太阳能光伏发电具有环保、无噪声、来源广泛等优点,在全球拥有巨大的装机量。然而,由于长期工作于复杂恶劣的户外环境中,光伏发电阵列易出现各种故障而影响其发电效率及安全运行。因此,对光伏阵列的监测尤为重要。现有的光伏监测系统存在一些不足,例如有线监测系统布线复杂、成本高,且大部分系统只能监测阵列或组件串参数,未能实现组件级的高精度监测以及自动故障检测、定位及预警等。针对这些问题,本文提出了一种基于两级无线传感网络的低成本在线监测系统,实现组件级的高精度监测及失配故障自动检测和定位。该系统主要由光伏组件无线传感节点、阵列路由节点、失配检测及定位算法和上位机数据管理软件四个部分组成。光伏组件无线传感节点主要由微控制器MSP430G2553、电源管理模块、nRF24L01无线收发器、电压检测电路、温度传感器等硬件模块构成。节点使用光伏组件和锂聚合物电池两种方式来提供不同天气的工作电源,分别采用精密电阻分压方案和温度传感器采集组件电压和背板温度,并基于nRF24L01第一级星型网络将采集到的参数传输给所在阵列的路由节点。光伏阵列路由节点主要由微控制器MSP430F149、电源管理芯片、nRF24L01和ZigBee模块、温度传感器和霍尔电压电流传感器构成。路由节点通过第一级nRF24L01星型网络收集阵列中各个组件的参数,并和采集到的光伏阵列电压、组件串电流、环境光照度和温度数据融合后通过第二级ZigBee网状网络发送给上位机数据管理软件。本文基于组串电流及组件电压参数,采用基于改进Hampel辨识法的故障检测算法进行组件和组件串级失配故障的自动检测及定位。首先使用MATLAB/Simulink搭建光伏阵列仿真模型,并模拟几种典型失配故障获取仿真数据来验证算法可行性。然后基于实测电压和电流数据,进一步对算法进行实验验证。仿真和实测结果均表明,该算法可以准确地定位出发生失配的组件串和组件,并能够解决基础Hampel辨识法的误判问题。最后,采用MATLAB/GUIDE设计数据管理软件,结合MySQL数据库对监测数据进行存储、显示和查询,并在该软件上实现失配故障自动检测、定位及报警。实验结果表明,该系统能够按照预期的设计目标实时监测到不同工况下光伏组件及阵列的电气和环境参数,并定位出失配组件串及组件。本文的工作对光伏阵列在线监测和失配检测研究具有一定的参考价值。