CN104601086A - 光伏发电系统及其故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏发电系统及其故障检测方法，所述光伏发电系统包括至少一个光伏发电站和能够经由英特网与各所述光伏发电站通信的中心服务器，各所述光伏发电站包括：多个光伏发电阵列，各所述光伏发电阵列包括多个光伏发电节点和能够与所述阵列内的各所述光伏发电节点进行无线通信的光伏路由节点；第一协调器；以及第一网关，与所述第一协调器相连，用于基于从所述第一协调器接收到的状态参数确定各所述光伏发电阵列的运行状态，并将接收到的状态参数和所确定的运行状态发送至所述中心服务器。根据本发明的光伏发电系统及其故障检测方法，能够在第一时间发现异常组件，减小了异常组件对整个系统的影响，提高了系统的安全性和使用寿命。

Description

光伏发电系统及其故障检测方法
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，尤其涉及一种光伏发电系统及其故障检测方法。
背景技术
太阳能作为可再生清洁能源，可以通过光伏电池组件转换成电能并进行存储和利用，因此被认为是目前最有发展潜力的新能源之一。
现有的光伏发电系统主要分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统以及分布式光伏发电系统三种。其中，独立光伏发电系统又称为离网光伏发电系统，主要由光伏电池组件阵列、控制器和蓄电池组成，若要为交流负载供电，则还需要配置交流逆变器。并网光伏发电系统利用并网逆变器将由光伏发电组件产生的直流电转换成交流电，直接接入公共电网。分布式光伏发电系统又称分散式光伏发电系统，主要包括光伏电池组件阵列、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等，由光伏电池组件阵列输出的电能经直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，而多余或不足的电力通过联接电网来调节。
然而，如何提高光伏发电系统的工作效率以降低电价成本，成为了目前推广应用光伏发电系统的瓶颈。这主要是因为，目前实验室研发的单晶硅电池片的转换效率不超过25.0％，多晶硅电池片的转换效率不超过20.4％，而单晶硅光伏电池组件的整体效率不超过21％，从而使得整个光伏发电系统的工作效率更低。
发明内容
技术问题
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光伏发电系统及其故障检测方法，以能够减少光伏发电系统各个环节的电能损耗，从而尽量提高光伏发电系统的整体工作效率。
解决方案
为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括至少一个光伏发电站和能够经由英特网与各所述光伏发电站通信的中心服务器，其中，各所述光伏发电站包括：多个光伏发电阵列，各所述光伏发电阵列包括多个光伏发电节点和能够与所述阵列内的各所述光伏发电节点进行无线通信的光伏路由节点，所述光伏路由节点用于收集与所述光伏路由节点进行无线通信的各所述光伏发电节点的状态参数；第一协调器，所述第一协调器能够与至少一个所述光伏路由节点无线通信，所述第一协调器从与其进行无线通信的各所述光伏路由节点接收该光伏路由节点自身的状态参数以及该光伏路由节点收集的状态参数；以及第一网关，所述第一网关与所述第一协调器相连，用于基于从所述第一协调器接收到的状态参数确定各所述光伏发电阵列的运行状态，并将接收到的状态参数和所确定的运行状态发送至所述中心服务器。
对上述光伏发电系统，在一种可能的实现方式中，所述光伏发电节点包括光伏发电组件、用于采集所述光伏发电节点的状态参数的传感器模块、以及用于向与所述光伏发电节点相通信的光伏路由节点无线发送所述光伏发电节点的状态参数的无线通信模块；所述光伏路由节点包括光伏发电组件、用于采集所述光伏路由节点的状态参数的传感器模块、以及用于收集与所述光伏路由节点进行无线通信的各所述光伏发电节点的状态参数的无线通信模块，所述无线通信模块还用于增强并发送所接收到的状态参数以及该光伏路由节点自身的状态参数。
