CN102983628B - 光伏汇流箱 - Google Patents

Abstract

一种光伏汇流箱，包括电源模块、电压基准模块、参数检测模块、数据采集模块、通信模块及显示模块；电源模块用于对电压基准模块、参数检测模块、数据采集模块及通信模块供电；电压基准模块用于输入基准源；参数检测模块用于与光伏串列、光伏汇流箱内的熔断器、断路器及避雷器连接，并对光伏串列的电参数及气象参数进行检测，同时对光伏汇流箱内的熔断器、断路器及避雷器的开关状态进行检测；数据采集模块用于采集参数检测模块检测的参数并通过通信模块将采集的参数上传给上位机，由上位机控制显示模块显示参数。因而可以通过显示模块显示的数据实时监测光伏汇流箱，从而能够实时发现出现故障的光伏串列及故障原因。

Description

光伏汇流箱

技术领域

本发明涉及光伏汇流箱，特别是涉及一种光伏汇流箱监测系统。

背景技术

目前，能源问题日益严重。太阳能作为未来的主要能源，太阳能发电已经开始应用，各种大型光伏电站应运而生。在太阳能光伏发电系统中，为了减少太阳能光伏电池阵列与逆变器之间的连线，可以将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入光伏汇流箱，在与光伏汇流箱汇流后，与光伏逆变器配套使用从而构成完整的光伏发电系统，实现与市电并网。

而通常光伏发电系统每隔一段时间进行一次检修，一般为每半年一次。在这期间，当光伏汇流箱其中一个或多个光伏串列发生故障时，用户并不能及时发现光伏串列的故障，从而会造成大量电力流失，且检修工作复杂。

发明内容

基于此，提供一种能够实时监测光伏串列故障并显示故障原因的光伏汇流箱监测系统。

一种光伏汇流箱，包括电源模块、电压基准模块、参数检测模块、数据采集模块、通信模块及显示模块；

所述电源模块与所述电压基准模块、所述参数检测模块、所述数据采集模块及所述通信模块连接；

所述电压基准模块和所述参数检测模块与所述数据采集模块连接；

所述数据采集模块与所述通信模块连接，所述通信模块通过上位机与所述显示模块连接；

所述电源模块用于对所述电压基准模块、所述参数检测模块、所述数据采集模块及所述通信模块供电；

所述电压基准模块用于输入基准源；

所述参数检测模块用于与光伏串列、光伏汇流箱内的熔断器、断路器及避雷器连接，并对所述光伏串列的电参数及气象参数进行检测，同时对所述光伏汇流箱内的熔断器、断路器及避雷器的开关状态进行检测；

所述数据采集模块用于采集参数检测模块检测的参数并通过所述通信模块将采集的参数上传给所述上位机，由所述上位机控制所述显示模块显示所述参数。

在其中一个实施例中，所述电源模块用于将交流电源转换为直流电源，并将直流电源转换为所述电压基准模块、所述参数检测模块、所述数据采集模块、所述通信模块及所述显示模块的额定输入电压大小。

在其中一个实施例中，电压基准模块采用TL431作为基准源。

在其中一个实施例中，所述参数检测模块包括霍尔传感器、气象传感器及开关量模块；

所述霍尔传感器用于检测所述光伏串列的电量、电压、电流、发电量；

所述气象传感器用于检测所述光伏汇流箱的辐照度、环境温度和风速风向；

所述开关量模块用于检测所述光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态、避雷器状态及光伏汇流箱内的开关状态；

其中，所述参数包括光伏串列的电量、电压、电流、发电量及气象参数、所述光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态及避雷器的状态以及光伏汇流箱内的开关状态。

在其中一个实施例中，所述数据采集模块为微处理器，所述微处理器用于将所述参数检测模块检测的参数存储并分类处理后上传给所述上位机，其中，所述微处理器用于将所述光伏串列的电量、电压、电流、发电量、气象参数、所述光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态、避雷器的状态及所述光伏汇流箱内的开关状态分为电参数、气象参数及开关量处理。

在其中一个实施例中，所述通信模块采用RS232将所述数据采集模块与所述上位机连接，所述通信模块还预留备用RS485通信接口。

在其中一个实施例中，所述显示模块为显示器，所述显示器与所述上位机连接，用于显示所述上位机接收的数据。

在其中一个实施例中，还包括无线模块，所述无线模块用于将所述数据采集模块采集的数据以无线传输形式发送给所述上位机。

在其中一个实施例中，还包括状态指示模块，所述状态指示模块包括电源指示单元、通信指示单元、无线发射指示单元及无线接收指示单元，所述电源指示单元与所述电源模块连接，用于指示所述电源模块的工作状态；所述通信指示单元与所述通信模块连接，用于指示所述通信模块的工作状态；所述无线发射指示单元及无线接收指示单元与所述无线模块连接，用于指示所述无线模块的在、工作状态。

