CN103997298A - 一种光伏电站的监测数据采集终端及监测数据系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏电站的监测数据采集终端及监测数据系统，所述的监测数据采集终端包括数据采集模块、存储模块、数据处理模块、远程通讯模块和电源模块。由数据采集模块每隔预设时间采集光伏电站的工作参数，通过数据处理模块对数据采集模块采集的数据进行分类和分级存储，对正常数据进行过滤，对异常数据发送消息通知，由远程通讯模块发送给远程控制设备，确保用户远程对电站数据的监控需求，实现了光伏电站在无人值守的条件下安全、稳定的运行，并且将光伏电站运行数据和气象信息发送至远程控制设备，使用户全面了解和及时掌握光伏电站各个环节的运行情况，确保电站的安全运行。

Description

一种光伏电站的监测数据采集终端及监测数据系统

技术领域

本发明涉及光伏电站的监控技术，特别涉及一种光伏电站的监测数据采集终端及监测数据系统。

背景技术

传统光伏电站的数据采集和监测主要由逆变器厂商随相关设备提供，实现对光伏电站运行的一些参数进行监测，但这些方式难以，甚至不能直接控制逆变器的运行状态，并且无法获取光伏电站中的其它设备的信息，及控制这些设备，容易造成一个个“孤岛”系统，无法形成数据统一的采集和监测。

随着光伏发电的发展，越来越多的独立和并网的光伏电站投入运行。这些电站大多建设在交通不便的地区，所以光伏电站常常需要在无人值守的条件下运行，因此实时采集光伏电站运行参数和监控其状态保证电站安全和稳定运行十分必要。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种光伏电站的监测数据采集终端及监测数据系统，能远程对光伏电站进行完整、统一的实时监测和控制。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种光伏电站的监测数据采集终端，其包括：

数据采集模块，用于每隔预设时间采集光伏电站的工作参数；

存储模块，用于存储所述工作参数；

数据处理模块，用于对数据采集模块采集的数据进行分类和分级存储，对正常数据进行过滤，对异常数据发出消息通知；

远程通讯模块，用于将数据处理模块输出的消息通知发送给远程控制设备；

电源模块，用于对所述数据采集模块、存储模块、数据处理模块和远程通讯模块供电；

所述数据采集模块、存储模块、电源模块和远程通讯模块均连接数据处理模块。

所述的光伏电站的监测数据采集终端中，所述数据处理模块，还用于控制数据采集模块自动采集、动态变化采集频率，实现数据的补采和重采。

所述的光伏电站的监测数据采集终端中，所述数据处理模块，还用于通过将多个相同设备的运行数据进行比较，查找出工作异常的设备。

所述的光伏电站的监测数据采集终端中，还包括外扩存储器；

所述数据处理模块，用于还对数据采集模块采集的数据进行判断，在判断存在异常数据时，将波形数据存储到外扩存储器中，并向远程控制设备上传异常数据波形；其中，所述异常数据波形包括异常前的几个周期的波形和实时异常时的故障波形。

所述的光伏电站的监测数据采集终端中，所述数据处理模块，还用于在远程通讯模块与远程控制设备进行数据交互前，与远程控制设备进行AES加密认证。

所述的光伏电站的监测数据采集终端中，所述工作参数包括：蓄电池电压、太阳能辐射量、蓄电池充电电流、蓄电池放电电流、风力发电机充电电流和/或环境温度。

所述的光伏电站的监测数据采集终端中，所述数据采集模块包括：模拟量输入单元、模拟量输出单元、数字量输入单元、数字量输出单元和频率计数单元。

所述的光伏电站的监测数据采集终端中，所述数据处理模块，还用于控制远程通讯模块进入低功耗模式，所述低功耗模式包括休眠模式、定时上下线模式和定时开关机模式。

一种光伏电站监测系统，其包括：远程控制设备、环境监测仪、至少一逆变器、至少一智能电表、防逆流采集箱和上述的监测数据采集终端，所述逆变器、智能电表和监测数据采集终端位于光伏配电室中，所述防逆流采集箱位于并网配电室中；所述监测数据采集终端采用RS485协议与逆变器、智能电表和防逆流采集箱通信，用于监测和控制逆变器、智能电表和防逆流采集箱的运行状况，并向远程控制设备发送消息通知。