对上述光伏发电系统，在一种可能的实现方式中，各所述光伏发电阵列所包括的光伏路由节点位于该光伏发电阵列的几何中心，以使得所述光伏路由节点能够有效地与该光伏发电阵列所包括的多个光伏发电节点相通信。
对上述光伏发电系统，在一种可能的实现方式中，还包括存储器，所述存储器将各所述光伏发电节点的物理地址与ID号相关联地存储，并将所述光伏路由节点的物理地址与ID号相关联地存储；在所述第一网关确定某个光伏发电节点出现运行故障的情况下，所述中心服务器基于该光伏发电节点的ID号从所述存储器获取相应的物理地址，并发送表示该物理地址处的光伏发电节点出现了故障的消息至特定的客户端；和/或在所述第一网关确定某个光伏路由节点出现运行故障的情况下，所述中心服务器基于该光伏路由节点的ID号从所述存储器获取相应的物理地址，并发送表示该物理地址处的光伏路由节点出现了故障的消息至特定的客户端。
对上述光伏发电系统，在一种可能的实现方式中，还包括定位辅助终端，所述定位辅助终端确定待安装的物理地址，获取待安装至该物理地址的光伏发电节点和/或光伏路由节点的ID号，并在将该物理地址与该ID号相关联地存储至所述存储器之后，提示操作人员将该光伏发电节点和/或光伏路由节点安装至该物理地址。
对上述光伏发电系统，在一种可能的实现方式中，还包括：至少一个逆变器，各所述逆变器包括用于将至少一个所述光伏发电节点和/或光伏路由节点输出的直流电转换为交流电的直流-交流转换模块、用于采集所述逆变器的状态参数的传感器模块、以及用于无线发送所述逆变器的状态参数的无线通信模块；以及第二协调器，其能够接收各所述逆变器的状态参数，并将所接收到的状态参数发送至与所述第二协调器相连的第二网关，所述第二网关基于接收到的状态参数确定各所述逆变器的运行状态，并经由英特网将所接收到的状态参数和所确定的运行状态发送至所述中心服务器。
对上述光伏发电系统，在一种可能的实现方式中，还包括：至少一个汇流器，用于将至少一个所述光伏发电节点和/或光伏路由节点输出的直流电汇流，并输出至与所述汇流器相连的所述逆变器；以及至少一个控制器，各所述控制器包括用于控制与其连接的所述逆变器的控制器模块、用于采集所述控制器的状态参数的传感器模块、以及用于无线发送所述控制器的状态参数的无线通信模块，其中，所述第二协调器能够接受各所述控制器的状态参数，并将所接收到的状态参数发送至所述第二网关，所述第二网关基于接收到的状态参数确定各所述控制器的运行状态，并经由英特网将所接收到的状态参数和所确定的运行状态发送至所述中心服务器。
为了解决上述技术问题，根据本发明的又一实施例，提供了一种光伏发电系统的故障检测方法，所述光伏发电系统采用如本发明任一实施例的光伏发电系统，所述故障检测方法包括：第一网关基于所接收到的光伏发电阵列的状态参数确定各光伏发电阵列的运行状态；在确定所述光伏发电阵列中某个光伏发电节点出现运行故障的情况下，中心服务器基于该光伏发电节点的ID号获取相应的物理地址，并发送表示该物理地址处的光伏发电节点出现了故障的消息至特定的客户端；以及/或者在确定所述光伏发电阵列中某个光伏路由节点出现运行故障的情况下，中心服务器基于该光伏路由节点的ID号获取相应的物理地址，并发送表示该物理地址处的光伏路由节点出现了故障的消息至特定的客户端。
对上述故障检测方法，在一种可能的实现方式中，还包括：将各所述光伏发电节点的物理地址与ID号相关联地存储，并将所述光伏路由节点的物理地址与ID号相关联地存储。
对上述故障检测方法，在一种可能的实现方式中，将各所述光伏发电节点的物理地址与ID号相关联地存储，并将所述光伏路由节点的物理地址与ID号相关联地存储，包括：确定待安装的物理地址；获取待安装至该物理地址的光伏发电节点和/或光伏路由节点的ID号；以及在将该物理地址与该ID号相关联地进行存储之后，提示操作人员将该光伏发电节点和/或光伏路由节点安装至该物理地址。
有益效果
