CN104485888A - 光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统，它包括：工控机；选择电路，所述选择电路中具有切换开关；多个继电器，所述继电器与光伏组件一一对应，并且继电器的输入端分别连接在相对应的光伏组件的输出端上，多个继电器的输出端并接后接入选择电路；电压监测采集电路，所述电压监测采集电路并接在选择电路上，并用于实时监测和采集选择电路上的输出电压值；电流监测采集电路，所述电流监测采集电路连接在选择电路中，并用于实时监测和采集选择电路上的输出电流值；程控电子负载设备，所述程控电子负载设备通过切换开关与选择电路选择性连接。本发明可以为光伏组件在真实的户外工作环境下测试发电性能及运行状况进行可靠性监控提供便捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统，属于光伏组件技术领域。
背景技术
目前，太阳能行业作为一种低碳可再生能源，正在世界范围内蓬勃发展，各国安装量逐年增长。光伏系统通过安装光伏组件接收太阳光能源将太阳能转化为直流电，再通过光伏逆变器将直流电转换为交流电，并入国家电网。光伏组件的发电量直接影响到光伏系统建设后的收益，追求组件乃至系统的高发电量是整个行业的重要研究方向。目前光伏组件的性能多通过室内太阳光模拟器对光伏组件进行闪照，测试光伏组件的电流-电压性能曲线，以电流-电压曲线评估组件的发电性能。但该测试方法是在室内稳定情况进行测试的，而实际的使用中，光伏组件安装在复杂的户外，受不同辐照、温度、风速等的影响较大。研究真实情况下光伏组件的发电量是很有意义的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统，它可以为光伏组件在真实的户外工作环境下测试发电性能及运行状况进行可靠性监控提供便捷。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统，其特征在于，它包括：
选择电路，所述选择电路中具有切换开关；
多个继电器，所述继电器与光伏组件一一对应，并且继电器的输入端分别连接在相对应的光伏组件的输出端上，多个继电器的输出端并接后接入选择电路；
电压监测采集电路，所述电压监测采集电路并接在选择电路上，并用于实时监测和采集选择电路上的输出电压值；
电流监测采集电路，所述电流监测采集电路连接在选择电路中，并用于实时监测和采集选择电路上的输出电流值；
程控电子负载设备，所述程控电子负载设备通过切换开关与选择电路选择性连接；
工控机，所述工控机的一控制输出端通过第一PLC双向控制电路与多个继电器相控制连接，并用于发出相应的继电器控制指令通过第一PLC双向控制电路传递给相应 的继电器，所述继电器根据接收到的相应继电器控制指令导通或断开相应的光伏组件与选择电路之间的通路；所述的工控机的另一控制输出端通过第二PLC双向控制电路与程控电子负载设备相控制连接，当切换开关将程控电子负载设备接入选择电路时，所述工控机还用于发出相应的负载控制指令通过第二PLC双向控制电路传递给程控电子负载设备，所述程控电子负载设备根据接收到的负载控制指令改变其内部的负载电阻值；所述电压监测采集电路和电流监测采集电路的输出端分别与工控机的信号输出端相连接，所述工控机还用于接收所述电压监测采集电路所采集的输出电压值和所述电流监测采集电路所采集的输出电流值。
进一步为了可以根据逆变器的MPPT跟踪功能对光伏组件的发电量进行监测，光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统还包括逆变器和并网发电量监测电路，所述逆变器的输入端通过切换开关与选择电路选择性连接，逆变器的输出端与外部电网相连接，所述并网发电量监测电路的输入端连接在逆变器的输出端上，并网发电量监测电路的输出端与所述工控机相连接，当切换开关将逆变器接入选择电路时，所述并网发电量监测电路用于采集光伏组件在最大功率点下经过逆变器转换后的发电量信息，并将该发电量信息传递给工控机。
