CN104124915B - 一种太阳能微逆变光伏组件监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能光伏技术领域。本发明的一种太阳能微逆变光伏组件监控系统，包括光伏组件、实时监测模块、智能显示终端和监控中心，所述实时监测模块用于实时采集光伏组件的工作参数进行实时采集和监测，并将该监测数据发送至监控中心，数据中心对该工作参数进行存储，并发送至智能显示终端显示；本发明电路设计合理、接线方便且投入及使用成本低。使用操作简便且智能化程度高。使用效果好且功能全面，采用中心控制单元与智能控制单元相配合对太阳能光伏发电装置的各项工作参数进行实时监控，包括温度、电压、电流等，从而控制整个监控系统。

Description

一种太阳能微逆变光伏组件监控系统

技术领域

本发明涉及太阳能光伏技术领域，具体涉及一种太阳能微逆变光伏组件监控系统。

背景技术

在太阳能光伏科技领域中，通常需要使用太阳能光伏并网微逆变器将太阳能电池板的每一个光伏组件获得的直流电力转换成可并网输出的交流电力，并且对每一个光伏组件进行电力输出的优化，例如最大功率点跟踪等。太阳能光伏发电系统的逆变器最近趋向于采用分布式的微型逆变器( 微逆变器)。微型逆变器对每个直流光伏组件提供最大功率点控制，从而使每个直流光伏组件产生最大的能量，提高整个太阳能光伏发电系统的性能。另外，微型逆变器还能产生交流低压输出，而不是中心式逆变器系统的高直流电压输出，提高了系统的安全性和工作效率。

图1 为现有技术的太阳能光伏并网单微逆变器的结构框图。如图所示，单微逆变器100 一般由直流升压电路101 和交流转换电路103 构成，其中直流升压电路101 用于将直流输入电压升高，交流转换电路103 用于将升高的直流输入电压转换成交流输出电压，以待并网输出。直流升压电路101 可以包括直流- 直流转换电路105、直流控制电路107 和直流检测电路109。交流转换电路103 可以包括交流电路1011、数据处理器1013、通信电路1015 和并网电路1017。其中，交流电路1011 还可以包括直流- 交流转换电路1019、交流控制电路1021 和交流检测电路1023。

从上图可以看出，太阳能微逆变光伏发电系统是由众多的单微逆变器构成的。在运行过程中,由于阴影、污垢、电池板老化等因素,太阳能组件效率会有不同程度的下降,而单个组件效率下降或损坏会带来系统整体的效率大幅下降。目前,主要通过对太阳能发电系统中微逆变器电流电压的监控来检查太阳能组件是否正常工作,通常只能监控到串级光伏组件,无法第一时间准确定位故障位置,只能感应到哪一组组件异常。大型光伏电站的组件阵列如有损坏,会给发电系统带来很大的损失,而人工检查耗时耗力,不能满足系统快速检修的要求。因此,实时准确地监控太阳能微逆变光伏组件已成为必然趋势。而太光伏组件在高温和低温环境中都会受到伤害，为确保电池高效，长寿命工作，对该光伏组件进行恒温、恒湿的保护也显得至关重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，克服现有的太阳能光伏组件故障监测和定位困难,本发明提供了一种太阳能微逆变光伏组件监控系统，本发明基于物联网的太阳能光伏组件监控系统实现对太阳能微逆变光伏组件的电压、电流、功率、温度等的实时监测,以迅速发现组件故障,提高系统效率。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种太阳能微逆变光伏组件监控系统，包括光伏组件、实时监测模块、智能显示终端和监控中心，所述实时监测模块用于实时采集光伏组件的工作参数进行实时采集和监测，并将该监测数据发送至监控中心，数据中心对该工作参数进行存储，并发送至智能显示终端显示；

所述光伏组件包括太阳能电池板、正激变换器、MPPT控制器、逆变器、EMC电路和微控制器，所述正激变换器、MPPT控制器、逆变器和EMC电路均与微控制器电性连接，正激变换器获取太阳能电池板的光伏电压，经过高频变换调制后进入MPPT控制器，实现电流源高频变换，再通过逆变器进行逆变，微控制器控制逆变器产生与电网同频率、同相位的正弦波交流信号，经并网EMC电路馈入电网，完成光伏组件逆变功能。

所述实时监测模块包括第二微处理器、无线模块、电源电路、电压测量电路、温度测量电路、报警电路和掉电检测电路，所述无线模块、电源电路、电压测量电路、温度测量电路、报警电路和掉电检测电路均与第二微处理器电性连接，所述电压测量电路由计量芯片RN8205及其外围电路构成，通过第二微处理器的SPI口电压，电流值，并经无线模送入监控中心，监控中心根据本块电池板的电压，电流和周围电池板的电压，电流来判断电池板是否正常工作。

