Mục lục · 11 phần
Giám sát lỗi chuỗi PV (PV string fault monitoring) là phương pháp đo dòng điện của từng chuỗi tấm pin năng lượng mặt trời (PV) để phát hiện chuỗi bị lỗi, trong đó có cách so dòng giữa các chuỗi đấu song song với nhau.[1][2] Các chuỗi giống nhau về thông số điện và điều kiện môi trường cho dòng điện gần bằng nhau, còn chuỗi lỗi nhiều khả năng lệch khỏi nhóm.[1] Biến tần (inverter) Huawei SUN2000-100KTL-M2 có 10 bộ MPPT, mỗi MPPT nhận tối đa 2 đầu vào, tức 10 × 2 = 20 đầu vào chuỗi.[3] Datasheet của biến tần này ghi chức năng PV-array String Fault Monitoring trong nhóm bảo vệ.[3] Trong một hệ có hai chuỗi nối vào biến tần, khi một chuỗi bị đứt, độ dốc đường hồi quy của sản lượng hệ giảm còn một nửa.[2] Khi nhà máy phát ít điện hơn dự kiến, giám sát ở cấp hộp nối hoặc cấp chuỗi giảm đáng kể thời gian và chi phí tìm lỗi.[2]
Phép đo ghi lại toàn bộ quan hệ dòng và áp của từng chuỗi được trình bày ở bài Quét đường cong I-V.
Tóm tắt nhanh
| Mục | Thông tin chính |
|---|---|
| Tên tiếng Anh | PV string fault monitoring; datasheet còn ghi PV String Current Monitoring, Strings monitoring[4][5] |
| Định nghĩa | Giám sát lỗi chuỗi PV (PV string fault monitoring) là phương pháp đo dòng điện của từng chuỗi tấm pin năng lượng mặt trời (PV) để phát hiện chuỗi bị lỗi, trong đó có cách so dòng giữa các chuỗi đấu song song với nhau[1][2] |
| Nguyên lý | Chuỗi giống nhau cho dòng gần bằng nhau; chuỗi lỗi lệch khỏi nhóm[1] |
| Cảnh báo chuỗi trên biến tần Huawei | 2003 DC Arc Fault, 2012 String Current Backfeed; mã nguyên nhân 1 đến n ứng với chuỗi PV 1 đến n[6][7] |
| Vì sao cầu chì chưa đủ | Lỗi chạm chập có thể nằm ở điểm mù của thiết bị bảo vệ quá dòng[8] |
| Phương pháp trong nghiên cứu | Quy tắc ngoại lai Hampel và Boxplot trên dòng chuỗi;[1] so công suất DC đo được với công suất mô phỏng[9] |
| Cấp giám sát | Biến tần, hộp kết hợp, chuỗi, tấm; cấp chuỗi tối ưu để phát hiện và định vị phần lớn lỗi[10] |
| Giới hạn | Vết nứt cell gây tổn hao nhỏ, không phát hiện được bằng dữ liệu biến tần thông thường[10] |
| Ví dụ sản phẩm | Huawei SUN2000-100KTL-M2: 10 MPPT, 2 đầu vào mỗi MPPT, 20 A mỗi đầu vào[3] |
| Tiêu chuẩn tại Việt Nam | TCVN 11855-1:2017, tương đương IEC 62446-1:2016: thử cực tính, đo dòng chuỗi khi nghiệm thu[11] |
1. Giám sát lỗi chuỗi PV (PV string fault monitoring) là gì?
Giám sát lỗi chuỗi PV (PV string fault monitoring) là phương pháp đo dòng điện của từng chuỗi tấm pin năng lượng mặt trời (PV) để phát hiện chuỗi bị lỗi, trong đó có cách so dòng giữa các chuỗi đấu song song với nhau.[1][2] Giám sát nâng cao cần đo công suất hoặc dòng điện ở cấp hộp nối, hoặc đo dòng điện từng chuỗi.[2] Số đo tích hợp sẵn trong biến tần thường chưa đủ chính xác, nhưng vẫn dùng được để nhận ra thay đổi tương đối theo thời gian.[2]
Chuỗi PV (PV string) là gì?
Chuỗi PV (PV string) là nhóm cell pin hoặc tấm pin năng lượng mặt trời nối tiếp nhau thành một mạch.[12] Trong dàn pin lớn, các tấm pin được nối cả nối tiếp lẫn song song.[12] Biến tần Huawei SUN2000-100KTL-M2 có 10 bộ MPPT để dò điểm công suất cực đại, mỗi bộ nhận tối đa 2 đầu vào chuỗi.[3] Số chuỗi được đấu vào một MPPT được trình bày ở bài Số chuỗi PV trên mỗi MPPT.
Lỗi dàn pin (PV array fault) là gì?
Lỗi dàn pin (PV array fault) là mọi tình huống làm công suất đầu ra của dàn pin năng lượng mặt trời giảm xuống.[13] Dàn pin năng lượng mặt trời bền nhưng không miễn nhiễm với lỗi.[8] Các nhóm lỗi điển hình của dàn pin gồm lỗi chạm chập giữa hai dây, lỗi chạm đất và lỗi lệch dòng.[1] Lỗi lệch dòng (mismatch fault) gồm hở mạch, bóng che một phần và xuống cấp của tấm pin.[1]
Giám sát lỗi chuỗi PV dùng để làm gì?
Giám sát lỗi chuỗi PV dùng để tìm nhanh chuỗi hỏng khi nhà máy phát ít điện hơn dự kiến.[2] Khi nhà máy được bán cho chủ mới, giám sát nâng cao giúp chủ mới yên tâm hơn về chất lượng nhà máy.[2] Giám sát ghi nhận điện năng DC ít nhất ở cấp hộp nối được khuyến nghị mạnh.[2]
Giám sát lỗi chuỗi PV đặt ở biến tần hay ở hộp kết hợp?
