ES2821133T3 - Método de diagnóstico de paneles fotovoltaicos en un sistema de paneles fotovoltaicos - Google Patents
Método de diagnóstico de paneles fotovoltaicos en un sistema de paneles fotovoltaicosInfo
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Abstract
Un método de diagnóstico de paneles fotovoltaicos (PV) (2) de un sistema de paneles fotovoltaicos (1) usando un inversor solar (3) que tiene una unidad inversora (4) con conmutadores de estado sólido (4a, 4b, 4c), conectados en paralelo a un enlace de CC (5), en donde el inversor solar (3) está equipado con una unidad de control del inversor solar (6) y una unidad de monitorización de paneles fotovoltaicos (7), y ambas unidades (6) y (7) son dispositivos informáticos, teniendo el método el paso de medir las señales de voltaje de salida UDC que salen del sistema de paneles fotovoltaicos (1) y un paso de procesar las señales medidas UDC usando la FFT (Transformada Rápida de Fourier) de análisis de espectro, en donde el método comprende los pasos siguientes: proporcionar a la unidad inversora de control (6) valores constantes como un indicador de sensibilidad Senlnd, un indicador de advertencia Warind y un indicador de alarma Alarind, crear huellas digitales (F1, F11;⋯ Fn-1, Fnn) para cada par de las dos medidas consecutivas del voltaje del enlace de CC Udc Udc(n-1) y Udcn para cada señal de voltaje de salida del sistema del panel (1), comparar la amplitudes de al menos un par de huellas digitales (F1, F11;⋯ Fn-1, Fnn) de las señales de voltaje medidas con un valor del conjunto de frecuencias elegido por el usuario y determinando un indicador de fallo Find, activar automáticamente un comando para la unidad de control, (6) para avisar o parar por alarma la unidad inversora (4).
Description
DESCRIPCIÓN
Método de diagnóstico de paneles fotovoltaicos en un sistema de paneles fotovoltaicos
El objeto de la invención es un método de diagnóstico de paneles fotovoltaicos (PV) de un sistema de paneles fotovoltaicos que utiliza un inversor solar para detectar al menos un panel averiado en los generadores de energía fotovoltaicos.
Antecedentes de la invención
Los inversores solares han sido utilizados para convertir la corriente continua (CC) generada en los paneles fotovoltaicos en corriente alterna (CA) para alimentar la red eléctrica. El documento de patente US2016/282398A pertenece a una técnica anterior estrechamente relacionada.
De la solicitud de patente EP 1403649 se conoce el método y el dispositivo para el diagnóstico de fallos de generadores fotovoltaicos de una instalación fotovoltaica durante una operación de alimentación. Con este objetivo se utilizan muchos tipos diferentes de inversores. El inversor comprende un lado de entrada para conectar al menos un generador fotovoltaico que comprende uno o más módulos solares; un lado de salida para alimentar la red, al menos un dispositivo de almacenamiento de energía, diodos y conmutadores semiconductores para generar el voltaje alterno del lado de salida; un microcontrolador al menos para controlar los conmutadores de semiconductores y medidas para detectar los parámetros eléctricos de entrada y salida para controlar el inversor solar. El microcontrolador está adaptado para generar la característica corriente-voltaje medida durante la operación del inversor conectado al generador fotovoltaico. Cuando la característica tiene al menos una anomalía, se detecta la indicación del fallo y el microcontrolador puede apagar el módulo fotovoltaico averiado. En el método presentado, se deben medir la corriente y el voltaje del generador fotovoltaico para crear la característica corriente-voltaje.
La medición de la corriente y el voltaje es también necesaria durante la supervisión de la capacitancia del enlace de CC de un inversor de potencia conocido por la solicitud internacional WO2015/165574. En esta solución, se calcula un indicador ESR (Resistencia en serie equivalente) a partir de los datos medidos.