进一步为了可以实时监控组件工作温差，并判断工作是否异常，避免由于光伏组件的温度或温度差超差而影响整个系统的运行可靠性现象，还包括组件热斑监测器、温度采集电路和多个温度传感器，每个光伏组件上均对应安装一个温度传感器，组件热斑监测器设置在光伏组件安装范围内，组件热斑监测器用于对范围内的光伏组件的整体工作温度进行监测，组件热斑监测器的输出端与工控机相连接，组件热斑监测器将所监测到的温度监测信息传递给工控机，多个温度传感器的输出端与温度采集电路的输入端相连接，温度采集电路的输出端与工控机相连接，所述工控机还用于根据相应的温度监测信息和每个光伏组件的温度信息发出相应的继电器控制指令。
进一步为了能够使本系统在出现光伏组件的温度或温度差超差现象时及时报警，所述的工控机内还设置有温度超差报警电路，所述工控机还用于根据相应的温度监测信息和每个光伏组件的温度信息，驱使温度超差报警电路工作。
进一步为了对光伏组件范围内的实时气象数据(实时辐照、湿度、风速风向等)进行监测以便光伏组件发电量的性能分析，光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统还包括气象传感器和气象信息采集电路，气象传感器的输出端与气象信息采集电路的输入端相连接，气象信息采集电路的输出端与工控机相连接。
采用了上述技术方案后，采用该系统可以为光伏组件在真实的户外工作环境下测试发电性能及运行状况进行可靠性监控提供便捷方法，该方法通过第一PLC双向控制电 路、第二PLC双向控制电路、各类传感器、数据采集电路、工控机等集成实现了光伏组件在真实的安装结构形式，真实的太阳辐照、真实的温度、风速气象等的环境下长期运行时发电性能和运行可靠性的监测，并能对监测到的不良进行报警及关闭，保护系统安全性，该系统为光伏组件户外发电量测试和长期运行可靠性监测提供了测试方法，有利于光伏组件的户外性能研究和提高。
附图说明
图1为本发明的光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统的原理框图；
图2为本发明的第一种运行模式的原理框图；
图3为本发明的第二种运行模式的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统，它包括：
选择电路，所述选择电路中具有切换开关；
多个继电器，所述继电器与光伏组件一一对应，并且继电器的输入端分别连接在相对应的光伏组件的输出端上，多个继电器的输出端并接后接入选择电路；
电压监测采集电路，所述电压监测采集电路并接在选择电路上，并用于实时监测和采集选择电路上的输出电压值；
电流监测采集电路，所述电流监测采集电路连接在选择电路中，并用于实时监测和采集选择电路上的输出电流值；
程控电子负载设备，所述程控电子负载设备通过切换开关与选择电路选择性连接；
工控机，所述工控机的一控制输出端通过第一PLC双向控制电路与多个继电器相控制连接，并用于发出相应的继电器控制指令通过第一PLC双向控制电路传递给相应的继电器，所述继电器根据接收到的相应继电器控制指令导通或断开相应的光伏组件与选择电路之间的通路；所述的工控机的另一控制输出端通过第二PLC双向控制电路与程控电子负载设备相控制连接，当切换开关将程控电子负载设备接入选择电路时，所述工控机还用于发出相应的负载控制指令通过第二PLC双向控制电路传递给程控电子负载设备，所述程控电子负载设备根据接收到的负载控制指令改变其内部的负载电阻值；所述电压监测采集电路和电流监测采集电路的输出端分别与工控机的信号输出端相连接，所述工控机还用于接收所述电压监测采集电路所采集的输出电压值和所述电流监测采集电路所采集的输出电流值。
如图1所示，光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统还包括逆变器和并网发 电量监测电路，所述逆变器的输入端通过切换开关与选择电路选择性连接，逆变器的输出端与外部电网相连接，所述并网发电量监测电路的输入端连接在逆变器的输出端上，并网发电量监测电路的输出端与所述工控机相连接，当切换开关将逆变器接入选择电路时，所述并网发电量监测电路用于采集光伏组件在最大功率点下经过逆变器转换后的发电量信息，并将该发电量信息传递给工控机。