Giám sát lỗi chuỗi PV có thể đặt ở hộp kết hợp hoặc đo trực tiếp trên từng chuỗi.[10] Ở cấp hộp kết hợp, một cảm biến dòng đo dòng của nhóm chuỗi tại điểm gộp trước khi vào biến tần.[10] Ở cấp chuỗi, hệ đo điện áp và dòng điện của từng chuỗi theo chuỗi thời gian hoặc theo cả đường cong I-V.[10] Biến tần Huawei SUN2000-100KTL-M2 tích hợp sẵn chức năng giám sát lỗi chuỗi trong nhóm bảo vệ.[3]
Tên gọi của giám sát lỗi chuỗi PV trên tài liệu hãng
Datasheet Huawei SUN2000-100KTL-M2 ghi chức năng này là PV-array String Fault Monitoring.[3] Datasheet GoodWe GW50KS-MT ghi chức năng này là PV String Current Monitoring: Integrated.[4] Bảng tên gọi theo hãng nằm ở mục 7.
Định nghĩa ở mục 1 nhắc tới cách so dòng giữa các chuỗi. Mục 2 giải thích vì sao phép so này tìm ra được chuỗi lỗi.
2. Giám sát lỗi chuỗi PV hoạt động như thế nào?
Các phương pháp giám sát lỗi chuỗi PV trong nghiên cứu ghi số đo của từng chuỗi, so với một mốc tham chiếu rồi xét độ lệch theo một ngưỡng.[1][9] Mốc tham chiếu có thể là các chuỗi song song cùng thời điểm hoặc giá trị tính từ mô hình tấm pin.[1][9]
Vì sao các chuỗi giống nhau cho dòng điện gần bằng nhau?
Các chuỗi song song có cùng thông số điện và cùng điều kiện môi trường cho dòng điện gần bằng nhau khi làm việc bình thường.[1] Dòng ngắn mạch (Isc) của cell pin là dòng chạy qua cell khi điện áp hai đầu cell bằng không.[14] Dòng Isc của cell phụ thuộc trực tiếp vào cường độ ánh sáng chiếu tới.[14] Khi một chuỗi bị lỗi, dòng của chuỗi đó nhiều khả năng khác các chuỗi còn lại.[1] Isc của tấm pin và của dàn pin được giải thích ở bài Dòng ngắn mạch Isc.
Đo dòng điện từng chuỗi bằng cảm biến
Dòng điện một chiều (DC) của tấm pin và chuỗi pin có thể đo bằng cảm biến hiệu ứng Hall.[9] Trong hệ thử nghiệm 8 chuỗi đấu song song, dòng từng chuỗi được ghi với tần số lấy mẫu 100 Hz.[1] Với giám sát vận hành, dữ liệu nên được lấy mẫu mỗi giây hoặc nhanh hơn.[2] Giá trị trung bình được lưu theo chu kỳ 5 đến 15 phút.[2]
So với chuỗi bên cạnh hay so với mô hình dự đoán?
Cách thứ nhất so dòng của một chuỗi với các chuỗi song song cùng thời điểm, không cần số đo thời tiết hay huấn luyện mô hình.[1] Khi xử lý sự cố tại hiện trường, mốc so sánh thường là một chuỗi PV bên cạnh.[15] Cách thứ hai so công suất DC đo được với công suất DC mô phỏng từ mô hình tấm pin.[9] Độ chính xác của cách thứ hai phụ thuộc chủ yếu vào độ chính xác của mô hình tấm pin.[9]
Ngưỡng cảnh báo và cảnh báo giả
Độ lệch giữa công suất tính và công suất đo được đem so với một ngưỡng để tránh cảnh báo giả.[9] Hệ thử nghiệm 18 tấm 115 Wp, chia ba chuỗi sáu tấm, dùng ngưỡng lớn hơn 0,05, cụ thể là 0,07.[9] Hệ thử nghiệm 18 tấm này vẫn ghi nhận một cảnh báo giả trong trường hợp không có lỗi.[9] Ở một phương pháp khác, ngưỡng dòng 0,5 A tách lỗi giữa hai chuỗi với lỗi bên trong chuỗi, chọn qua mô phỏng nhiều tình huống lỗi.[16]
Biến tần báo lỗi hoặc ngắt chuỗi sau khi phát hiện
Tài liệu tra cứu cảnh báo biến tần Huawei gắn mỗi cảnh báo chuỗi với mã nguyên nhân, mã 1 đến n ứng với chuỗi PV 1 đến n.[6] Huawei công bố công nghệ ngắt cấp chuỗi SSLD gửi tín hiệu cắt tới công tắc DC khi phát hiện lỗi, rồi ngắt mạch và báo cảnh báo.[17] Theo Huawei, SSLD nhận diện đấu ngược cực, dòng chảy ngược và ngắn mạch phía DC, rồi tự ngắt chuỗi ở mức mili giây.[17] Vai trò của công tắc DC được trình bày ở bài Công tắc DC.
Phép so dòng chỉ có ý nghĩa khi biết mỗi loại lỗi làm dòng chuỗi thay đổi ra sao. Mục 3 đi qua từng loại lỗi.
3. Giám sát lỗi chuỗi PV phát hiện những lỗi nào?
Giám sát lỗi chuỗi PV phát hiện các lỗi làm dòng chuỗi về không, đổi chiều hoặc khác các chuỗi song song.[16][1] Tài liệu tra cứu cảnh báo biến tần Huawei có mã riêng cho dòng chảy ngược vào chuỗi và cho hồ quang trên cáp chuỗi.[6][7]
Hở mạch chuỗi (open-circuit fault)
Hở mạch trong một chuỗi làm dòng điện ra khỏi chuỗi đó bằng không.[16] Lỗi hở mạch làm giảm công suất đầu ra của cả dàn pin.[16] Hở mạch có thể do cell pin nứt, mối hàn hỏng hoặc cầu chì đứt.[1] Cáp nối các tấm pin và các chuỗi pin dễ bị hở mạch khi đã cũ.[9] Hở mạch ở một chuỗi nối tiếp là một trong các vấn đề tiềm ẩn của dàn pin lớn.[12]
Chuỗi đấu ngược cực
Chuỗi có tấm pin đấu ngược cực là một nguyên nhân của cảnh báo 2012 String Current Backfeed trên biến tần Huawei.[6] Hướng xử lý của Huawei cho cảnh báo này gồm kiểm tra xem có tấm pin nào trong chuỗi bị đấu ngược cực.[6] Cách biến tần chịu và phát hiện lỗi đấu ngược cực phía tấm pin được trình bày ở bài Bảo vệ ngược cực DC.