Inesperadamente, apareció que usando el enlace de CC en el inversor, la medición de corriente no es necesaria. Sólo el voltaje puede ser medido y, a partir de las señales medidas, el inversor puede detectar el fallo de un sistema de paneles.
Solo mediante la monitorización del enlace en el inversor es posible realizar un diagnóstico de los paneles fotovoltaicos.
Compendio de la invención
La invención presentada proporciona un método para el sistema de diagnóstico de paneles fotovoltaicos de los inversores solares según las reivindicaciones 1 - 5.
La ventaja principal de la solución según la invención es que permite indicar qué panel solar está en condiciones normales o defectuosas usando solamente un dispositivo de medición de enlace de CC, lo que es muy conveniente y práctico desde un punto de vista técnico.
Descripción breve de los dibujos
La Figura 1 presenta esquemáticamente un sistema de paneles fotovoltaicos con un circuito inversor solar, La Figura 2 es un esquema eléctrico del circuito de enlace de CC básico con ESR (Resistencia en serie equivalente) embebido en el circuito inversor.
La Figura 3 presenta una medición de huellas digitales de un diagrama de una FFT de medición de voltaje Udc, La Figura 4 presenta un diagrama de zoom de una FFT de medición de voltaje Udc,
La Figura 5 presenta la FFT de las mediciones de huellas digitales Udc de voltaje a ser almacenadas,
La Figura 6 presenta el diagrama de flujo del inventivo método.
Descripción detallada de la invención
Un sistema de paneles fotovoltaicos 1, que contiene paneles fotovoltaicos 2 con paneles individuales p11... p1n; p21 .. p2n;... pn1... pnn (donde n es un número natural) de los posibles tipos conocidos, conectados de posibles maneras conocidas (por ejemplo, en serie o en paralelo). El sistema de paneles fotovoltaicos 1 está conectado por medio de sus salidas A y B a un circuito inversor solar 3 que tiene una unidad inversora 4 conectada en paralelo a la unidad de enlace de CC 5. El circuito inversor 3 comprende una unidad de control inversor solar 6 conectada eléctricamente a la unidad de monitorización de paneles fotovoltaicos 7. La unidad de control del inversor solar 6 y la unidad de
monitorización de paneles fotovoltaicos 7 pueden ser combinadas en una sola unidad que no está representada en el dibujo. La unidad inversora 4 tiene al menos dos conmutadores de estado sólido, que forman un ramal de conmutación del inversor para cada fase a, b, c, para convertir el voltaje de entrada CC del sistema de panel 1 en voltaje de salida de CA. Los conmutadores de estado sólido de la unidad inversora 4 son elegidos entre cualquiera de los tipos conocidos posibles, por ejemplo, diodos, transistores, tiristores, etc. La unidad de enlace de CC 5 comprende al menos un circuito de enlace de Cc 8 y un dispositivo de medición de voltaje de enlace de CC 9. El circuito de enlace de CC 8 comprende el condensador C y un equivalente de resistencia en serie ESR. La unidad de control del inversor 6 es un dispositivo informático, que tiene un módulo de adquisición de datos 10 para recibir y procesar señales de entrada de las señales de voltaje Udc de la unidad de enlace de CC 5, medidas por el sensor 9 conectado al circuito 8. La unidad de control del inversor 6 está equipada además con un módulo de salida 11 para generar señales de conmutación para los conmutadores sólidos 4a, 4b, 4c de la unidad inversora 4. La unidad de control del inversor 6 está equipada además con un módulo generador de alarma 12 para recoger los datos recibidos de la unidad de monitorización de los paneles fotovoltaicos 7, por ejemplo, la capacitancia C del enlace de CC, el valor de ESR (Resistencia en serie equivalente) y los valores de voltaje de las señales medidas Udc y para generar una alarma dependiente del valor del indicador de fallo Find. La unidad de monitorización de paneles fotovoltaicos 7 es un dispositivo informático, que tiene una unidad de proceso 13 para recibir y procesar señales de entrada, a saber, voltaje UDC de la unidad de enlace de CC 5. La unidad de monitorización de paneles fotovoltaicos 7 está equipada con un módulo indicador de fallos 14 para calcular un indicador de fallos Find. El módulo indicador de fallos 14 está conectado a un módulo de indicación de paneles fotovoltaicos 15.