所述的光伏电站监测系统，还包括：

用于检测逆变器的输出电压的电压检测模块；

用于检测逆变器的输出电流的电流检测模块；

用于检测逆变器的温度的温度传感器；

用于测量逆变器的频率的频率传感器；

所述电压检测模块、电流检测模块、温度传感器和频率传感器均连接监测数据采集终端。

相较于现有技术，本发明提供的光伏电站的监测数据采集终端及监测数据系统，由数据采集模块每隔预设时间采集光伏电站的工作参数，通过数据处理模块对数据采集模块采集的数据进行分类和分级存储，对正常数据进行过滤，对异常数据发送消息通知，由远程通讯模块发送给远程控制设备，确保用户远程对电站数据的监控需求，实现了光伏电站在无人值守的条件下安全、稳定的运行，并且将光伏电站运行数据和气象信息发送至远程控制设备，使用户全面了解和及时掌握光伏电站各个环节的运行情况，确保电站的安全运行。

附图说明

图1为本发明光伏电站的监测数据采集终端的结构框图。

图2为本发明光伏电站监测系统的结构框图。

具体实施方式

本发明提供一种光伏电站的监测数据采集终端及监测数据系统，所述监测数据采集终端可对光伏电站里的电池阵列、防逆流采集箱、逆变器、交直流配电柜、太阳跟踪控制系统、电站周围气象环境等进行实时监测和控制，提供设备数据采集、解析、处理、事件产生、存储，将采集到的数据通过各种传送方式传输给远程控制设备，确保用户远程对电站数据的监控需求。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的光伏电站的监测数据采集终端用于上位机(如远程控制设备)和下接采集设备之间的数据传输、解析、存储。请参阅图1，其包括：数据采集模块10、存储模块20、数据处理模块30、远程通讯模块40和电源模块50，所述数据采集模块10、存储模块20、电源模块50和远程通讯模块40均连接数据处理模块30。

所述电源模块50用于对所述数据采集模块10、存储模块20、数据处理模块30和远程通讯模块40供电。数据采集模块10提供各类传感器的接入，用于每隔预设时间采集光伏电站的工作参数。所述存储模块20用于存储所述工作参数。所述数据处理模块30负责对各个模块的统一管理，用于对数据采集模块10采集的数据进行分类和分级存储，对正常数据进行过滤，对异常数据发出消息通知。所述远程通讯模块40用于将数据处理模块30输出的消息通知发送给远程控制设备(如上位机)。

具体实施时，所述电源模块50支持宽电源输入(DC5～36V)，内置有过压保护模块，用于反相保护和压保护，防止损坏监测数据采集终端。数据采集模块10内置有ESD模块，可起15KV的ESD保护，监测数据采集终端的天线接口防雷保护，确保监测数据采集终端不被损坏，延长监测数据采集终端的使用寿命。

所述数据处理模块30为光伏电站的监测数据采集终端的控制中心，还用于控制数据采集模块10自动采集、动态变化采集频率，实现数据的补采和重采，并对数据采集模块10采集的数据进行分类和分级存储，将变化率不大的数据确定为正常数据进行过滤，对异常情况(如数据变化率大、有告警、数值超过阀值等情况)发送消息通知应用层，以及通知给使用者。

其中，在分类存储时按实时表、24小时表、历史表存储，针对不同的信息(如告警信息、状态信息、监测数据信息、统计信息)分类采集、分类存储和分类汇总。

本发明实施例中，所述数据处理模块30还用于通过将多个相同设备的运行数据进行比较来发现问题，查找出工作异常的设备。如将两台逆变器的日发电量进行对比发现，如果发现有一台逆变器的发电量总是比另外一台低，那么就可以认为发电量低的这一台逆变器效率低下或疑似故障，借此也可以用来判断逆变器的好坏。