Dòng ngược (reverse current) chạy vào chuỗi lỗi
Ngắn mạch trong tấm pin, đi dây lỗi hoặc một lỗi liên quan có thể gây dòng ngược trong chuỗi PV.[18] Dòng ngược xuất hiện khi điện áp hở mạch của một chuỗi khác đáng kể so với các chuỗi song song.[18] Dòng điện khi đó chạy từ các chuỗi lành sang chuỗi lỗi thay vì chạy vào biến tần.[18] Sau sự cố, dòng của chuỗi lỗi có thể đổi dấu thành âm.[1]
Dòng chảy ngược do chuỗi thiếu tấm (String Current Backfeed)
Cảnh báo 2012 String Current Backfeed của Huawei có nguyên nhân là chuỗi có ít tấm nối tiếp, nên điện áp đầu cực thấp hơn các chuỗi khác.[6] Huawei xếp cảnh báo 2012 ở mức Warning.[6] Hướng xử lý gồm kiểm tra số tấm nối tiếp, kiểm tra bóng che và kiểm tra điện áp hở mạch của chuỗi.[6]
Dòng chuỗi thấp do bóng che và xuống cấp
Bóng che một phần và xuống cấp của tấm pin thuộc nhóm lỗi lệch dòng giữa các chuỗi.[1] Dòng giảm (reduced current) là một trong năm nhóm suy giảm hiệu năng của dàn PV.[15] Bốn nhóm còn lại là tổn hao nối tiếp, tổn hao song song, tổn hao lệch và điện áp giảm.[15] Phương pháp phát hiện cần phân biệt được lỗi ngắn mạch với bóng che tạm thời.[16]
Lỗi chạm chập (Line-line fault) là gì?
Lỗi chạm chập (Line-line fault) là sự ngắn mạch ngoài ý muốn giữa hai điểm có điện thế khác nhau trong dàn pin.[8] Lỗi chạm đất (Ground fault) là sự kết nối ngoài ý muốn giữa một dây mang điện và dây nối đất bảo vệ, làm dòng chạy xuống đất.[8] Lỗi chạm chập và lỗi lệch dòng khó phát hiện bằng thiết bị bảo vệ thông thường hơn lỗi chạm đất.[1] Việc biến tần đo điện trở cách điện để tìm lỗi chạm đất được trình bày ở bài Giám sát điện trở cách điện.
Hồ quang DC trên cáp chuỗi
Lỗi hồ quang (Arc fault) là sự phóng điện công suất lớn qua khe không khí giữa hai dây dẫn.[8] Cảnh báo 2003 DC Arc Fault của Huawei, mức Major, có nguyên nhân là cáp chuỗi phóng hồ quang hoặc tiếp xúc kém.[7] Nguyên nhân và cách phòng hồ quang DC được trình bày ở bài Lỗi hồ quang DC.
Nhiều lỗi kể trên tạo dòng ngược hoặc dòng sự cố nhỏ. Mục 4 giải thích vì sao cầu chì chưa đủ để bắt các lỗi này.
4. Vì sao đã có cầu chì vẫn cần giám sát lỗi chuỗi PV?
Cầu chì PV chỉ cắt được lỗi và tách mạch hỏng khi dòng sự cố đủ lớn.[1] Nhiều lỗi dàn pin không được thiết bị bảo vệ phát hiện vì dòng sự cố nhỏ.[8] Lỗi không được xử lý trong dàn pin gây mất điện năng và có thể gây mất an toàn, nguy cơ cháy.[1]
Dòng ngược bằng tổng dòng các chuỗi còn lại
Dòng ngược chạy vào chuỗi lỗi bằng tổng dòng của các chuỗi còn lại.[18] Các chuỗi lành đẩy dòng ngược vào chuỗi bị sự cố, và dòng ngược tăng thêm theo mỗi chuỗi song song được thêm vào dàn.[19] Số chuỗi song song cần lắp cầu chì và cách chọn cầu chì cho từng chuỗi được trình bày ở bài Cầu chì chuỗi DC.
Dàn hai chuỗi song song và bảo vệ dòng ngược
Với hai chuỗi cùng số tấm đấu song song, dòng ngược luôn thấp hơn dòng ngược tối đa của tấm pin, nên không cần bảo vệ dòng ngược.[18] Dàn hai chuỗi song song không có pin lưu trữ và có cáp chuỗi chọn đúng cỡ không bị quá tải, nên không cần bảo vệ quá dòng.[19]
Điểm mù của thiết bị bảo vệ quá dòng
Phản ứng của bộ MPPT, bức xạ thấp và tỷ lệ lệch dòng có thể đẩy lỗi chạm chập vào điểm mù của thiết bị bảo vệ quá dòng.[8] Lỗi chạm chập trong điểm mù có thể tồn tại mãi và không bị phát hiện.[8] Dòng cấp ngược giảm mạnh sẽ che khuất lỗi chạm chập và ngăn việc phát hiện lỗi.[8] Đặc tính phi tuyến của dàn pin, bức xạ thấp và bộ MPPT của biến tần có thể làm dòng sự cố giảm mạnh.[1]
Sự cố dàn pin ở Bakersfield năm 2009 và Mount Holly năm 2011
Sự cố dàn pin đã xảy ra tại Bakersfield, California, ngày 05/04/2009 và tại Mount Holly, Bắc Carolina, ngày 16/04/2011.[8] Các thiết bị bảo vệ đã không phát hiện và tách được lỗi, gây mất điện năng và mất doanh thu.[8] Dải băng nối cell bị lỗi trong tấm pin có thể dẫn tới cháy.[20]
Giám sát chuỗi chạy song song với thiết bị bảo vệ
Quy tắc phát hiện ngoại lai từ dòng chuỗi có thể tích hợp vào hệ thống giám sát PV để chạy theo thời gian thực.[1] Các lỗi PV thường gặp có thể không được cầu chì cắt, gồm lỗi chạm chập ở bức xạ thấp và lỗi chạm chập có trở kháng sự cố cao.[1] Hở mạch, xuống cấp và bóng che di động cũng nằm trong danh sách này.[1] Theo Huawei, công nghệ ngắt cấp chuỗi SSLD được DEKRA và Intertek cấp chứng nhận máy cắt hạ áp theo IEC 60947-2.[17]
Mục 5 trình bày các nhóm phương pháp nghiên cứu dùng để nhận diện chuỗi lỗi từ số đo điện.
