分布式光伏电能监控系统的制作方法

本发明涉及光伏监控，具体为分布式光伏电能监控系统。

背景技术：

1、随着可再生能源的快速发展，光伏发电作为其中最为重要的一种形式之一，得到了广泛应用。然而，由于光伏电站数量庞大且分散，传统的集中式监控系统往往无法满足对光伏电站的实时监测和管理需求。

2、且传统的光伏电站监控通常采用集中式监控方式，将所有光伏电池组件的工作状态数据集中传输和处理，存在数据延迟和处理效率低下的问题。这导致运维人员在发现异常或故障时无法及时采取措施，影响光伏电站的稳定运行。

3、传统的监控对于光伏电池组件的异常状态诊断能力有限，只能通过人工巡检或定期检测来判断是否存在问题。导致无法实时识别和跟踪异常光伏电池组件，从而无法及时发现和解决问题，造成损失。

4、且传统监控还缺乏对光伏电池组件环境影响的评估和判定能力，无法根据不同环境条件下的影响程度来触发相应的故障跟踪信号。这使得光伏电池组件在受到严重环境影响时无法得到及时处理，可能导致故障发生。

5、为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供分布式光伏电能监控系统，以解决上述背景技术提出的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：分布式光伏电能监控系统，包括：工作状态监控模块、异常追踪模块、监控终端和系统存储库；

3、工作状态监控模块，用于对目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态数据进行监测，基于输出的工作状态数据，并对目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态进行评判分析，据此将对应目标光伏电站内对应的光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态分别标记为正常工作状态或异常工作状态，并同时将对应目标光伏电站内对应的光伏电池组件记为正常光伏电池组件和异常光伏电池组件；

4、异常追踪模块，用于对目标光伏电站内被标记为异常工作状态的各异常光伏电池组件的异常数据状态进行跟踪监控分析，通过对目标光伏电站内各异常光伏电池组件进行可视化分析，由此将各异常光伏电池组件的可视状态标记为可视异常状态或可视正常状态，并将可视异常状态的各异常光伏电池组件记作可视异常光伏电池组件，并对目标光伏电站内各可视异常光伏电池组件进行故障排查分析，由此将各框选区域标记为同区域多组件异常类似区域或同区域偶发异常区域，若框选区域标记为同区域多组件异常类似区域，则触发组件更换信号，将组件更换信号通过发送至监控终端；

5、对目标光伏电站内被标记为同区域偶发异常区域内的各可视异常光伏电池组及被标记为可视正常状态的各异常光伏电池组件进行环境因素排查分析，据此输出各待排查光伏电池组件所对应的环境影响等级，且环境影响等级包括轻度环境影响等级、重度环境影响等级，当待排查光伏电池组件所对应的环境影响等级为重度环境影响等级，并触发环境故障跟踪信号，将环境故障跟踪信号通过发送至监控终端。

6、优选地，所述对目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态数据进行监测，其具体监测过程如下：

7、通过温度传感器实时监测取目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段中各监测时间点的温度情况，由此采集得到目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段中各监测时间点的温度值，并将其记作wdijk，其中，i表示为光伏电站的编号，i=1，2，3…n1，n1表示为光伏电站的编号的最大值，j表示为各光伏电池组件的编号，j=1，2，3…n2，n2表示为光伏电池组件的编号的最大值，k表示为各监测时间点的编号，k=1，2，3…n3，n3表示为监测时间点的编号的最大值；

8、通过电压传感器实时监测取目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段中各监测时间点的电压情况，由此采集得到目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段中各监测时间点的电压值，并将其记作duijk；

9、通过电流传感器实时监测取目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段中各监测时间点的电流情况，由此采集得到目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段中各监测时间点的电流值，并将其记作dlijk；

10、将采集得到目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段中所有监测时间点的温度值、电压值、电流值分别进行平均计算，依据公式、、，由此计算出目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的工作温度特征值tcvij、工作电压特征值ucvij、工作电流特征值lcvij；

11、通过光照度传感器实时监测取目标光伏电站内各光伏电池组件所处环境的对应当前监控时段中各监测时间点的光照强度情况，由此采集得到目标光伏电站内各光伏电池组件所处环境的对应当前监控时段中各监测时间点的光照强度值，并将其记作gzijk，从系统存储库中提取目标光伏电站内各光伏电池组件对应各监控时段的自然光照强度，并从中提取目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的自然光照强度，同时将目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的自然光照强度与设定的各自然光照强度对应的参考光照强度进行匹配，得到目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的参考光照强度gz；

12、通过下列公式计算出目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的光照强度评估指数λij；

13、，其中，gzijk-1表示为第i个目标光伏电站中的第j个光伏电池组件在当前监控时段中的第k-1个监测时间点的光照强度值，e表示为自然常数，δgz表示为设定的参考光照强度差，a1、a2、a3分别表示为设定的相邻监测时间点对应平均光照强度差、相邻监测时间点对应光照强度差、参考光照强度差对应的影响因子；

14、由工作温度特征值、工作电压特征值、工作电流特征值、光照强度评估指数共同构成目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态数据。

