，环保干净型能源一直是可持续发展的核心。结合中国国情，传统能耗下降对于高速发展的中国来说是及其危险的，所以就如何预防能源的短缺的研究至关重要。近年来，随着科技的发展，新能源得到了高度的重视，运用太阳能进行的光伏发电成为全世界关注的热点。太阳的能源是一种清洁绿色的可持续发展的能源，它是一种来自地球外部天体的能源。太阳能的发电原理是因为太阳中的氢原子核，在极度的高温和压迫下，原子核产生聚变释放了宏大能量。发电方式主要由利用太阳的光进行发电和利用太阳的热进行发电两种形式。平时生活中的各种矿物质燃料都是把太阳能转变成化学能，经过植物的光合作用，再经过漫长的地质年代后，在植物体内储存下来形成的。

太阳能发电系统就是将太阳的热能量转化为电能的一种装置。目前市面上太阳能电池板使用的已经是非常的广泛了，特别是在太阳能发电系统当中，很多产品都会使用到它，它的作用是将吸收的太阳能进行直接或者间接地转化成电能运用到生产生活中去。光伏发电站的正常运转，就依撑光伏组件和各环节装置的相互配合。现如今，太阳能发电面临的最大问题是成本过高，光伏组件主要分为单晶硅、多晶硅、非晶硅和多元化等几种类型，其中单晶硅的光电效率低，但是它也是太阳能电池中发电效率最高的组件，最高也只有24％。由于硅晶体光伏组件的硅晶材料的限制以及技术的发展，它的成本占到了整个光伏装置的70％左右。另外光伏组件的输出功率也极易受环境温度，空气状况以及负荷状态等因素的影响，所以在对光伏组件在实际运行中的参数进行有效地监控具有重要意义。在实际生活中，由于光伏电站所处的环境都在室外，气候潮湿，灰尘密度大，极易受恶劣环境的影响，所以对光伏电站的故障监控及维护同样至关重要。当前，大部分光伏电站对设备的维护与数据的采集检测都是运用人工，不仅耗时而且有些电站由于地理环境设在偏远地区，加深了危险性，因此，寻求具有良好性能的在线故障监测系统是当今的发展趋势之一，图1-1是江苏泰州运用光伏产业打造国家清洁能源城市的图。

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