5. Các phương pháp phát hiện lỗi chuỗi PV trong nghiên cứu
Phương pháp phát hiện và chẩn đoán lỗi dàn PV chia thành hai nhóm: phương pháp hình ảnh và nhiệt, và phương pháp điện.[8] Nhóm phương pháp điện gồm so sánh, thống kê và xử lý tín hiệu, phản xạ, học máy và các kỹ thuật khác.[8] Camera nhiệt, đo điện dung với đất và phản xạ miền thời gian là ba phương pháp chẩn đoán lỗi PV phổ biến.[13]
Phương pháp so sánh đại lượng điện
Phương pháp so sánh phát hiện và chẩn đoán lỗi dựa trên phép so sánh các đại lượng điện.[8] Một phương pháp trong nhóm này so độ lệch của dòng và áp DC với một bộ ngưỡng sai số.[8]
Giá trị ngoại lai (Outlier) là gì?
Giá trị ngoại lai (Outlier) là số đo nằm cách xa bất thường so với các giá trị khác trong cùng một mẫu.[21] Với dòng chuỗi, chuỗi lỗi nhiều khả năng là giá trị ngoại lai so với các chuỗi lành.[1] Ba quy tắc ngoại lai được thử trên dòng chuỗi là quy tắc 3 sigma, bộ nhận diện Hampel và quy tắc hộp (Boxplot).[1]
Quy tắc 3 sigma, Hampel và Boxplot khác nhau ở đâu?
Quy tắc 3 sigma coi một số đo là ngoại lai khi số đo nằm cách giá trị trung bình quá 3 lần độ lệch chuẩn.[1] Giá trị trung bình và phương sai của mẫu dễ bị giá trị ngoại lai kéo lệch.[1] Quy tắc 3 sigma có thể hỏng khi trên 10% số đo là ngoại lai.[1] Bộ nhận diện Hampel dùng trung vị làm mốc, ngưỡng điển hình bằng 3, và chịu được dưới 50% số đo ngoại lai.[1] Quy tắc hộp dùng tứ phân vị và hỏng khi trên 25% số đo là ngoại lai.[1] Kết quả thử khuyến nghị bộ nhận diện Hampel và quy tắc hộp, không khuyến nghị quy tắc 3 sigma.[1]
Công thức ngưỡng của quy tắc hộp
Tứ phân vị dưới Q1 là phân vị 25%, tứ phân vị trên Q3 là phân vị 75%, khoảng tứ phân vị IQR bằng Q3 trừ Q1.[1]
- Ngưỡng dưới (A) = Tứ phân vị dưới Q1 (A) − 1,5 × Khoảng tứ phân vị IQR (A).[1][21]
- Ngưỡng trên (A) = Tứ phân vị trên Q3 (A) + 1,5 × Khoảng tứ phân vị IQR (A).[1][21]
Số đo nằm ngoài hàng rào trong, tức Q1 − 1,5 × IQR và Q3 + 1,5 × IQR, là ngoại lai nhẹ.[21] Số đo nằm ngoài hàng rào ngoài, tức Q1 − 3 × IQR và Q3 + 3 × IQR, là ngoại lai cực đoan.[21] Sau khi xếp tăng dần N số đo, Q1 là số đo thứ 0,25 × (N + 1) và Q3 là số đo thứ 0,75 × (N + 1).[21] Khi vị trí rơi giữa hai số đo, phép tính mẫu nội suy giữa hai số đo liền kề, ví dụ 411 + 0,75 × (436 − 411) = 429,75.[21]
Phương pháp dòng chênh lệch giữa đầu trên và đầu dưới chuỗi
Phương pháp dòng chênh lệch đo hiệu giữa dòng ở đầu trên và dòng ở đầu dưới của từng chuỗi.[16] Khi ngắn mạch xảy ra giữa các tấm trong một chuỗi có điốt chặn, dòng đầu trên và dòng đầu dưới của chuỗi lỗi đều về không.[16] Phương pháp này được kiểm tra bằng mô phỏng MATLAB/Simulink trên một hệ 400 kW gồm bốn dàn.[16] Trong mô phỏng, ngưỡng tốc độ thay đổi công suất dàn 125 kW/s được dùng để tách lỗi ngắn mạch khỏi bóng che.[16] Cũng trong mô phỏng, tốc độ thay đổi công suất lúc làm việc bình thường không vượt 0,3 kW/s, và lỗi được phát hiện, phân loại trong 1 ms.[16]
Phương pháp so với công suất mô phỏng
Phương pháp so với công suất mô phỏng đối chiếu công suất DC đo được với công suất DC mô phỏng từ mô hình tấm pin.[9] Sau bước so sánh, điện áp và dòng điện của các phần tử được xét để xác định loại lỗi và vị trí lỗi.[9] Hạn chế của phương pháp so với mô phỏng là cần số lượng lớn cảm biến.[9]
Số chuỗi càng nhiều, phát hiện càng tin cậy
Quy tắc ngoại lai tin cậy hơn khi xét nhiều chuỗi PV hơn.[1] Đo nhiều chuỗi hơn giúp phương pháp phát hiện tin cậy hơn và giảm cảnh báo giả.[1] Khi tỷ lệ số đo ngoại lai lên tới 33,3%, bộ nhận diện Hampel cho kết quả tốt nhất vì ít nhạy với ngoại lai nhất.[1]
Các phương pháp trên dùng dòng và áp đo liên tục. Mục 6 so giám sát dòng chuỗi với quét đường cong I-V và giám sát cấp tấm, kèm các giới hạn của từng cách.
