吴文宝，熊 敏，张洁琼

（1.中国电建集团江西省电力建设有限公司，江西 南昌 330021；2.特变电工新疆新能源股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

在能源形势日益严峻的今天[1]，提倡绿色能源，优化能源结构，降低对煤炭等环境污染型资源的严重依赖得到社会的普遍认同。太阳能具有分布广泛、清洁环保、资源丰富等优势，是传统发电的有益补充。鉴于其对环保与经济发展的重要性，各发达国家无不全力推动太阳能发电工作[2-3]。随着全球光伏产业的蓬勃发展，整体装机容量逐年增加，如何通过有效的手段减少故障损失成为日益关注的问题。光伏电站中，光伏逆变器设备的安全稳定运行直接关系到电站收益，所以，需要对光伏逆变器设备的运行参数（如电抗器温度、电抗器温度）进行实时监测，以便能发现逆变器潜在的问题。目前，大多数逆变器设备是通过对各项运行参数设置报警限值，一旦实时监测到的某项运行参数超过对应的报警限值，就会自动报警提醒工作人员进行检修。但是对于各项运行参数的运行参数设置合适的报警限值存在较大难度，报警限值设置的太大导致无法准确的报警，当出现越限报警时，逆变器设备的实际运行参数比正常值已经偏离很高，容易造成较大的安全隐患；报警限值设置的太小，又会导致频繁报警，出现误报警的频率太高；而且，逆变器设备在运行时，其发电功率负载率和运行时长对于各项运行参数会有所影响，对于负载率较高且实行时间较长的逆变器设备，其各项运行参数均会偏高，因此，上述简单的设定报警限制的方法，就会导致无法将负载率及运行时长对各项运行参数的影响因素考虑在内，致使报警错误率高，无法真正有效、准确地进行报警，无法保证逆变器设备的安全稳定运行。

1 温度正态分布值定义及分析

光伏电站逆变器温度正态分布值是指光伏电站同型号设备相同温度参数（电抗器温度、IGBT温度、机箱温度及变压器温度等）在相同运行条件下的正态分布值，它反映了每台逆变器温度参数偏离整体运行的情况，正态分布数值越大，说明逆变器越不稳定，存在潜在预警的可能性越大。某时刻（时刻）同型号单台逆变器温度正态分布值的计算见式（1）：

式中，i=0，1，2，…n为各采样时刻为第i采样时刻同型号逆变器的温度运行参数的平均值；Xki为第k台逆变器第采样时刻的温度运行参数；σi为第i采样时刻同型号逆变器的温度运行参数的标准差，计算公式为：

式中：k=1，2，…m为同型号的各台逆变器，k为指定型号逆变器台数。

文中以日为单位对每台逆变器的温度参数进行分析，计算同型号某台逆变器的日正态分布值采用加权平均，计算公式为：|Sk|大于1时，判断具有异常的倾向，触发预警提示。

式中：Sk为第k台逆变器指定日期的温度参数正态分布值；其他参数如上公式（1）、（2）的说明。

一般地，在实际应用上，常考虑一组数据具有近似于正态分布的概率分布。若其假设正确，则约68.3%数值分布在距离平均值有1个标准差之内的范围，约95.4%数值分布在距离平均值有2个标准差之内的范围，以及约99.7%数值分布在距离平均值有3个标准差之内的范围。称为“68-95-99.7法则”或“经验法则”。文中采用正态分布的分析方法评估逆变器温度的正态分布情况，当

2 温度正态分布值的应用

2.1 温度正态分布值的计算

文中逆变器异常温度分析方法具体实施包括以下步骤：

第一步：获取采样数据

1）获取光伏电站内逆变器在各采样点的日发电量数据Q和装机容量数据C；

2）获取光伏电站内逆变器在各采样点的电抗器温度数值；文中的运行参数以逆变器设备上采集的电抗器温度为例进行分析。

第二步：构造相同的运行条件

1）获取综合影响系数

一般地，光伏电站逆变器设备中的电抗器温度受环境温度、负载率、运行时间和散热情况等因素影响，文中分析中将异常散热的逆变器排除，故在相同采样时刻影响各逆变器电抗器温度的主要因素为负载率和运行时间，而负载率和运行时间的综合影响系数等价为逆变器各采样点发电量除以装机容量，计算公式为：

式中：ηki为第k台逆变器第i采样时刻的综合影响系数；Qki为第k台逆变器第i采样时刻的日发电量数据；Ck为第k台逆变器的装机容量。

2）将第一步获取的各采样时刻电抗器温度t乘以综合影响系数，计算公式为：

式中：tki为第k台逆变器第i采样时刻的电抗器温度数据；Tki为等效相同运行条件下第k台逆变器i采样时刻的电抗器温度数据；

第三步：计算各采样时刻的温度正态分布值

按逆变器型号分类，计算每类逆变器下各采样时刻的电抗器温度平均值，计算公式为：

按照公式（2）计算每类逆变器各采样时刻的电抗器温度标准差，按照公式（1）计算各逆变器各采样时刻电抗器温度正态分布值，如图1所示。

图1 某20 MW电站逆变器在某采样时刻的电抗器温度数据的正态分布图

图1中温度均值为51.69℃，标准差为25.27，分析该采样时刻各电抗器温度数据，发现当电抗器温度值偏离采样时刻平均温度值1个标准差之内时，即电抗器采样温度在26℃到78℃范围内时，几乎不存在异常情况；当电抗器温度偏离采样时刻平均温度值大于1个标准差时，即电抗器采样温度小于26℃或大于78℃具有异常的风险；

第四步：利用加权平均计算日温度正态分布值

通过正态分布分析同一时刻各逆变器电抗器温度的异常状态，亦可以按照公式（3），根据第三步计算的各逆变器各采样时刻电抗器温度正态分布值，计算每台逆变器电抗器温度在指定时间段内的加权正态分布值平均。

2.2 异常设备分析及定位

文中计算了各采样时刻各逆变器的电抗器温度正态分布值，该值用于分析逆变器的电抗器温度距离平均值的偏离情况，当电抗器温度值偏离采样时刻平均温度值1个标准差之内时，即计算的正态分布值r在-1到1的范围内时，认为几乎不存在异常情况；当电抗器温度偏离采样时刻平均温度值1-2个标准差之内时，即计算的正态分布值1≤r＜2或-2＜r≤-1时，提示有存在异常的风险；当电抗器温度偏离采样时刻平均温度值大于2个标准差时，即计算的正态分布值2≤r或r≤-2时，报设备异常。当采用加权平均分析异常温度数值时，需要对为零数据进行筛除，或对等于零的结果做温度为0提示。

3 结语

文中通过分析光伏电站同型号逆变器在相同运行条件下的温度参数，提出一种预测异常设备的方法，用逆变器设备的日发电量负载率矫正温度参数，对校正后的温度参数计算正态分布值，通过正态分布值的分布范围判断是否触发预警提示。该方法已在多个光伏电站进行试运行，实现了光伏系统运行参数异常的预警，为逆变器设备的智能监控实现提供了方案和方法，为故障或告警预判提供可行实用的诊断方案和方法，并且实现了对光伏电站逆变器设备运行异常的预判，避免了无效报警。