15、优选地，所述对目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态进行评判分析，其具体分析过程如下：

16、提取目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态数据中的工作温度特征值、工作电压特征值、工作电流特征值、光照强度评估指数的数值，并将各项数据代入预设的数据模型中进行计算分析，依据预设的数据模型：，由此计算出目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态评估系数，其中，tcv′表示为光伏电池组件的参考工作温度，ucv′表示为光伏电池组件的参考工作电压，lcv′表示为光伏电池组件的参考工作电流，b1、b2、b3、b4分别表示为权值因子；

17、设置工作状态评估阈值，并将目标光伏电站内各光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态评估系数与预设的工作状态评估阈值进行比较分析；

18、若工作状态评估系数大于预设的工作状态评估阈值时，则将对应目标光伏电站内对应的光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态标记为正常工作状态，并将对应目标光伏电站内对应的光伏电池组件记为正常光伏电池组件；

19、反之，若工作状态评估系数小于等于预设的工作状态评估阈值时，则将对应目标光伏电站内对应的光伏电池组件对应当前监控时段的工作状态标记为异常工作状态，并将对应目标光伏电站内对应的光伏电池组件记为异常光伏电池组件，同时执行异常追踪模块。

20、优选地，所述对目标光伏电站内被标记为异常工作状态的各异常光伏电池组件的异常数据状态进行跟踪监控分析，其具体分析过程如下：

21、s1：对目标光伏电站内各异常光伏电池组件进行可视化分析，通过各异常光伏电池组件对应位置区域的红外热相机对目标光伏电站内对应位置区域内的各异常光伏电池组件对应当前监控时段的区域图像进行扫描，得到各异常光伏电池组件对应当前监控时段的区域红外热成像，由此计算出当前监控时段的对应的各异常光伏电池组件的可视评估指数，将可视评估指数大于等于预设的可视评估阈值的当前监控时段的对应的各异常光伏电池组件的可视状态标记为可视异常状态，并将对应的异常光伏电池组件标记为可视异常光伏电池组件，并执行步骤s2，反之，若可视评估指数小于预设的可视评估阈值时，则将当前监控时段的对应的各异常光伏电池组件的可视状态标记为可视正常状态，并执行步骤s3；

22、s2：对目标光伏电站内各可视异常光伏电池组件进行故障排查分析，调取同一目标光伏电站内各可视异常光伏电池组件的坐标位置，由此得到各可视异常光伏电池组件在目标光伏电站内的分布情况，设置框选区域，统计框选区域内被标记为可视异常光伏电池组件的个数和，由此得到目标光伏电站内各框选区域的可视异常光伏电池组件总和，设置可视异常光伏电池组件总和的总和对比阈值，将可视异常光伏电池组件总和大于等于预设的总和对比阈值的各框选区域标记为同区域多组件异常类似区域，并触发组件更换信号，将组件更换信号通过发送至监控终端，将可视异常光伏电池组件总和小于预设的总和对比阈值的各框选区域标记为同区域偶发异常区域，并执行步骤s3；

23、s3：对目标光伏电站内被标记为同区域偶发异常区域内的各可视异常光伏电池组及被标记为可视正常状态的各异常光伏电池组件进行环境因素排查分析，将目标光伏电站内被标记为同区域偶发异常区域内的各可视异常光伏电池组及被标记为可视正常状态的各异常光伏电池组件统一标记为待排查光伏电池组件，并将待排查光伏电池组件的编号设为r，由此计算出各待排查光伏电池组件在对应当前监测时段的太辐射评估指数和负荷评估指数，并将两项数据进行归一化分析并输出各待排查光伏电池组件在对应当前监测时段的太辐射评估指数和负荷评估指数，将各待排查光伏电池组件的环影系数与存储在系统存储库中的环境影响程度判定表进行对照匹配分析，由此得到各待排查光伏电池组件所对应的环境影响等级，且环境影响等级包括轻度环境影响等级、重度环境影响等级，当待排查光伏电池组件所对应的环境影响等级为重度环境影响等级，并触发环境故障跟踪信号，将环境故障跟踪信号通过发送至监控终端。

24、优选地，所述对目标光伏电站内各异常光伏电池组件进行可视化分析，其具体分析过程如下：

25、基于对应目标光伏电站内被判定为异常光伏电池组件，获取目标光伏电站内各异常光伏电池组件对应的位置区域，并开启各异常光伏电池组件对应位置区域的红外热相机对目标光伏电站内对应位置区域内的各异常光伏电池组件对应当前监控时段的区域图像进行扫描，得到各异常光伏电池组件对应当前监控时段的区域红外热成像；

26、依次设置裂纹特征温度区间、污染特征温度区间、腐蚀特征温度区间，并将各异常光伏电池组件对应当前监控时段的红外热成像中各类型成像点与预设的各类型特征温度区间进行比对；

27、若成像点的温度处于裂纹特征温度区间时，则将对应异常光伏电池组件对应当前监控时段的红外热成像中成像点记作裂纹点，若成像点的温度处于污染特征温度区间时，则将对应异常光伏电池组件对应当前监控时段的红外热成像中成像点记作污染点，若成像点的温度处于腐蚀特征温度区间时，则将对应异常光伏电池组件对应当前监控时段的红外热成像中成像点记作腐蚀点；