6. Giám sát lỗi chuỗi PV khác quét đường cong I-V và giám sát cấp tấm thế nào?
Giám sát dàn PV được chia thành bốn cấp: biến tần, hộp kết hợp, chuỗi và tấm pin.[10] Cấp chuỗi là mức tối ưu để phát hiện và định vị phần lớn lỗi PV, không cần đặt thiết bị trên từng tấm.[10]
Bốn cấp giám sát dàn pin
| Cấp giám sát | Đại lượng đo | Khả năng tìm lỗi trong dàn |
|---|---|---|
| Biến tần | Đầu vào DC và đầu ra AC theo chuỗi thời gian[10] | Ít hoặc không có thông tin về lỗi dàn PV[10] |
| Hộp kết hợp | Dòng của nhóm chuỗi tại điểm gộp[10] | Mở phiếu bảo trì khi dòng giảm ít nhất 8 đến 10%[10] |
| Chuỗi | Dòng, áp hoặc đường cong I-V của từng chuỗi[10] | Tối ưu để phát hiện và định vị phần lớn lỗi[10] |
| Tấm pin | Dòng, áp hoặc đường cong I-V của từng tấm[10] | Chi phí cao, mặc định với biến tần vi mô[10] |
Dữ liệu cấp biến tần ít thông tin về lỗi dàn pin
Dữ liệu cấp biến tần cho ít hoặc không cho thông tin về lỗi trong dàn PV, dù đo ở tần số nào.[10] Giám sát cấp biến tần là cách thông thường theo IEC 61724 và có chi phí thấp nhất.[10] Ở cấp hộp kết hợp, đơn vị vận hành mở phiếu bảo trì khi thấy dòng giảm ít nhất 8 đến 10%.[10]
Quét đường cong I-V bổ sung cho giám sát dòng chuỗi
Quét I-V cấp chuỗi cần công tắc tách chuỗi khỏi mạch trong thời gian ngắn, mỗi lần đo mất dưới 1 giây.[10] Biến tần có số đầu vào quét I-V giới hạn, nên có thể không đo được đặc tính I-V của từng chuỗi.[10] Đo điện áp hở mạch hay đo dòng bằng ampe kìm không phát hiện được tổn hao nối tiếp, tổn hao song song và lệch dòng.[15] So đường cong của hai hay nhiều chuỗi giúp nhận ra các ảnh hưởng nhỏ hơn.[15] Cách đọc đường cong I-V được trình bày ở bài Quét đường cong I-V.
Giám sát cấp tấm và bộ tối ưu công suất
Giám sát cấp tấm đo dòng, áp hoặc đường cong I-V của từng tấm, đắt nhưng là cách mặc định với biến tần vi mô.[10] Một hệ giám sát cấp tấm trong nghiên cứu gắn bộ đo cho mỗi tấm và gửi dữ liệu qua chính dây DC.[9] Lỗi đứt mối nối giữa các tấm thấy được trên đường cong I-V của chuỗi, không thấy trên đường cong I-V của từng tấm.[10] Thiết bị điện tử gắn trên từng tấm được trình bày ở bài Bộ tối ưu công suất.
Bức xạ thấp và lỗi công suất nhỏ
Trong mô phỏng, phương pháp dòng chênh lệch không phân loại được mức nặng nhẹ của lỗi giữa các chuỗi khi bức xạ giảm.[16] Lỗi chạm đất mức thấp hoặc có tỷ lệ lệch cao khó phát hiện hơn do dòng sự cố nhỏ.[8] Vết nứt cell gây tổn hao công suất nhỏ, nên không thể phát hiện bằng dữ liệu biến tần thông thường.[10] Nứt cell, ăn mòn mối hàn và đứt dải nối cell không có giới hạn trên về mức tổn hao công suất.[20]
Mục 7 trình bày cách đọc chức năng giám sát chuỗi trên datasheet và tài liệu hướng dẫn biến tần.
7. Đọc giám sát lỗi chuỗi PV trên datasheet và tài liệu biến tần
Datasheet biến tần ghi giám sát lỗi chuỗi PV bằng các tên khác nhau theo hãng.[3][5] Tài liệu tra cứu cảnh báo của hãng cho biết tên, mức và cách xử lý từng cảnh báo chuỗi, ví dụ tài liệu của Huawei.[6]
Vị trí trong nhóm bảo vệ của datasheet
Datasheet Huawei SUN2000-100KTL-M2 đặt PV-array String Fault Monitoring cạnh bảo vệ ngược cực DC và đo điện trở cách điện DC.[3] Cùng nhóm bảo vệ còn có bộ giám sát dòng rò, bảo vệ hồ quang và bộ ngắt cấp chuỗi thông minh (Smart String Level Disconnector).[3]
Tên gọi trên datasheet của một số biến tần
| Biến tần | Nhãn trên datasheet | MPPT và số chuỗi |
|---|---|---|
| Huawei SUN2000-100KTL-M2[3] | PV-array String Fault Monitoring: Yes | 10 MPPT, 2 đầu vào mỗi MPPT |
| GoodWe GW50KS-MT[4] | PV String Current Monitoring: Integrated | 5 MPPT, 2 chuỗi mỗi MPPT |
| Solis S5-GC25K-AU đến S5-GC50K-HV-AU[5] | Strings monitoring: Yes | 4 MPPT, tối đa 8 chuỗi |
Bảng chép đúng nhãn hãng in trên datasheet. Datasheet Solis in thêm chức năng quét đường cong I-V (I/V Curve scanning) cạnh dòng giám sát chuỗi.[5]
Trích datasheet Huawei SUN2000-100KTL-M2
Biến tần Huawei SUN2000-100KTL-M2 có 10 bộ MPPT, mỗi MPPT nhận tối đa 2 đầu vào.[3] Dòng tối đa mỗi MPPT là 30 A, dòng tối đa mỗi đầu vào là 20 A khi đấu một chuỗi vào một đầu vào.[3] Dòng ngắn mạch tối đa mỗi MPPT là 40 A.[3] Điện áp đầu vào tối đa là 1.100 V, dải điện áp MPPT từ 200 V đến 1.000 V.[3]
Mã cảnh báo chuỗi trong tài liệu tra cứu cảnh báo Huawei
Tài liệu tra cứu cảnh báo biến tần Huawei, cập nhật ngày 25/04/2025, ghi tên, mức, nguyên nhân và hướng xử lý của từng cảnh báo chuỗi.[6][7]
| Mã | Tên cảnh báo | Mức | Nguyên nhân theo tài liệu |
|---|---|---|---|
| 2003[7] | DC Arc Fault | Major | Cáp chuỗi phóng hồ quang hoặc tiếp xúc kém |
| 2012[6] | String Current Backfeed | Warning | Chuỗi ít tấm nối tiếp, điện áp đầu cực thấp hơn chuỗi khác; chuỗi có tấm đấu ngược cực |
Các con số trên datasheet và bảng mã cảnh báo đủ để dựng một ví dụ đọc dòng chuỗi. Mục 8 làm ví dụ đó theo từng bước.