为了提高数据存储的可靠性，本发明的光伏电站的监测数据采集终端还包括外扩存储器；所述数据处理模块30还用于对数据采集模块10采集的数据进行判断，在判断存在异常数据时，将波形数据存储到外扩存储器中，并向远程控制设备上传循环记录，及外部存储器中存储的异常数据波形；其中，所述异常数据波形包括异常前的几个周期的波形和实时异常时的故障波形，避免了故障发生后无法实时记录完整故障波形的，从而能够帮助故障分析人员尽快定位问题的出处和原因，减少故障查找和维修的周期，大大提高了检修效率。在采集到异常数据时，报警的触发条件可各个通道独立设置，当达到报警触发条件时及时报警。

为了提高数据传输的安全性，所述数据处理模块30，还用于在远程通讯模块40与远程控制设备进行数据交互前，与远程控制设备进行AES(advanced encryption standard，高级加密标准)加密认证。当然，本发明还可以采用其它加密算法，如DES(Data Encryption Standar，对称算法)。

为了实时获取数据，所述数据采集模块10每隔1分钟将各项工作参数包括：蓄电池电压、太阳能辐射量、蓄电池充电电流、蓄电池放电电流、风力发电机充电电流和/或环境温度，并暂存于数据缓冲区中。

为了优化监测数据采集终端的结构设计，所述数据采集模块10包括：模拟量输入单元、模拟量输出单元、数字量输入单元、数字量输出单元和频率计数单元，实现各部分协调工作和数据输入\输出。支持通用模拟量输入(AI)、模拟量输出(AO)、数字量输入(DI)、数字量输出(DO)以及计频率计数(PI)等，通过相应的数据采集传感器能实时采集太阳辐射能量、环境温度、组件温度、风速、风向、直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、当前功率、当日发电量、累计发电量等。

为了提高通信的可靠性，所述远程通讯模块40支持多方通信，如TCP/IPServer/Client、UDP/IP、DDP、SMS、AT多种通信方式，并可定义数据通信模式，如，internet/GPRS/3G通讯模式，并且还能通过远程控制设备远程控制参数配置，如：TDP、AT+参数配置。

具体实施时，远程通讯模块40的通讯连接可自动恢复，提高通讯的可靠性，确保光伏电站在长期无人值守的情况下，可靠进行工作。所述数据处理模块30还用于控制远程通讯模块40进入低功耗模式，所述低功耗模式包括休眠模式、定时上下线模式和定时开关机模式，节省监测数据采集终端的耗电。

本发明还相应提供一种光伏电站监测系统，其包括：远程控制设备1、环境监测仪2、至少一逆变器3、至少一智能电表4、防逆流采集箱5和上述的监测数据采集终端6。所述逆变器3、智能电表4和监测数据采集终端6位于光伏配电室中，所述防逆流采集箱5位于并网配电室中；所述监测数据采集终端6采用RS485协议与逆变器3、智能电表4和防逆流采集箱5通信，用于监测和控制逆变器3、智能电表4和防逆流采集箱5的运行状况，并向远程控制设备1发送消息通知。

在远程控制时，通过在远程控制设备1上设置需要监测的设备，通过在监测界面上点击待控制设备的图标，即可调出相应设备的远程控制菜单，选择或输入控制内容后，即可通过监测数据采集终端测控相应的设备。而且受控设备的监测内容可实现在远程控制设备1上展示。

所述监测数据采集终端6能够对不同厂商、不同类别、不同型号的光伏发电电源设备、计量表、直/交流柜、及其它电力设备的数据进行统一的采集，实现对光伏电站完整、统一的实时监测和控制，统计各设备的运行情况。其主要监测光伏电站的总体运行情况，如，各设备运行情况、关注度高的数据、整体告警信息等。