在其中一个实施例中，还包括报警模块，所述报警模块与所述参数检测模块连接，所述报警模块用于在检测到所述光伏串列开路时发出报警信号。

上述光伏汇流箱通过参数检测模块检测光伏串列的电量、电压、电流、发电量及气象参数、光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态及避雷器的状态以及光伏汇流箱内的开关状态，并通过数据采集模块及通信模块传输给上位机，然后由与上位机连接的显示模块显示，因而可以通过显示模块显示的数据实时监测光伏汇流箱，从而能够实时发现出现故障的光伏串列及故障原因。

附图说明

图1为光伏汇流箱的模块图；

图2为电源模块的AC/DC转换电路原理图；

图3为5V开关电源电路原理图；

图4为5V-3.3V降压电路原理图；

图5为5V-5V隔离电源电路原理图；

图6为TL431基准源电路原理图；

图7为通信模块的电路原理图；

图8为无线模块的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，为光伏汇流箱的模块图。一种光伏汇流箱，包括电源模块101、电压基准模块103、参数检测模块105、数据采集模块107、通信模块109及显示模块111。

电源模块101与电压基准模块103、参数检测模块105、数据采集模块107及通信模块109连接。

电压基准模块103、参数检测模块105与数据采集模块107连接。

数据采集模块107与通信模块109连接，通信模块109通过上位机与显示模块111连接。

电源模块101用于对电压基准模块103、参数检测模块105、数据采集模块107及通信模块109供电。

电压基准模块103用于输入基准源。

参数检测模块105用于与光伏串列、光伏汇流箱内的熔断器、断路器及避雷器连接，并对光伏串列的电参数及气象参数进行检测，同时对光伏汇流箱内的熔断器、断路器及避雷器的开关状态进行检测。

数据采集模块107用于采集参数检测模块105检测的参数并通过通信模块109将采集的参数上传给上位机，由上位机控制显示模块111显示参数。

其中，参数包括光伏串列的电量、电压、电流、发电量及气象参数、光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态及避雷器的状态以及光伏汇流箱内的开关状态。

光伏汇流箱还包括无线模块，无线模块用于将数据采集模块采集的数据以无线传输形式发送给上位机。

电源模块101用于将交流电源转换为直流电源，并将直流电源转换为电压基准模块103、参数检测模块105、数据采集模块107、通信模块109及显示模块111的额定输入电压大小。

其中，电源模块101先将220V的交流电源转换为12V的直流电源。为电压基准模块103提供电压及为参数检测模块105、数据采集模块107、通信模块109及无线模块的电源输入做准备。如图2所示，为采用LD10-20B12作为电压转换核心芯片的电源模块的AC/DC转换电路原理图。交流电源通过滑动电阻V1及滤波电容C2后经由变压器L2变压后，再由电容C1和电容C8滤波后传输给芯片LD10-20B12，经过电解电容C4、电容C3及二极管D1整流滤波后输出稳定的12V直流电压。

电压基准模块103采用TL431作为基准源。TL431作为基准源时的输入电压为12V直流电压，因此，芯片LD10-20B12的输出电压可以直接与TL431基准源的电路连接。

而数据采集模块107及无线模块需要5V的电源供电。因此，采用如图3所示的5V开关电源电路原理图将12V直流电源转换为5V的直流电压。12V直流电源通过电解电容C6和电容C5的滤波后，传输给电压转换芯片LM2576S-5.0，经由电压转换芯片LM2576S-5.0转换后输出5V的直流电压，同时，在电压转换芯片LM2576S-5.0的输出端还增加了二极管D2、电感L1、电解电容C9及电容C7对输出电压进行整流滤波。

通信模块109采用RS232将数据采集模块107与上位机连接，通信模块109还预留备用RS485通信接口。备用RS485通信接口需要用5V的隔离电源，因而采用如图5所示的5V-5V隔离电源电路原理图输出5V-5V隔离电源。12V直流通过电解电容C18和电容C19滤波后输入给电压转换芯片B0505，然后经由电容C16和电解电容C17后输入给备用RS485通信接口，其中，在电解电容C17两端还并联有分压电阻R7。

电压基准模块103采用TL431作为基准源。如果要把模拟信号量化，就要有一个量化标准，基准源就是这个量化标准。TL431是一种并联稳压集成电路。因其性能好、价格低，因此广泛应用在各种电源电路中。TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。一般的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值。具体电路原理图如图6所示。