8. Ví dụ: tìm chuỗi lỗi trong 8 chuỗi bằng quy tắc hộp
Ví dụ áp quy tắc hộp cho dòng của 8 chuỗi giả định nối vào biến tần Huawei SUN2000-100KTL-M2.[1][21] Dòng điện các chuỗi là số giả định, phép tính ghi ngay trong câu.
Bước 1: đặt giả định cho 8 chuỗi
Giả định 8 chuỗi có cùng thông số điện và cùng điều kiện môi trường, đúng điều kiện để so dòng chuỗi.[1] Giả định dòng đo cùng lúc của 8 chuỗi S1 đến S8 lần lượt là 10,2; 10,1; 10,3; 10,2; 10,0; 10,1; 10,2 và 6,1 A. Mọi dòng giả định đều dưới 20 A, mức dòng tối đa mỗi đầu vào của SUN2000-100KTL-M2.[3]
Bước 2: xếp tăng dần và tính Q1, Q3
Xếp tăng dần, 8 dòng chuỗi là 6,1; 10,0; 10,1; 10,1; 10,2; 10,2; 10,2 và 10,3 A. Q1 là số đo thứ 0,25 × (8 + 1) = 2,25, tức 10,0 + 0,25 × (10,1 − 10,0) = 10,025 A.[21] Q3 là số đo thứ 0,75 × (8 + 1) = 6,75, nằm giữa hai số đo cùng bằng 10,2 A, nên Q3 = 10,2 A.[21]
Bước 3: tính IQR và hai ngưỡng
Khoảng tứ phân vị IQR = 10,2 − 10,025 = 0,175 A. Ngưỡng dưới = 10,025 − 1,5 × 0,175 = 10,025 − 0,2625 ≈ 9,76 A. Ngưỡng trên = 10,2 + 1,5 × 0,175 = 10,2 + 0,2625 ≈ 10,46 A.
Bước 4: so từng chuỗi với ngưỡng
Bảy chuỗi S1 đến S7 có dòng từ 10,0 A đến 10,3 A, nằm trong khoảng từ 9,76 A đến 10,46 A. Chuỗi S8 có dòng 6,1 A, thấp hơn ngưỡng dưới 9,76 A, nên quy tắc hộp đánh dấu S8 là ngoại lai.[1] Ngưỡng ngoài phía dưới là 10,025 − 3 × 0,175 = 9,5 A, và S8 thấp hơn cả ngưỡng này, tức ngoại lai cực đoan.[21] Trung vị của 8 dòng là (10,1 + 10,2) / 2 = 10,15 A, nên S8 chỉ đạt 6,1 / 10,15 ≈ 60% trung vị.
Bước 5: trường hợp dòng bằng không và dòng âm
Hở mạch trong một chuỗi làm dòng ra khỏi chuỗi đó bằng không.[16] Dòng của chuỗi lỗi có thể đổi dấu thành âm sau sự cố.[1] Dòng ngược chạy từ các chuỗi lành sang chuỗi lỗi thay vì chạy vào biến tần.[18] Huawei gắn dòng chảy ngược do chuỗi thiếu tấm với cảnh báo 2012 String Current Backfeed.[6]
Bước 6: kiểm tra chuỗi S8 tại hiện trường
Hướng xử lý cảnh báo 2012 của Huawei gồm kiểm tra bóng che và kiểm tra điện áp hở mạch của chuỗi.[6] Khi xử lý sự cố, chuỗi bên cạnh thường được dùng làm mốc so sánh.[15] So đường cong I-V của chuỗi S8 với chuỗi bên cạnh giúp thấy các lỗi nhỏ hơn.[15] Làm việc trên dàn PV đang mang điện cần đồ bảo hộ cá nhân và quy trình khóa, treo thẻ (lockout-tagout).[15]
Ví dụ dùng số giả định. Mục 9 trình bày các phép đo chuỗi khi nghiệm thu hệ thật theo tiêu chuẩn tại Việt Nam.