El inventivo método es llevado a cabo según los pasos siguientes 1 - 6;
Paso S1 - Señal de voltaje de medición Udci
En el paso S1 se mide una señal inicial de voltaje Udc1 del circuito de enlace de CC 8 mediante el dispositivo de medición de voltaje de enlace de CC 9. En este paso, un usuario proporciona valores constantes como un indicador de sensibilidad Senlnd (Senlnd = a saber, el 20%), un indicador de advertencia Warind (Warind = a saber, el 15%), un indicador de alarma Alarind (Alarind = a saber, el 30%) y un número establecido de frecuencias SetF para análisis adicionales (SetF = a saber, 1... 2000 Hz). Opcionalmente, el usuario proporciona un conjunto de números SetP de todos los paneles p11... pnn.
Paso S2 - Tratamiento de la señal medida U
dci
En el paso S2 se procesa la señal inicial de voltaje Udc1 para obtener las huellas digitales F1... Fn de la señal medida. Esto se hace realizando un análisis espectral de la señal Udc1 mediante un proceso FFT (Transformada Rápida de Fourier) y a partir de las frecuencias características de las amplitudes de señal FFT (Udc1) SigAMPfin(UDC1) de cada huella digital lo que se calcula de la forma conocida, usando la unidad de monitorización de paneles fotovoltaicos 7. Las huellas digitales con amplitudes de señales para el conjunto de frecuencias SetF dadas por el usuario son almacenadas en el módulo de indicación de averías 14.
En la Figura 5 se presenta una realización ejemplar de la medición del dedo y en la Tabla 1.
Tabla 1.
Paso S3: Medición de una señal de voltaje consecutiva U
dc2
En el paso S3 una señal de voltaje consecutiva Udc2 del circuito de enlace de CC 8 es medida mediante el dispositivo de medición de voltaje de enlace de CC 9. Para (n) mediciones, la señal de voltaje consecutiva es indicada como UDCn, en donde para la señal previamente medida (n-1) la indicación es presentada como UDCn-1.
Paso S4 - Tratamiento de la señal medida U
dc2
En el paso S4 se procesa la señal de voltaje consecutiva Udc2 para obtener huellas digitales F11... Fnn de la señal medida. Esto se hace realizando un análisis espectral de la señal Udc2 usando un proceso FFT (Transformada Rápida de Fourier) y a partir de las frecuencias características de las amplitudes de señal FFT (Udc2) SigAMPfin(UDC2) de cada huella digital lo que es calculado de la forma conocida, usando la unidad de monitorización de paneles fotovoltaicos 7. Las huellas digitales con amplitudes de señales para el conjunto de frecuencias SetF dadas por el usuario son almacenadas en el módulo de indicación de averías 14.
La unidad de monitorización de paneles fotovoltaicos 7 almacena los valores de las amplitudes de un conjunto de amplitudes de frecuencias SetF elegido, dados por el usuario en el paso 1, a saber, la frecuencia del osciloscopio 1...
2000 Hz, respecto al valor de una amplitud FFT de la Udc2 de las huellas digitales F11... Fnn incluida la señal de amplitudes consecutivas SigAMPcon(UDC2) de las frecuencias características de la FFT (Udc2).