参数检测模块105包括霍尔传感器、气象传感器及开关量模块。

霍尔传感器用于检测光伏串列的电量、电压、电流、发电量。霍尔传感器一般采用TBC06DS。线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量，例如电流、电压及位移等。开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。在本实施例中，主要采用线性型霍尔传感器用于检测光伏串列的电量、电压、电流及发电量等电参数。

气象传感器用于检测光伏汇流箱的辐照度、环境温度和风速风向。光伏汇流箱的辐照度、环境温度和风速风向为光伏汇流箱的主要环境表征参数，关系光伏汇流箱的正常工作状态。因此，采用气象传感器能够及时发现光伏汇流箱的工作环境是否正常，同时能够通过辐照度的检测合理利用光照，更大可能的增加发电量。

开关量模块用于检测光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态、避雷器状态及光伏汇流箱内的开关状态。开关量模块主要用于监测光伏汇流箱内的熔断器、断路器、避雷器及光伏汇流箱内的开关是否正常。假设熔断器烧毁，开关量模块会将熔断器烧毁的信息传输给数据采集模块107，从而通过通信模块109传输给上位机，由上位机控制显示模块111将这一信息显示给用户，用户通过观察显示模块111就能获知熔断器烧毁，因而能够及时对烧毁的熔断器进行处理，避免更大的损失。

数据采集模块107为微处理器，微处理器用于将参数检测模块105检测的参数存储并分类处理后上传给上位机，其中，微处理器用于将光伏串列的电量、电压、电流、发电量、气象参数、光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态、避雷器的状态及光伏汇流箱内的开关状态分为电参数、气象参数及开关量处理。

由于参数检测模块105检测的数据多且种类不一，因此，需要对采集的数据进行归类处理。一般地，分为电参数、气象参数及开关量三类。电参数主要是光伏串列的电参数，气象参数是光伏汇流箱的整体环境参数，开关量为光伏汇流箱内的硬件参数。例如，采集到电压为1KV时，电压参数会归为电参数，而采集到风速为1KM/H时，风速会归为气象参数，这样能够避免因各类参数混杂给数据的读取造成困难。

通信模块109用于将数据采集模块107与上位机连接，使得光伏汇流箱的各种参数能够及时反馈给上位机。在本实施例中，采用MAX232电平转换芯片将上位机与数据采集模块107连接。具体电路原理图如图7所示。

同时，光伏汇流箱还具有无线模块，用于通过无线传输的方式将光伏汇流箱的各种参数发送给上位机，同时也能够无线传输方式接收上位机的控制指令。如图8所示，为无线模块的电路原理图。无线模块中的所有配置字都是通过SPI接口传给RF905的，上位机能够灵活的对无线模块进行设置。其中对于远距离的通信，可以加大模块的发射功率。采用如图8所示的无线模块传输具有如下优点：433Mhz开发ISM频段免许可证、最高工作频率50kbps、高效GFSK调制、抗干扰能力强适合工业控制现场、125频道满足多点和跳频通信需要、内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制、低功耗（1.9V-3.6V工作，待机模式下状态为2.5uA）、收发模式切花时间为650us、无线模块可通过软件设置地址即只有收到本机地址才会输出数据。

显示模块为显示器，显示器与上位机连接，用于显示上位机接收的数据。

光伏汇流箱还包括状态指示模块，状态指示模块包括电源指示单元、通信指示单元、无线发射指示单元及无线接收指示单元，电源指示单元与电源模块101连接，用于指示电源模块的工作状态；通信指示单元与通信模块109连接，用于指示通信模块109的工作状态；无线发射指示单元及无线接收指示单元与无线模块连接，用于指示无线模块的在、工作状态。

光伏汇流箱还包括报警模块，报警模块与参数检测模105块连接，报警模块用于在检测到光伏串列开路时发出报警信号。

上述光伏汇流箱通过参数检测模块105检测光伏串列的电量、电压、电流、发电量及气象参数、光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态及避雷器的状态以及光伏汇流箱内的开关状态，并通过数据采集模块107及通信模块109传输给上位机，然后由与上位机连接的显示模块111显示，因而可以通过显示模块111显示的数据实时监测光伏汇流箱，从而能够实时发现出现故障的光伏串列及故障原因。

基于上述所有实施例，为了快速准确的采集各方面的数据信息，并将这些信息进行计算处理后稳定的传输给上位机。鉴于目前嵌入式操作系统的迅速发展，因而选用Linux嵌入式体系结构进行数据采集的开发。