9. Giám sát lỗi chuỗi PV trong nghiệm thu và vận hành tại Việt Nam
Ở Việt Nam, TCVN 11855-1:2017 quy định thử nghiệm nghiệm thu cho hệ PV nối lưới, trong đó có phép đo trên từng chuỗi.[11] TCVN 11855-1:2017 hoàn toàn tương đương với IEC 62446-1:2016.[11]
TCVN 11855-1:2017 và IEC 62446-1
TCVN 11855-1:2017 áp dụng cho hệ PV nối lưới không có bộ tích trữ năng lượng, và có thể dùng cho kiểm tra định kỳ.[11] IEC 62446-1 quy định thông tin và tài liệu phải bàn giao cho khách hàng sau khi lắp đặt hệ PV nối lưới.[22] IEC 62446-1 còn quy định thử nghiệm nghiệm thu và tiêu chí kiểm tra để xác nhận hệ được lắp đặt an toàn.[22] Bản hợp nhất IEC 62446-1:2016+AMD1:2018, ấn bản 1.1, phát hành ngày 10/08/2018.[22]
Thử cực tính trước khi đóng điện
Danh mục thử Phân loại 1 phía một chiều có thử cực tính, thử hộp kết nối, thử dòng chuỗi và đo điện trở cách điện mạch một chiều.[11] TCVN 11855-1:2017 lưu ý kiểm tra cực tính trước các thử nghiệm khác và trước khi đóng điện các thiết bị đóng cắt.[11] Khi phát hiện chuỗi đấu ngược cực, TCVN 11855-1:2017 yêu cầu kiểm tra các tấm pin và điốt rẽ nhánh xem có hỏng do lỗi này không.[11] Điốt rẽ nhánh (Bypass diode) là điốt nối song song nhưng ngược cực với cell pin, dẫn điện khi cell bị phân cực ngược.[23]
Đo dòng điện chuỗi khi nghiệm thu
Mục đích của phép đo dòng chuỗi PV là đảm bảo hệ thống có đặc tính vận hành chính xác.[11] Phép đo dòng chuỗi không được dùng làm phép đo tính năng của tấm pin hay dàn pin.[11] Dòng chuỗi đo bằng thử ngắn mạch hoặc thử vận hành; thử ngắn mạch được ưu tiên vì không chịu ảnh hưởng của bộ nghịch lưu.[11] Điện áp hở mạch đo được của chuỗi nên khớp giá trị dự kiến, thường trong khoảng 5%.[11]
Tiêu chuẩn giám sát và thiết kế dàn PV
IEC 61724-1:2021, ấn bản 2.0, nêu thuật ngữ, thiết bị và phương pháp giám sát, phân tích hiệu năng hệ PV.[24] Ấn bản 2.0 của IEC 61724-1 đã bỏ cấp hệ giám sát Class C.[24] IEC 62548-1:2023 nêu yêu cầu thiết kế dàn PV, gồm dây DC, thiết bị bảo vệ, đóng cắt và nối đất.[25] IEC 62548-1:2023 là ấn bản đầu tiên, thay cho IEC 62548 phát hành năm 2016.[25]
Mục 10 gom các câu hỏi thường gặp về giám sát lỗi chuỗi PV.
10. Câu hỏi thường gặp về giám sát lỗi chuỗi PV
Q1Giám sát lỗi chuỗi PV (PV string fault monitoring) là gì?
Giám sát lỗi chuỗi PV (PV string fault monitoring) là phương pháp đo dòng điện của từng chuỗi tấm pin năng lượng mặt trời (PV) để phát hiện chuỗi bị lỗi, trong đó có cách so dòng giữa các chuỗi đấu song song với nhau.[1][2] Phương pháp này dựa trên việc các chuỗi giống nhau cho dòng gần bằng nhau khi làm việc bình thường.[1]
Q2Datasheet ghi Strings monitoring hay PV String Current Monitoring nghĩa là gì?
Q3Khi nào dàn PV cần cầu chì chuỗi bên cạnh giám sát lỗi chuỗi?
Dàn PV cần cầu chì chuỗi khi tổng dòng ngược chạy qua tấm pin vượt mức bảo vệ quá dòng lớn nhất IMOD_MAX_OCPR của tấm pin.[19] Lỗi hở mạch, lỗi xuống cấp và lỗi chạm chập ở bức xạ thấp có thể không bị cầu chì cắt.[1] Cách chọn cầu chì theo số chuỗi song song được trình bày ở bài Cầu chì chuỗi DC.
Q4Biến tần Huawei báo gì khi chuỗi có tấm pin đấu ngược cực?
Q5Vì sao chuỗi ít tấm hơn lại bị dòng chảy ngược?
Q6Dòng chuỗi thấp hơn bao nhiêu so với các chuỗi khác được coi là lỗi?
Q7Giám sát lỗi chuỗi PV có phân biệt được bóng che với lỗi thật không?
Q8Giám sát lỗi chuỗi PV có phát hiện được cell pin bị nứt không?
Q9Giám sát cấp chuỗi khác giám sát cấp tấm ở điểm nào?
Q10Dòng điện chuỗi được đo bằng thiết bị gì?
Q11Khi biến tần Huawei báo cảnh báo 2003 DC Arc Fault cần kiểm tra gì?
11. Việt Nam Solar và danh sách cửa hàng
Việt Nam Solar là công ty cung cấp toàn bộ giải pháp điện mặt trời, phân phối chính hãng hơn 20 thương hiệu thiết bị. Công ty hoạt động từ năm 2018, làm tổng thầu EPC và ESCO cho các dự án điện mặt trời. Đội kỹ thuật tư vấn chọn biến tần và cách chia chuỗi dựa trên chức năng giám sát lỗi chuỗi PV của từng thiết bị trong dự án. Khách hàng được khảo sát tận nơi, thiết kế và lắp đặt hoàn chỉnh. Ba chi nhánh tại Hồ Chí Minh, Cần Thơ và Khánh Hòa trưng bày sản phẩm thật và nhận yêu cầu báo giá.
| Chi nhánh | Địa chỉ | Kho | Đường dây nóng |
|---|---|---|---|
| Trụ sở chính Hồ Chí Minh | 188 ĐHT41, Phường Đông Hưng Thuận, Tp. HCM | 2939 QL1A, Phường Đông Hưng Thuận, Tp. HCM | 088.60.60.660 |
| Chi nhánh Cần Thơ | 41D Mậu Thân, Phường Cái Khế, Tp. Cần Thơ | Khu vực Tràng Thọ A, Phường Trung Nhứt, Tp. Cần Thơ | 094.42.44.424 |
| Chi nhánh Khánh Hòa | Thôn Đông Dinh, Xã Diên Khánh, Tỉnh Khánh Hòa | Thôn Đông Dinh, Xã Diên Khánh, Tỉnh Khánh Hòa | 081.60.60.660 |
Thông tin chi nhánh lấy theo danh sách cửa hàng của Việt Nam Solar.[26]
Tài liệu tham khảo từ nguồn quốc tế
- 1Zhao, Y., Lehman, B., Ball, R., Mosesian, J., & de Palma, J.-F. (2013). Outlier Detection Rules for Fault Detection in Solar Photovoltaic Arrays. Northeastern University and Mersen USA.