所述掉电检测电路由电阻R9、电阻R13、电阻R15、三极管Q4、电容C14和电容C12构成，所述电阻R9一端接VCC，另一端与三极管Q4的集电极连接，所述电阻R13和电阻R15串联后一端接+5V电压，另一端接地，R13和R15的共同连接端与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，电容C14与电阻R15并联，电容C12一端与三极管Q4的集电极连接，另一端接地，掉电检测电路把输入的电压经过电阻R13和电阻R15分压后，如果电压能使三极管Q4导通，则PWRIN输出低电平，表示外部太阳能输入正常，反之说明太阳能电池板没有工作，是通过电容C12电容供电。

进一步的，所述监控中心包括监控中心服务器、与监控中心服务器相接的监控中心计算机和数据存储设备以及与监控中心计算机相接的语音报警器。

进一步的，还包括无线通信系统，所述无线通信系统包括与MPPT控制器相接的第一3G 模块、与监控中心服务器相接的第二3G 模块和用于实现第一3G 模块和第二3G 模块间数据远程无线传输的3G 网络。

进一步的，所述光伏组件还包括蓄电池组，所述蓄电池组与MPPT控制器和逆变器相接。

进一步的，所述温度检测电路包括热敏电阻NTC，通过热敏电阻NTC连接外围电路实现该电压值-电阻值的计算，进而实现温度值检测。

本发明通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：

本发明太阳能微逆变光伏组件监控系统，电路设计合理、接线方便且投入及使用成本低。 使用操作简便且智能化程度高。 使用效果好且功能全面，采用中心控制单元与智能控制单元相配合对太阳能光伏发电装置的各项工作参数进行实时监控，包括温度、电压、电流等，从而控制整个监控系统。同时，实现了数据处理、图形分析、控制操作、报警及时间记录、显示、打印等功能，对现有光伏监控系统进行丰富与完善。 综上所述，本发明电路设计合理、接线方便、使用操作简便且使用成本低、使用效果好，采用中心控制单元与智能控制单元相配合对太阳能光伏发电装置的各项工作参数进行实时、有效监控。

附图说明

图1是现有技术中太阳能微逆变光伏组件的基本结构图；

图2是本发明的实施例的结构示意图；

图3是本发明的实施例的掉电检测电路电路原理图；

图4是本发明的实施例的温度检测电路电路原理图；

图5是本发明的系统工作流程图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

作为一个具体的实施例，如图2所示，本发明的一种太阳能微逆变光伏组件监控系统，包括光伏组件、实时监测模块、智能显示终端和监控中心和无线通信系统，所述实时监测模块用于实时采集光伏组件的工作参数进行实时采集和监测，并将该监测数据发送至监控中心，数据中心对该工作参数进行存储，并发送至智能显示终端显示；

所述光伏组件包括太阳能电池板、正激变换器、MPPT控制器、逆变器、EMC电路和微控制器，正激变换器获取太阳能电池板的光伏电压，经过高频变换调制后进入MPPT控制器，实现电流源高频变换，再通过逆变器进行逆变，微控制器控制逆变器产生与电网同频率、同相位的正弦波交流信号，经并网EMC电路馈入电网，完成光伏组件逆变功能。

所述实时监测模块包括第二微处理器、无线模块、电源电路、电压测量电路、温度测量电路、报警电路和掉电检测电路，所述无线模块、电源电路、电压测量电路、温度测量电路、报警电路和掉电检测电路均与第二微处理器电性连接，所述电压测量电路由计量芯片RN8205及其外围电路构成，通过第二微处理器的SPI口电压，电流值，并经无线模送入监控中心，监控中心根据本块电池板的电压，电流和周围电池板的电压，电流来判断电池板是否正常工作。

所述无线通信系统包括与MPPT控制器相接的第一3G 模块、与监控中心服务器相接的第二3G 模块和用于实现第一3G 模块和第二3G 模块间数据远程无线传输的3G 网络。

所述监控中心包括监控中心服务器、与监控中心服务器相接的监控中心计算机和数据存储设备以及与监控中心计算机相接的语音报警器；所述光伏组件还包括蓄电池组，所述蓄电池组与MPPT控制器和逆变器相接。

参考图3所示，所述掉电检测电路由电阻R9、电阻R13、电阻R15、三极管Q4、电容C14和电容C12构成，所述电阻R9一端接VCC，另一端与三极管Q4的集电极连接，所述电阻R13和电阻R15串联后一端接+5V电压，另一端接地，R13和R15的共同连接端与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，电容C14与电阻R15并联，电容C12一端与三极管Q4的集电极连接，另一端接地，掉电检测电路把输入的电压经过电阻R13和电阻R15分压后，如果电压能使三极管Q4导通，则PWRIN输出低电平，表示外部太阳能输入正常，反之说明太阳能电池板没有工作，是通过电容C12电容供电。

参考图4所示，所述温度检测电路包括热敏电阻NTC，通过热敏电阻NTC连接外围电路实现该电压值-电阻值的计算，进而实现温度值检测。具体地，温度检测电路是通过热敏电阻NTC和电阻R21实现的，通过微处理器内的A/D转换测量出VT点的电压值，再根据VT点的电压值，算出NTC的电阻值，再通过NTC的电阻与温度的表格，输出温度值。