Paso S5 - Establecimiento del indicador de fallo Fi
nd
En el paso 5 es realizado un proceso de establecimiento del indicador de avería Find comparando los valores de las amplitudes consecutivas de la señal SigAMPcon(UDC2) con el: valor de las amplitudes de la señal SigAMPfin(UDC1) de las frecuencias características de la Transformada Rápida de Fourier FFT (Udc1) del voltaje Udc1 de la unidad de enlace de CC 5 calculadas en el paso 2 teniendo en cuenta los datos proporcionados en el paso S1. La diferencia porcentual entre los valores de las amplitudes consecutivas de la señal SigAMPcon(UDC2) y el valor de las amplitudes de la señal SigAMPfin(UDC1) es el indicador de fallo Find para cada par de huellas digitales F1, F11; F2, F22;... Fn, Fnn.
En la realización ejemplar, el indicador sensible Senlnd fue establecido como el 20% de las amplitudes de las frecuencias, el indicador de advertencia Warind es establecido como el 15% y el indicador de alarma Alarind fue establecido en el 30%. El indicador. Find es automáticamente transmitido desde la unidad de control de paneles fotovoltaicos 7 a la unidad de control del inversor 6.
Dependiendo de los datos constantes en el paso S1 y el valor del establecimiento del indicador de fallo Find en el paso S5, la unidad de control del inversor 6 puede enviar el comando de señal de aviso o la señal de comando de parada a la unidad de inversión 4 por medio del módulo de salida 11.
Después de que el sistema ha tomado la decisión, en el paso S6 se realiza un análisis adicional de los valores de amplitud en el módulo. Si no hay alarma en el paso S5, el procedimiento vuelve al paso S3.
Si Find == Aviso A CONTINUACIÓN Módulo de salida 11 = RUN (ejecutar)
Si Find == Alarma A CONTINUACIÓN Módulo de salida 11 = STOP (parada)
Si el indicador de fallo Find no difiere de los datos constantes en el intervalo del valor dado por el usuario, los pasos S3 y S4 son repetidos en la siguiente medición consecutiva del enlace de voltaje CC UDCn
Paso S6 - Indicación de los paneles que han fallado
En este paso opcional S6 un análisis detallado de los valores del conjunto elegido del número de amplitudes de frecuencias de las amplitudes (SetF = a saber 1 . 2000 Hz), dado por el usuario en el paso S1 de la FFT (Udc1) del voltaje Udc1 de la unidad 5 del enlace de CC del paso 2 (SigAMPfin) y los valores del conjunto elegidos del número de amplitudes de las frecuencias de amplitudes (SetF = a saber 1 . 2000 Hz), dados por el usuario en el paso S4 de la FFT (Udc2) del voltaje Udc2 de la unidad de enlace de CC 5 del paso 4 (SigAMPcon) es realizado con la condición de que el usuario proporcione el conjunto de números SetP de todos los paneles p 11. pnn en el paso S1. Dependiendo de qué frecuencias características del panel específico p11... p1n... pn1; p21... p2n; pn1... pnn tienen sus amplitudes cambiadas a valores de amplitudes como sucede con el porcentaje del indicador Senlnd, a saber, el 20% dado por el usuario en el Paso 1 (ya sea por encima o por debajo del valor SigAMPfin) para las frecuencias características un conjunto elegido de amplitudes de frecuencias SetF, dado por el usuario en el paso 1, a saber, frecuencias de 1 .
2000 Hz de la FFT (Udc1) y FFT (Udc2) del voltaje Udc1 y Udc2 de la unidad de enlace cC 5, a saber, 15 Hz, 18 Hz, 22 Hz, el panel respectivo es indicado como un panel con un problema (a saber, en sombra, fallo de la estructura, etc.). En la Tabla 2 se presenta una realización ejemplar del problema del panel p21.
Tabla 2
SigAMPcon(15,18,22) = SigAMPfin(15,18,22) /- 20% x SigAMPfin(15,18,22).
Si hay cambios en los valores de amplitud como con el porcentaje del indicador Senlnd, a saber, el 20% dado por el usuario en el paso 1 (ya sea por encima o por debajo del valor SigAMPfin) para las frecuencias características, un conjunto de amplitudes de frecuencias SetF elegido, dado por el usuario en el paso 1, a saber, frecuencias de 1.
