一种光伏系统的串并联失配损失率测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏系统性能检测领域，具体涉及一种光伏系统的串并联失配损失率测试装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002]光伏系统通常由光伏组件、组串、汇流箱、逆变器等设备构成。根据单个光伏组件开路电压的不同及光伏并网逆变器输入电压范围的不同，需要将多个光伏组件以串联方式连接形成组串，多个组串通过汇流箱并联后接入逆变器。光伏系统的串并联失配损失是指由于光伏组件的互联引起的，这些组件没有相同的特性或者经历了不同的条件从而导致问题的出现。对于光伏系统，各个组串的距离远近不同，线路压降也不同，同样会造成失配损失。组串中串联的组件之间的失配为串联失配，汇流箱中并联的各个组串之间的失配为并联失配。由光伏系统装机引起的串并联损失贯穿光伏发电系统整个发电周期，极大影响发电效率，通过检测出失配损失问题的光伏组件，对整个光伏发电系统有着举足轻重的影响。
[0003]并网光伏电站性能监测与质量评估技术规范中要求测量组串或汇流箱内的串并联失配损失。光伏电站系统的失配损失主要包括组件到组串的失配损失，组串到汇流箱的失配损失以及汇流箱到逆变器的失配损失，总体概括为两种类型的损失即串联损失和并联损失。技术规范中规定了串联失配的检测方法是:断开选定组串，对选定组串中每一块组件检测ι-ν曲线，记录光强和组件温度；再检测一次整个组串的ι-v曲线，记录光强和组件温度，分别修正到统一光强和统一温度(STC条件)；串联失配计算公式:光伏组件的失配损失=(各组件修正功率之和-组串修正功率值)/各组件修正功率值之和X 100%，判定条件:组件串联失配损失最高不应超过1%。
[0004]技术规范中给出的并联失配的检测方法:断开选定汇流箱，对选定汇流箱中每一个组串检测Ι-V曲线，记录光强和组件温度；接通汇流箱，检测选定汇流箱的Ι-V曲线，同时记录光强和组件温度；分别修正到统一光强和统一温度(标准条件，以下简称STC)。并联失配计算公式:光伏组串的失配损失=(各组串修正功率之和-汇流箱修正功率值)/各组串修正功率值之和X100%，判定条件:组串并联失配损失最高不应超过2%。
[0005]由于测量光伏系统串并联损失率没有相关的测试装置，很多检测机构对这项指标不进行测量。即使测量也只是采用便携式太阳能电池IV测试仪测量逐一断开的组件或组串的Ι-ν曲线，不仅工作强度大，更重要的是由于一个测试周期较长，因辐照度或温度变化引起的误差甚至超过规定的要求；或者采用大功率直流高压切换继电器加多个便携式太阳能电池IV测试仪的测试装置分体式装置同时测试，但一个组串功率即达10kW(电压1000V，电流10A)，甚至更高，所需大功率直流高压切换继电器价格非常昂贵，另外测试结果不具便复现性，因此亟需提供一种更加准确的自动测试装置以解决上述问题。
[0006]技术规范中给出的检测方法都只进行了一次整体测试IV曲线测试和每块组件或组串的IV曲线，单个测试样本数导致的随机测量误差甚至超过了设定判定条件，完全依赖不变的室外环境和高昂成本的高精度数据采集系统使得测试显得尤为困难；另外该指标的测试数据的不可复现性也给电站验收合格增加了困难，因此亟需提供一种更加科学的测试方法以解决上述问题。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种光伏系统的串并联失配损失率测试装置及其测试方法。
[0008]本发明采用如下技术方案:
[0009]一种光伏系统的串并联失配损失率测试装置，包括用于测试整个组串或组串汇流的第一 IV曲线测试板、多个用于测试每路组件对应测试通道的第二 IV曲线测试板、多路用于串联组件的串联切换开关、多路用于并联组串的并联切换开关、多路用于测试IV曲线的测试切换开关、接口转换板、PC机、控制板、用于测量辐照度及温度的太阳辐照度计；
[0010]所述每路测试通道上都设有测试切换开关，不同路的组件之间通过并联切换开关实现并联或断开并联，不同路的组件之间通过串联切换开关实现串联或断开串联；
[0011]第一 IV曲线测试板、第二 IV曲线测试板分别通过接口转换板连接PC机，并将测试数据传递给PC机，PC机通过控制板发送切换及测试命令。
[0012]优选地，所述测试切换开关、并联切换开关、串联切换开关均为无电弧放电的直流尚压开关。
[0013]优选地，所述测试切换开关、并联切换开关、串联切换开关均由主继电器、辅助继电器、大功率M0S管构成，大功率M0S管并接于主继电器两端，通过一定的时序控制，实现主继电器在零压或低压下进行切换，实现无电弧放电。
[0014]优选地，所述第一 IV曲线测试板、第二 IV曲线测试板均采用四线制测量方式，且第一 IV曲线测试板测量功率能力大于整个光伏系统的输出功率、第二 IV曲线测试板的测量功率能力大于每个光伏组件或组串的输出功率。
[0015]优选地，所述控制板接收PC机输出的切换及测试命令，并通过主继电器和辅助继电器控制相应测试切换开关、并联切换开关、串联切换开关的切换。