如图1所示，光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统还包括组件热斑监测器、温度采集电路和多个温度传感器，每个光伏组件上均对应安装一个温度传感器，组件热斑监测器设置在光伏组件安装范围内，组件热斑监测器用于对范围内的光伏组件的整体工作温度进行监测，组件热斑监测器的输出端与工控机相连接，组件热斑监测器将所监测到的温度监测信息传递给工控机，多个温度传感器的输出端与温度采集电路的输入端相连接，温度采集电路的输出端与工控机相连接，所述工控机还用于根据相应的温度监测信息和每个光伏组件的温度信息发出相应的继电器控制指令。
如图1所示，所述的工控机内还设置有温度超差报警电路，所述工控机还用于根据相应的温度监测信息和每个光伏组件的温度信息，驱使温度超差报警电路工作。
如图1所示，光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统还包括气象传感器和气象信息采集电路，气象传感器的输出端与气象信息采集电路的输入端相连接，气象信息采集电路的输出端与工控机相连接。
本监测控制系统具有两种发电性能监测模式，两种模式下都可以进行组件运行状况的监测，具体实施方法如下：
(一)光伏组件电压-电流发电量监测运行模式：
监测控制系统中将切换开关切换至程控电子负载设备，将程控电子负载设备连接入选择电路，此时监测控制系统的配置架构关系图如图2中所示，此时的发电量及运行监测过程如下：光伏组件上分别接上温度传感器，并通过温度采集电路将光伏组件工作时的工作温度进行采集，读入工控机中；光伏组件安装范围内设置组件热斑监测器，组件热斑监测器采用红外热成像技术对范围的光伏组件的整体工作温度进行监测，并可测试对比温差值，将测试图像和温度及温差值读入工控机；工控机内还设置有温度超差报警电路，能够对设定的温度或温度差超差情况进行报警及通过第一PLC双向控制电路进行控制继电器的开断，断开温度或温度差超差的光伏组件，因为温度或温度差超过经验值往往意味着相应的光伏组件存在失效点，继续长期的运行非常不可靠及不安全。
光伏组件的输出端采用四线制进行接线，分别进行电压和电流的监测，可以避免较少线缆造成的测试精度的降低，每个测试组件的输出端分别接一个继电器，并最终输出端并联，并联后接入选择电路，通过切换开关与程控电子负载设备相连接，输出端还配 置电压监测采集电路和电流监测采集电路，它们可以对测得的相应的电压电流值进行采集，并读入工控机中；第一PLC双向控制电路用于控制各继电器，工控机发出继电器控制指令后，第一PLC双向控制电路控制相应的继电器导通，相对应的光伏组件与程控电子负载设备导通，此时第二PLC双向控制电路控制程控电子负载设备的负载阻值，如负载阻值由无穷大到零进行变化，则电压监测采集电路和电流监测采集电路将会监测到该电子负载变化过程中光伏组件输出端的电压、电流值，从而测得该真实辐照等气候环境下的电流-电压性能曲线；通过该电流-电压性能曲线，可以获得组件的该真实环境下的最大运行功率点，工控机通过该最大功率点进行采集时间段的发电量的计算，并进行累加，同理，工控机可以控制其它组件进行相同的测试。
气象传感器可以对实时的气象数据进行监测，并由气象信息采集电路读入工控机，真实记录光伏组件测试时的气象数据，便于后续的性能分析，工控机中还设计有通过对测试系统中对各采集模块等配置必要的电源线和信号控制线，通过AC电源和电源转换器将工频交流电转换为各模块使用的电源。
(二)光伏组件逆变MPPT发电量监测运行模式：