系统采用网关实现实时监测模块采集数据的发送和接收。网关安装在太阳能组件区域附近，接收各矩阵点传来的单频无线数字信号。每个网关只有一个频道，只接收固定频率下的无线信号。采用有线以太网或wifi，gprs，3g等无线传输形式，其供电来自太阳能发电，并带有自身的电能储备系统用于夜间或太阳能无法供电的状态。网关中存储设备为sd卡，支持热拔插，实现数据共享，可以随时提前数据存储记录。温度传感器，光照传感器，风速传感器的数据信息经网关发送到服务器，服务器实时更新数据信息表，实时转移和更新历史数据信息。

需要调用太阳能电池板专题数据信息时，服务器向网关提出数据申请，而该请求又由网关传递到逆变器，逆变器进行分析后，再向串设备发送请求，串设备在发送请求给电池板设备，则包含多个电池板信息数据的数据包有电池板向串设备传递，再进一步传递到逆变器，从而发送到网关，由网关根据ip地址发送到服务器，从而使服务器获取电池板的信息数据。

本系统有3个部分组成，第一个部分，底层硬件数据的上传，包括每块电池板5路电压值、电板的及时电流值、电板的及时稳定值，中继器与电板之间的连接状态等。第二个方面是上位机根据底层硬件上传的数据进行计算，包括根据发电量，电池板光效值计算电压及温度，判断电压，温度是否处在设定的报警条件区间内，根据光照度，发电量计算是否有局部的阴影遮挡。第三部分是客户端软件，可以让用户快速往常各类数据的统计及分析。

参考图5所示，本发明的系统工作流程如图5所示，PC机与网关的连接，PC机为TCP Client，网关为TCP Server。PC通过集中器像采集模块查询采集点的信息，得到采集点的信息后，向第二个采集点查询。系统基于TTL设计通讯协议，用于无线终端与网关、网关与PC的通讯。基于TTL的传输协议中，所有多字节域均先传送低位字节，后传送高位字节；每次通讯发出命令帧后，都要求应答帧做出响应；接收方测和校验，奇偶校验或格式出错，均放弃改信息帧，不予响应，如果正常则响应。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种太阳能微逆变光伏组件监控系统，其特征在于：包括光伏组件、实时监测模块、智能显示终端和监控中心和无线通信系统，所述实时监测模块用于实时采集光伏组件的工作参数进行实时采集和监测，并将监测数据发送至监控中心，数据中心对该工作参数进行存储，并发送至智能显示终端显示；

所述光伏组件包括太阳能电池板、正激变换器、MPPT控制器、逆变器、EMC电路和微控制器，正激变换器获取太阳能电池板的光伏电压，经过高频变换调制后进入MPPT控制器，实现电流源高频变换，再通过逆变器进行逆变，微控制器控制逆变器产生与电网同频率、同相位的正弦波交流信号，经并网EMC电路馈入电网，完成光伏组件逆变功能；

所述实时监测模块包括第二微处理器、无线模块、电源电路、电压测量电路、温度测量电路、报警电路和掉电检测电路，所述无线模块、电源电路、电压测量电路、温度测量电路、报警电路和掉电检测电路均与第二微处理器电性连接，所述电压测量电路由计量芯片RN8205及其外围电路构成，通过第二微处理器的SPI口电压，电流值，并经无线模送入监控中心，监控中心根据本块电池板的电压，电流和周围电池板的电压，电流来判断电池板是否正常工作；

所述监控中心包括监控中心服务器、与监控中心服务器相接的监控中心计算机和数据存储设备以及与监控中心计算机相接的语音报警器；所述光伏组件还包括蓄电池组，所述蓄电池组与MPPT控制器和逆变器相接。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能微逆变光伏组件监控系统，其特征在于：所述掉电检测电路由电阻R9、电阻R13、电阻R15、三极管Q4、电容C14和电容C12构成，所述电阻R9一端接VCC，另一端与三极管Q4的集电极连接，所述电阻R13和电阻R15串联后一端接+5V电压，另一端接地，R13和R15的共同连接端与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，电容C14与电阻R15并联，电容C12一端与三极管Q4的集电极连接，另一端接地，掉电检测电路把输入的电压经过电阻R13和电阻R15分压后，如果电压能使三极管Q4导通，则PWRDN输出低电平，表示外部太阳能输入正常，反之说明太阳能电池板没有工作，是通过电容C12电容供电。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能微逆变光伏组件监控系统，其特征在于：还包括无线通信系统，所述无线通信系统包括与MPPT控制器相接的第一3G 模块、与监控中心服务器相接的第二3G 模块和用于实现第一3G 模块和第二3G 模块间数据远程无线传输的3G 网络。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能微逆变光伏组件监控系统，其特征在于：所述温度测量电路包括热敏电阻NTC，通过热敏电阻NTC连接外围电路实现电压值-电阻值的计算，进而实现温度值检测。