2000 Hz de la FFT (Udc1) y FFT (Udc2) del voltaje Udc1 y Udc2 de la unidad de enlace de CC 5, a saber, 220 Hz, 305 Hz, 445 Hz, el panel respectivo es indicado como un panel con un problema (a saber, en sombra, fallo de la estructura, etc.). En la Tabla 3 se presenta una realización ejemplar del problema del panel p22.
Tabla 3
Esto indica los problemas (a saber, en sombra, fallo de la estructura, etc.) del panel p22 SigAMPcon(220,305,445) = SigAMPfin(220,305,445) /- 20% x SigAMPfin(220,305,445)
La información sobre qué paneles (a saber, p21, p22) tienen problemas, es almacenada en el módulo 15 de indicación de paneles fotovoltaicos en una Tabla PanelNums para el próximo uso en un sistema de diagnóstico de nivel superior o por el personal de servicio, lo que no está representado en el dibujo.
Claims (5)
1. Un método de diagnóstico de paneles fotovoltaicos (PV) (2) de un sistema de paneles fotovoltaicos (1) usando un inversor solar (3) que tiene una unidad inversora (4) con conmutadores de estado sólido (4a, 4b, 4c), conectados en paralelo a un enlace de CC (5), en donde el inversor solar (3) está equipado con una unidad de control del inversor solar (6) y una unidad de monitorización de paneles fotovoltaicos (7), y ambas unidades (6) y (7) son dispositivos informáticos, teniendo el método el paso de medir las señales de voltaje de salida Udc que salen del sistema de paneles fotovoltaicos (1) y un paso de procesar las señales medidas Udc usando la FFT (Transformada Rápida de Fourier) de análisis de espectro, en donde el método comprende los pasos siguientes:
proporcionar a la unidad inversora de control (6) valores constantes como un indicador de sensibilidad Senlnd, un indicador de advertencia Warind y un indicador de alarma Alarind,
crear huellas digitales (F1, F11;... Fn-1, Fnn) para cada par de las dos medidas consecutivas del voltaje del enlace de CC Udc Udc(n-1) y Udcn para cada señal de voltaje de salida del sistema del panel (1),
comparar la amplitudes de al menos un par de huellas digitales (F1, F11;... Fn-1, Fnn) de las señales de voltaje medidas con un valor del conjunto de frecuencias elegido por el usuario y determinando un indicador de fallo Find,
activar automáticamente un comando para la unidad de control, (6) para avisar o parar por alarma la unidad inversora (4).
2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que las huellas digitales (F1, F11;... Fn-1, Fnn) son creadas para las frecuencias características del intervalo de 1Hz a 2000Hz.
3. Un método según la reivindicación 1, caracterizado por que el indicador de sensibilidad Senind tiene un valor igual al 20% del valor de un par de las huellas digitales, el indicador de advertencia Warind tiene un valor del 15% del valor de un par de las huellas digitales y un indicador de alarma Alarind tiene un valor del 30% del valor de un par de las huellas digitales.
4. Un método según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende además el paso de indicar paneles fotovoltaicos fallidos observando los cambios en las amplitudes de un solo par de huellas digitales (F1, F11;... Fn-1, Fnn) preparadas para cada panel fotovoltaico de un sistema de paneles (1), haciendo coincidir el valor medido con un número individual de panel, cuyo número es introducido por un usuario en la unidad de monitorización del panel fotovoltaico (7) y comparando los cambios con un umbral dado por el usuario.
5. Un método según la reivindicación 4, caracterizado por que los cambios de amplitud de un solo par de huellas digitales (F1, F11;... Fn-1, Fnn) son observados en las frecuencias características del intervalo de 1 Hz a 2000 Hz.
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