- 2Woyte, A., Richter, M., Moser, D., Reich, N., Green, M., Mau, S., & Beyer, H. G. (2014). Analytical Monitoring of Grid-connected Photovoltaic Systems, Good Practices for Monitoring and Performance Analysis, Report IEA-PVPS T13-03:2014. International Energy Agency PVPS.
- 3Huawei Digital Power. (n.d.). SUN2000-100KTL-M2 Technical Specification. Huawei Smart PV.
- 4GoodWe. (2026). SMT Series GW50KS-MT, GW60KS-MT Datasheet, GoodWe-Single page-20260512-EN-V2.1. GoodWe.
- 5Ginlong Technologies. (n.d.). Solis S5-GC(25-50)K-AU Datasheet. Ginlong Solis.
- 6Huawei Technologies. (2025). Inverter Alarm Reference, EDOC1100345192, 2012 String Current Backfeed. Huawei Enterprise Support.
- 7Huawei Technologies. (2025). Inverter Alarm Reference, EDOC1100345192, 2003 DC Arc Fault. Huawei Enterprise Support.
- 8Appiah, A. Y., et al. (2019). Review and Performance Evaluation of Photovoltaic Array Fault Detection and Diagnosis Techniques. International Journal of Photoenergy, 2019, 6953530. Hindawi.
- 9Aljafari, B., Madeti, S. R. K., Satpathy, P. R., Thanikanti, S. B., & Ayodele, B. V. (2022). Automatic Monitoring System for Online Module-Level Fault Detection in Grid-Tied Photovoltaic Plants. Energies, 15(20), 7789. MDPI.
- 10Matam, M., Seigneur, H., & Smith, R. (2022). Best Practices Guide for Utility-Scale PV Monitoring with Intelligent Diagnostics Using String-Level I-V Curves and Machine Learning. Florida Solar Energy Center, University of Central Florida.
- 11Bộ Khoa học và Công nghệ. (2017). TCVN 11855-1:2017 (IEC 62446-1:2016), Hệ thống quang điện, Phần 1, Hệ thống nối lưới. Thư Viện Pháp Luật.
- 12Honsberg, C., & Bowden, S. (n.d.). Mismatch Effects in Arrays. PVEducation.
- 13Hu, Y., & Cao, W. (2016). Theoretical Analysis and Implementation of Photovoltaic Fault Diagnosis. Renewable Energy, Utilisation and System Integration, chapter 5. InTech.
- 14Honsberg, C., & Bowden, S. (n.d.). Short-Circuit Current. PVEducation.
- 15Hernday, P. (2011). Field Applications for I-V Curve Tracers. SolarPro, August/September 2011. Solmetric.
- 16Aboshady, F. M., & Taha, I. B. M. (2021). Fault Detection and Classification Scheme for PV System Using Array Power and Cross-Strings Differential Currents. IEEE Access, 9, 112655 đến 112669, kết quả mô phỏng MATLAB/Simulink. Brunel University London Research Archive.
- 17Huawei Digital Power. (2023). Huawei's Smart String-level Disconnection (SSLD) Tech for PV Plant Safety Certified by DEKRA and Intertek. Huawei Smart PV.
- 18Schneider Electric. (n.d.). PV System, how to ensure safety during normal operation. Electrical Installation Guide.
- 19Mitolo, M. (2025). Protection Against Fault Currents in Photovoltaic Arrays, A Comprehensive Review. Distributed Generation and Alternative Energy Journal, 40(4). River Publishers.
- 20Köntges, M., Kurtz, S., Packard, C., Jahn, U., et al. (2014). Review of Failures of Photovoltaic Modules, Report IEA-PVPS T13-01:2014. International Energy Agency PVPS.
- 21NIST/SEMATECH. (n.d.). e-Handbook of Statistical Methods, 7.1.6 What are outliers in the data?. National Institute of Standards and Technology.
- 22International Electrotechnical Commission. (2018). IEC 62446-1:2016+AMD1:2018 CSV, Photovoltaic (PV) systems, Requirements for testing, documentation and maintenance, Part 1, Grid connected systems. IEC Webstore.
- 23Honsberg, C., & Bowden, S. (n.d.). Bypass Diodes. PVEducation.
- 24International Electrotechnical Commission. (2021). IEC 61724-1 Ed. 2.0, Photovoltaic system performance, Part 1, Monitoring, preview. VDE Verlag.
- 25International Electrotechnical Commission. (2023). IEC 62548-1:2023, Photovoltaic (PV) arrays, Part 1, Design requirements. IEC Webstore.
- 26Việt Nam Solar. (n.d.). Danh sách cửa hàng và hệ thống chi nhánh. Công ty TNHH Việt Nam Solar.
Bài viết do đội ngũ 50 kỹ sư của Công ty TNHH Việt Nam Solar biên soạn và kiểm duyệt. Công ty hoạt động liên tục trong lĩnh vực điện mặt trời từ năm 2018, đã khảo sát, thiết kế và thi công hàng nghìn công trình trên cả nước, đồng thời là nhà phân phối chính hãng hơn 20 thương hiệu biến tần, tấm pin và pin lưu trữ. Mọi kỹ sư tham gia biên soạn đều nắm chứng chỉ hành nghề về điện và xây dựng do cơ quan quản lý Nhà nước cấp.
Việt Nam Solar hoạt động với đầy đủ tư cách pháp nhân, gồm Giấy phép hoạt động điện lực số 175/GP-SCT do Sở Công Thương cấp, Giấy phép năng lực hoạt động xây dựng HCM-00076550 công bố trên cổng thông tin Bộ Xây dựng, cùng nhãn hiệu độc quyền số 604703 do Cục Sở hữu trí tuệ cấp văn bằng bảo hộ. Công ty duy trì ba chứng nhận hệ thống quản lý còn hiệu lực gồm ISO 9001:2015, ISO 14001:2018 và ISO 45001:2018, trạng thái hiệu lực xác minh trên IAF CertSearch.
Mọi số liệu kỹ thuật, thông tin pháp lý và mốc thời gian nêu trong bài đều được đối chiếu với hồ sơ chính hãng của nhà sản xuất và văn bản pháp luật hiện hành trước khi xuất bản, để nội dung công bố có thể kiểm chứng độc lập.