具体实施时，每个光伏发电站配置一套环境监测仪2来监测气象数据，环境监测仪2采集的数据传输到位于配电室的监测数据采集终端6中。逆变器3将光伏组件输出的能量转换为交流供用户供电，与逆变器3数量对应的智能电表4采用RS485协议与逆变器3通讯，获取逆变器3的发电量，并通过位于并网配电室的防逆流采集箱5采集并网配电室的并网功率，用于防逆流，实现了光伏电站设备的统一运行监控，数据的集中管理，建立统一的数据库，为监控平台和其他各种专业监控系统提供数据服务。

其中，所述的光伏电站监测系统还包括用于检测逆变器3的输出电压的电压检测模块，用于检测逆变器3的输出电流的电流检测模块，用于检测逆变器3的温度的温度传感器，用于测量逆变器3的频率的频率传感器；所述电压检测模块、电流检测模块、温度传感器和频率传感器均连接监测数据采集终端6，由各传感器将采集的数据传输至监测数据采集终端6的数据采集模块，通过数据处理模块对数据进行处理和判断。

在采集逆变器3的基础数据时，监测数据采集终端6通过RS485协议与逆变器3通讯采集逆变器3的基础数据，具体通过：电压检测模块、电流检测模块、温度传感器、频率传感器感应光伏发电系统中单组逆变器3的主要信息，生成可以测量的电信号，此电信号再经过调制装置的处理后与光伏电站监测系统通讯，其逆变器3的主要采集数据如下：

(1)累加参数：当前总功率、发电量(日、月、季度、年、总)、二氧化碳减排量(日、月、季度、年、总)、告警次数。

(2)运行参数：直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、逆变器3的机内温度、时钟、频率。

(3)、运行状态：运行、关闭、待机。

(4)、告警数据：用于识别逆变器3的所有告警，可以通过解析设备的报文，发现逆变器3报送给系统的告警，也可以通过自身的分析功能，来发现逆变器3没有报送或者逆变器3本身无法识别的报警，包括阈值告警和变化率告警等。

在采集防逆流采集箱5的基础数据时，最多可监测16路光伏组件串的电流，监测数据采集终端6通过RS485协议或者标准MODBUS协议与防逆流采集箱5通讯监测防逆流采集箱5的所有监测数据，也可以通过宽温度范围的数码管查看所有监测数据，并进行防逆流采集箱5监测的地址设置，监测数据循环显示设置，监测数据显示时间间隔设置等，监测数据采集终端6还可配合软件进行数据监测、查询、报表分析、图形分析、通信调试等，并且还能配合自供电模块可直接使用光伏阵列的电能供电，其采集、监测防逆流采集箱5的数据如下：

(1)运行参数：直流电压、直流电流。

(2)、运行状态：运行、关闭、待机。

(3)、告警数据：用于识别防逆流采集箱5的所有告警，可以通过解析防逆流采集箱5的报文，发现防逆流采集箱5报送给系统的告警，也可以通过自身的分析功能，来发现设备没有报送或者防逆流采集箱5本身无法识别的报警，包括阈值告警和变化率告警。

监测数据采集终端6以功能单元、功能模块和I/O模块，实现各部分协调工作采集气象环境的基础数据。其中，气象环境数据是决定太阳能发电的重要指标，对太阳能发电质量起着决定性作用，同时也是光伏电站的设计提供有效的数据保证，监测数据采集终端6对采集到的气象数据进行存储，其标准配置为内存(即存储模块)存储容量可达MG级，同时也可以选配外置U盘存储器(即外扩存储器)进行数据备份操作，气象数据上传可以通过有线连接、局域网连接、光纤连接、GPRS移动通讯、3G通讯等多种通讯方式，其采集的气象数据主要如下：

(1)、状态位置：环境温度、环境湿度、露点温度、风速、风向、气压、太阳总辐射等多项指标。

(2)、运行状态：运行、关闭、待机。

(3)、告警数据：识别用于识别环境监测仪2的所有告警，可以通过解析设备的报文，发现环境监测仪2报送给系统的告警，也可以通过自身的分析功能，来发现环境监测仪2没有报送或者设备本身无法识别的报警，包括阈值告警和变化率告警。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有效效果：