28、分别计算对应异常光伏电池组件对应当前监控时段的红外热成像中被标记为裂纹点、污染点、腐蚀点所构成的成像面积，由此得到在当前监控时段的对应的各异常光伏电池组件的裂纹面积、污染面积、腐蚀面积，并将其依次记作s1ij*、s2ij*、s3ij*，其中，j*表示为对应目标光伏电站内被判定为异常光伏电池组件的编号，且j*=1，2，3…n4，n4表示为异常光伏电池组件的编号的最大值，n4≤n2；

29、通过下列公式计算出当前监控时段的对应的各异常光伏电池组件的可视评估指数γij*；

30、，其中，c1、c2、c3分别表示为权值因子；

31、设置可视评估指数的可视评估阈值，并将当前监控时段的对应的各异常光伏电池组件的可视评估指数与预设的可视评估阈值进行比较分析；

32、若可视评估指数大于等于预设的可视评估阈值时，则将当前监控时段的对应的各异常光伏电池组件的可视状态标记为可视异常状态，并将当前监控时段的对应的各异常光伏电池组件标记为可视异常光伏电池组件；

33、反之，若可视评估指数小于预设的可视评估阈值时，则将当前监控时段的对应的各异常光伏电池组件的可视状态标记为可视正常状态。

34、优选地，所述对目标光伏电站内各可视异常光伏电池组件进行故障排查分析，其具体分析过程如下：

35、调取同一目标光伏电站内各可视异常光伏电池组件的坐标位置，由此得到各可视异常光伏电池组件在目标光伏电站内的分布情况；

36、设置框选区域，分析框选区域内被标记为可视异常光伏电池组件的个数和，由此得到目标光伏电站内各框选区域的可视异常光伏电池组件总和；

37、设置可视异常光伏电池组件总和的总和对比阈值，将目标光伏电站内各框选区域的可视异常光伏电池组件总和与预设的总和对比阈值进行比较分析；

38、若可视异常光伏电池组件总和大于等于预设的总和对比阈值时，则将对应的框选区域标记为同区域多组件异常类似区域，并触发组件更换信号，将组件更换信号通过发送至监控终端；

39、将可视异常光伏电池组件总和小于预设的总和对比阈值的各框选区域标记为同区域偶发异常区域。

40、优选地，所述对目标光伏电站内被标记为同区域偶发异常区域内的各可视异常光伏电池组及被标记为可视正常状态的各异常光伏电池组件进行环境因素排查分析，其具体分析过程如下：

41、获取各待排查光伏电池组件所对应的太阳辐射数据，其中太阳辐射数据包括辐照度、相对方向、相对角度，并将其依次记作fdr、dcdr、pdr，并从系统存储库提取太阳辐射数据的参照值，依次为参照辐照度、参照相对方向、参照相对角度，并将其记作fd*、dcd*、pd*，并由此进行数据计算，依据设定的公式计算出各待排查光伏电池组件的太辐射评估指数trar，其中，d1、d2、d3分别表示为权值因子；

42、获取各待排查光伏电池组件在对应当前监测时段内各监控时间点的用电负荷，并将其记作pldrk，依据公式：，计算出各待排查光伏电池组件在对应当前监测时段的负荷评估指数laxr，其中d4表示为权值因子；

43、提取各待排查光伏电池组件在对应当前监测时段的太辐射评估指数和负荷评估指数的数值，并将两项数据进行归一化分析，依据设定的数据模型：wscr=d5×trar+d6×laxr，由此计算出各待排查光伏电池组件的环影系数wscr，其中，d5、d6分别表示为归一因子；

44、将各待排查光伏电池组件的环影系数与存储在系统存储库中的环境影响程度判定表进行对照匹配分析，由此得到各待排查光伏电池组件所对应的环境影响等级，且得到的每个环影系数均对应一个环境影响等级，且环境影响等级包括轻度环境影响等级、重度环境影响等级。

45、本发明的有益效果：

46、本发明，通过实时监测目标光伏电站内各光伏电池组件的工作状态数据，实现对光伏电站运行状态的实时掌控，并快速标记为各光伏电池组件的正常工作状态和异常工作状态，做到及时发现光伏电池组件的故障或异常情况，提高光伏电站的运行效率。

47、针对被标记为异常工作状态的光伏电池组件，通过跟踪监控其异常数据状态，并通过红外热相机进行可视化分析，从而识别并标记异常光伏电池组的可视异常状态或可视正常状态，做到快速定位和排查异常组件，提高故障诊断的效率。

48、通过对待排查光伏电池组件的环境影响进行评估，并通过环境影响等级的判定，触发环境故障跟踪信号，从而及时应对光伏电池组件在严重环境影响下可能出现的故障情况。

49、综上所述，本发明通过对光伏电池组件工作状态数据的分析和评估，做到快速诊断和解决组件故障，减少发电损失，并提供全面的环境因素排查和故障跟踪功能，从而提高光伏电站的可靠性和经济性，确保光伏电站的稳定运行和长期发电效率。