监测控制系统中将切换开关切换至逆变器，将逆变器连接入选择电路，此时监测控制系统的配置架构关系图如图3中所示，此种运行状态下的组件热斑监测器和温度传感器、温度采集电路模式与第一种运行模式一致，工控机通过第一PLC双向控制电路控制光伏组件对应的继电器关闭或导通，使光伏组件与逆变器导通连接，而逆变器输出端与电网相接，借助逆变器的MPPT跟踪功能，将是光伏组件工作在最大功率点下，通过并网发电量监测电路对逆变器输出端的电能进行监测，可以测得光伏组件经逆变器转换后的发电量；同时电压监测采集电路和电流监测采集电路也可以对组件输出端的电压和电流值进行测试，并读入工控机，对光伏组件直流端的发电量进行计算分析。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统，其特征在于，它包括：
选择电路，所述选择电路中具有切换开关；
多个继电器，所述继电器与光伏组件一一对应，并且继电器的输入端分别连接在相对应的光伏组件的输出端上，多个继电器的输出端并接后接入选择电路；
电压监测采集电路，所述电压监测采集电路并接在选择电路上，并用于实时监测和采集选择电路上的输出电压值；
电流监测采集电路，所述电流监测采集电路连接在选择电路中，并用于实时监测和采集选择电路上的输出电流值；
程控电子负载设备，所述程控电子负载设备通过切换开关与选择电路选择性连接；
工控机，所述工控机的一控制输出端通过第一PLC双向控制电路与多个继电器相控制连接，并用于发出相应的继电器控制指令通过第一PLC双向控制电路传递给相应的继电器，所述继电器根据接收到的相应继电器控制指令导通或断开相应的光伏组件与选择电路之间的通路；所述的工控机的另一控制输出端通过第二PLC双向控制电路与程控电子负载设备相控制连接，当切换开关将程控电子负载设备接入选择电路时，所述工控机还用于发出相应的负载控制指令通过第二PLC双向控制电路传递给程控电子负载设备，所述程控电子负载设备根据接收到的负载控制指令改变其内部的负载电阻值；所述电压监测采集电路和电流监测采集电路的输出端分别与工控机的信号输出端相连接，所述工控机还用于接收所述电压监测采集电路所采集的输出电压值和所述电流监测采集电路所采集的输出电流值。
2.根据权利要求1所述的光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统，其特征在于：还包括逆变器和并网发电量监测电路，所述逆变器的输入端通过切换开关与选择电路选择性连接，逆变器的输出端与外部电网相连接，所述并网发电量监测电路的输入端连接在逆变器的输出端上，并网发电量监测电路的输出端与所述工控机相连接，当切换开关将逆变器接入选择电路时，所述并网发电量监测电路用于采集光伏组件在最大功率点下经过逆变器转换后的发电量信息，并将该发电量信息传递给工控机。
3.根据权利要求1或2所述的光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统，其特征在于：还包括组件热斑监测器、温度采集电路和多个温度传感器，每个光伏组件上均对应安装一个温度传感器，组件热斑监测器设置在光伏组件安装范围内，组件热斑监测器用于对范围内的光伏组件的整体工作温度进行监测，组件热斑监测器的输出端与工控机相连接，组件热斑监测器将所监测到的温度监测信息传递给工控机，多个温度传感器的输出端与温度采集电路的输入端相连接，温度采集电路的输出端与工控机相连接，所述工控机还用于根据相应的温度监测信息和每个光伏组件的温度信息发出相应的继电器控制指令。
4.根据权利要求3所述的光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统，其特征在于：所述的工控机内还设置有温度超差报警电路，所述工控机还用于根据相应的温度监测信息和每个光伏组件的温度信息，驱使温度超差报警电路工作。
5.根据权利要求1所述的光伏组件户外实时发电量及运行监测控制系统，其特征在于：还包括气象传感器和气象信息采集电路，气象传感器的输出端与气象信息采集电路的输入端相连接，气象信息采集电路的输出端与工控机相连接。
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