1、运行监测功能：用于监测电站及电站设备的运行情况，从总体到局部依次有三个监测层次，分别是电站的整体运行监测、设备群监测、单个设备监测。

2、远程控制功能：在运行监测界面，通过点击待控制设备的图标，即可调出设备的远程控制菜单，选择或输入控制内容后，指令将立即传递给需控制的设备，可以达到实时控制。

3、警报通知功能：向用户提供故障设备的告警，以及设备在故障前的预警功能。

4、视频监控功能：视频监控功能能够展示实时的视频内容，从而实现“遥视”。

5、分析诊断功能：向用户提供设备的故障分析功能，具体包括比对分析、专家分析。

6、统计报表功能：可为管理人员提供必要的报表。

7、设备管理功能：用户可以通过此功能建立电站所有设备的台帐，从而实现了设备台帐管理的信息化。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏电站的监测数据采集终端，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于每隔预设时间采集光伏电站的工作参数；

存储模块，用于存储所述工作参数；

数据处理模块，用于对数据采集模块采集的数据进行分类和分级存储，对正常数据进行过滤，对异常数据发出消息通知；

远程通讯模块，用于将数据处理模块输出的消息通知发送给远程控制设备；

电源模块，用于对所述数据采集模块、存储模块、数据处理模块和远程通讯模块供电；

所述数据采集模块、存储模块、电源模块和远程通讯模块均连接数据处理模块。

2.根据权利要求1所述的光伏电站的监测数据采集终端，其特征在于，所述数据处理模块，还用于控制数据采集模块自动采集、动态变化采集频率，实现数据的补采和重采。

3.根据权利要求1所述的光伏电站的监测数据采集终端，其特征在于，所述数据处理模块，还用于通过将多个相同设备的运行数据进行比较，查找出工作异常的设备。

4.根据权利要求3所述的光伏电站的监测数据采集终端，其特征在于，还包括外扩存储器；

所述数据处理模块，用于还对数据采集模块采集的数据进行判断，在判断存在异常数据时，将波形数据存储到外扩存储器中，并向远程控制设备上传异常数据波形；其中，所述异常数据波形包括异常前的几个周期的波形和实时异常时的故障波形。

5.根据权利要求1所述的光伏电站的监测数据采集终端，其特征在于，所述数据处理模块，还用于在远程通讯模块与远程控制设备进行数据交互前，与远程控制设备进行AES加密认证。

6.根据权利要求1所述的光伏电站的监测数据采集终端，其特征在于，所述工作参数包括：蓄电池电压、太阳能辐射量、蓄电池充电电流、蓄电池放电电流、风力发电机充电电流和/或环境温度。

7.根据权利要求1所述的光伏电站的监测数据采集终端，其特征在于，所述数据采集模块包括：模拟量输入单元、模拟量输出单元、数字量输入单元、数字量输出单元和频率计数单元。

8.根据权利要求1所述的光伏电站的监测数据采集终端，其特征在于，所述数据处理模块，还用于控制远程通讯模块进入低功耗模式，所述低功耗模式包括休眠模式、定时上下线模式和定时开关机模式。

9.一种光伏电站监测系统，其特征在于，包括：远程控制设备、环境监测仪、至少一逆变器、至少一智能电表、防逆流采集箱和如权利要求1-8任意一项所述的监测数据采集终端，所述逆变器、智能电表和监测数据采集终端位于光伏配电室中，所述防逆流采集箱位于并网配电室中；所述监测数据采集终端采用RS485协议与逆变器、智能电表和防逆流采集箱通信，用于监测和控制逆变器、智能电表和防逆流采集箱的运行状况，并向远程控制设备发送消息通知。

10.根据权利要求9所述的光伏电站监测系统，其特征在于，还包括：

用于检测逆变器的输出电压的电压检测模块；

用于检测逆变器的输出电流的电流检测模块；

用于检测逆变器的温度的温度传感器；

用于测量逆变器的频率的频率传感器；

所述电压检测模块、电流检测模块、温度传感器和频率传感器均连接监测数据采集终端。