数据采集模块107采用核心板加扩展板的方式进行开发。核心板采用ARM9内核，由主处理器、RAM、NANDFLASH、RTC组成，扩展板在核心板的接口基础上增加外围接口设备。具体地，采用RS232作为扩展模块接口，RS485作为数据采集接口，GPRS作为数据无线传输接口（使用实时选配），US host作为3G数据无线接口（使用实时选配），USB device作为3G数据无线接口（使用实时选配），SD卡作为存储卡，以太网作为数据上传接口。

参数检测模块105采用霍尔传感器、气象传感器及开关量输入。其中测量方式允许正极或负极汇流测量。开关量输入用于采集直流断路器、避雷器及熔断器等输出空接点状态。光伏汇流箱的输出可带继电器输出，同时设定为点动方式，用于驱动直流断路器的自动分合闸。

显示模块111采用就地数码管循环显示每串列的输入电流，并具有自动关闭节能显示模式。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种光伏汇流箱，其特征在于，包括电源模块、电压基准模块、参数检测模块、数据采集模块、通信模块及显示模块；

所述电源模块与所述电压基准模块、所述参数检测模块、所述数据采集模块及所述通信模块连接；

所述电压基准模块和所述参数检测模块与所述数据采集模块连接；

所述数据采集模块与所述通信模块连接，所述通信模块通过上位机与所述显示模块连接；

所述电源模块用于对所述电压基准模块、所述参数检测模块、所述数据采集模块及所述通信模块供电；

所述电压基准模块用于输入基准源；

所述参数检测模块用于与光伏串列、光伏汇流箱内的熔断器、断路器及避雷器连接，并对所述光伏串列的电参数及气象参数进行检测，同时对所述光伏汇流箱内的熔断器、断路器及避雷器的开关状态进行检测；

所述参数检测模块包括霍尔传感器、气象传感器及开关量模块；

所述霍尔传感器用于检测所述光伏串列的电量、电压、电流、发电量；

所述气象传感器用于检测所述光伏汇流箱的辐照度、环境温度和风速风向；

所述开关量模块用于检测所述光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态、避雷器状态及光伏汇流箱内的开关状态；所述开关量模块用于监测光伏汇流箱内的熔断器、断路器、避雷器及光伏汇流箱内的开关是否正常；

其中，所述参数包括光伏串列的电量、电压、电流、发电量及气象参数、所述光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态及避雷器的状态以及光伏汇流箱内的开关状态；

采用所述气象传感器能够及时发现光伏汇流箱的工作环境是否正常，并通过辐照度的检测合理利用光照；

所述数据采集模块用于采集参数检测模块检测的参数并通过所述通信模块将采集的参数上传给所述上位机，由所述上位机控制所述显示模块显示所述参数；

所述数据采集模块为微处理器，所述微处理器用于将所述参数检测模块检测的参数存储并分类处理后上传给所述上位机，其中，所述微处理器用于将所述光伏串列的电量、电压、电流、发电量、气象参数、所述光伏汇流箱内的熔断器状态、断路器状态、避雷器的状态及所述光伏汇流箱内的开关状态分为电参数、气象参数及开关量处理。

2.根据权利要求1所述的光伏汇流箱，其特征在于，所述电源模块用于将交流电源转换为直流电源，并将直流电源转换为所述电压基准模块、所述参数检测模块、所述数据采集模块、所述通信模块及所述显示模块的额定输入电压大小。

3.根据权利要求1所述的光伏汇流箱，其特征在于，电压基准模块采用TL431作为基准源。

4.根据权利要求1所述的光伏汇流箱，其特征在于，所述通信模块采用RS232将所述数据采集模块与所述上位机连接，所述通信模块还预留备用RS485通信接口。

5.根据权利要求1所述的光伏汇流箱，其特征在于，所述显示模块为显示器，所述显示器与所述上位机连接，用于显示所述上位机接收的数据。

6.根据权利要求1所述的光伏汇流箱，其特征在于，还包括无线模块，所述无线模块用于将所述数据采集模块采集的数据以无线传输形式发送给所述上位机。

7.根据权利要求6所述的光伏汇流箱，其特征在于，还包括状态指示模块，所述状态指示模块包括电源指示单元、通信指示单元、无线发射指示单元及无线接收指示单元，所述电源指示单元与所述电源模块连接，用于指示所述电源模块的工作状态；所述通信指示单元与所述通信模块连接，用于指示所述通信模块的工作状态；所述无线发射指示单元及无线接收指示单元与所述无线模块连接，用于指示所述无线模块的工作状态。

8.根据权利要求1所述的光伏汇流箱，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块与所述参数检测模块连接，所述报警模块用于在检测到所述光伏串列开路时发出报警信号。