[0016]优选地，所述接口转换板用于将多路串口转换成一路串口并与PC机通讯。
[0017]优选地，所述太阳辐照度计用于测试与组件或组串平行太阳光的太阳辐照度，同时测试太阳能电池背板表面的温度，并将测试数据传递给PC机。
[0018]根据上述光伏系统的串并联失配损失率测试装置的测试方法，包括如下步骤:
[0019](1)测试整个组串的IV曲线:PC机通过控制并联切换开关、串联切换开关，使光伏组串处于指定的串并联方式，第一 IV曲线测试板测试整个组串的IV曲线，获得了当前辐照度的整个组串的最大功率Pa，并记录当前的辐照度Ga与温度Ta，换算到STC下的功率为P1 ;
[0020](2)同时测试每个组件的IV曲线:在极短的时间内PC机通过控制并联切换开关、串联切换开关、测试切换开关组合将测试组串中每个组件分别连接到对应通道的第二 IV曲线测试板上，获得当前辐照度的每一个组件的最大功率值，分别记录P1、P2……，并记录当前的辐照度Gb与温度Tb，获得STC条件下的累加功率为Pn ；
[0021](3)复测整个组串的IV曲线:再次重复步骤(1)，获得了当前辐照度的整个组串的最大功率pc，并记录当前的辐照度Gc与温度Tc，换算到STC下的功率为P2 ;
[0022](4)PC机判断当I P2-P1 I是否小于设定的阈值，如果小于设定的阈值，根据失配损失率计算公式:失配损失率=((P1+P2)/2-Pn)/(P1+P2)/2，给出失配损失率结果；否则重复步骤(1)。
[0023]所述步骤(1)中光伏组串指定为串联方式，PC机控制并联切换开关断开、串联切换开关闭合，PC机控制每路组件测试切换开关断开，第一 IV曲线测试板测试整个组串的IV曲线。
[0024]所述步骤⑴中光伏组串指定为并联方式，PC机控制并联切换开关闭合、串联切换开关断开，PC机控制每路组件测试切换开关断开，第一 IV曲线测试板测试整个组串的IV曲线。
[0025]采用如上技术方案取得的有益技术效果为:
[0026]本发明采用无电弧放电的直流高压开关替代大功率直流继电器，大大降低了成本，为自动测试失配损失率提供了可能。
[0027]通过切换开关的组合可将组件或组串进行自动串联或并联，实现了自动测试，无须人工进行操作，大大降低测试强度。
[0028]各组件或组串同时测试，解决因测试过程中因外界辐照度、温度变化所引入的偏差。
[0029]采用计算机自动控制使得测试结果具有复现性，亦为在线监测光伏组串在不同辐照度下的匹配损失率情况提供了可能。
[0030]本发明依据测试装置还提供了一种更科学的测量串并联损失率的测试方法，增加测试一次整体的IV曲线，当两次测试的最大功率值偏差小于一定的阈值时，再给出可信的损失率结果，并将两次整体组串或汇流后的组串的功率平均值带入公式计算，使得测量结果更科学、更合理。
【附图说明】
[0031]图1为本发明光伏系统串并联失配损失率测试装置结构示意图；
[0032]图2为本发明光伏系统串并联失配损失率测试装置切换测试示意图；
[0033]图3为本发明光伏系统串并联失配损失率测试方法示意图；
[0034]图4为本发明光伏系统串联失配损失切换开关控制时序不意图；
[0035]图5为本发明光伏系统并联失配损失切换开关控制时序示意图。
【具体实施方式】
[0036]结合附图1至5对本发明的【具体实施方式】做进一步说明:
[0037]如图1所示，光伏系统串并联失配损失率测试装置包括用于测试整个组串或整个汇流组串的第一 IV曲线测试板1、测试每一组件或每一组串10的第二 IV曲线测试板2、组件或组串相互并联的并联切换开关3、组件或组串相互串联的串联切换开关4、组件或组串测试的测试切换开关5、与PC机9通讯的RS232接口转换板6、控制切换开关的控制板7、用于测量辐照度及温度的太阳辐照度计8、用于控制切换开关及显示测试结果的PC机9。
[0038]每路测试通道上都设有测试切换开关，不同路的组件之间通过并联切换开关实现并联或断开并联，不同路的组件之间通过串联切换开关实现串联或断开串联。第一 IV曲线测试板、第二 IV曲线测试板分别通过接口转换板连接PC机，并将测试数据传递给PC机，PC机通过控制板发送切换及测试命令。
[0039]并联切换开关3、串联切换开关4、测试切换开关5均为无电弧放电的直流高压开关。其均由主继电器、辅助继电器、大功率M0S管(或绝缘栅双极型晶体管)组成，每个继电器和M0S管均受控制板7控制；由于组件必须在零压或低压状态下进行切换，所有继电器必须在一定的时序逻辑控制下工作，各继电器、M0S管与控制板的单片机10 口相连，各主继电器进行切换前，先将辅路的大功率M0S管导通，确保主电器在切换时处于零压或低压状态，从而实现了无电弧放电的直流高压开关。
[0040]第一 IV曲线测试板、第二 IV曲线测试板均采用四线制测量方式，且第一 IV曲线测试板测量功率能力大于整个光伏系统的输出功率，第二 IV曲线测试板的测量功率能力大于每个光伏组件或组串的输出功率。
[0041]控制板接收PC机输