本发明的光伏发电系统采用客户端、服务器、网关、路由等四层网络结构，构建出基于光伏发电节点的无线传感器网络系统，具有通信稳定、系统集成、拓展性强、操作简便等优点。根据本发明的光伏发电系统的故障检测方法，可通过网关对各光伏发电阵列的运行状态进行实时监测，并将监测结果发送至中心服务器，能够在第一时间发现异常组件并处理故障，减小了异常组件对整个系统的影响，提高了系统的安全性和使用寿命。另外，还可以根据各光伏发电阵列的运行状态对整个光伏发电系统的实时状态进行优化调度，从而能够减少光伏发电系统各个环节的电能损耗，提高光伏发电系统的整体工作效率。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明一实施例的光伏发电系统的结构示意图；
图2是根据本发明一实施例的光伏发电系统中光伏发电节点的结构框图；
图3是根据本发明一实施例的光伏发电系统中的光伏路由节点的结构框图；
图4是根据本发明一实施例的光伏发电系统中的第一协调器的结构框图；
图5是根据本发明一实施例的光伏发电系统中的第一网关的结构框图；
图6是根据本发明一实施例的光伏发电系统中的定位辅助终端的结构示意图；
图7是根据本发明一实施例的光伏发电系统中的定位辅助终端的具体结构框图；
图8是根据本发明一实施例的光伏发电系统中的逆变器的结构框图；
图9是根据本发明一实施例的光伏发电系统中的控制器的结构框图；
图10是根据本发明一实施例的光伏发电系统的故障检测方法的流程示意图；
图11是根据本发明一实施例的光伏发电系统的运行方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
实施例1
图1示出根据本发明一实施例的光伏发电系统的结构示意图。如图1所示，该光伏发电系统包括至少一个光伏发电站和能够经由英特网与各所述光伏发电站通信的中心服务器1100，其中，各所述光伏发电站包括：
多个光伏发电阵列，各所述光伏发电阵列包括多个光伏发电节点(例如图1中的光伏发电节点100#111～100#11N)和一个光伏路由节点(例如图1中的光伏路由节点200#11)，该光伏路由节点能够与所述阵列内的各所述光伏发电节点进行无线通信，该光伏路由节点能够收集与所述光伏路由节点进行无线通信的各所述光伏发电节点的状态参数。其中，如图2所示，光伏发电节点100包括光伏发电组件110、用于采集所述光伏发电节点100的状态参数的传感器模块140、以及用于向与所述光伏发电节点相通信的光伏路由节点无线发送所述光伏发电节点的状态参数的无线通信模块例如CC2530模块130，如图3所示，光伏路由节点200包括光伏发电组件210、用于采集所述光伏路由节点200的状态参数的传感器模块240、用于无线发送所述光伏路由节点200的状态参数和接收到的所述光伏发电节点100的状态参数的无线通信模块例如CC2530模块230、以及与所述无线通信模块230相连的用于与外界设备进行交互的接口模块例如USB模块250、485通讯模块260、WiFi模块270等，所述无线通信模块例如CC2530模块230还用于增强并发送所接收到的状态参数以及该光伏路由节点自身的状态参数；
第一协调器(例如图1中的第一协调器300#1)，所述第一协调器能够与至少一个所述光伏路由节点无线通信，所述第一协调器从与其进行无线通信的各所述光伏路由节点接收这些光伏路由节点自身的状态参数以及这些光伏路由节点各自收集的状态参数。例如，第一协调器300#1能够与光伏路由节点200#11～200#1M无线通信，从而能够接收光伏路由节点200#11无线发送的光伏路由节点200#11的状态参数以及光伏发电节点100#111～100#11N的状态参数、一直到光伏路由节点200#1M无线发送的光伏路由节点200#1M的状态参数以及光伏发电节点100#1M1～100#1MN的状态参数，其中，L、M、N为大于等于1的整数；
第一网关(例如图1中的第一网关400#1)，所述第一网关与所述第一协调器相连，从而能够基于从所述第一协调器接收到的状态参数确定各所述光伏发电阵列的运行状态，并将接收到的状态参数和所确定的运行状态发送至所述中心服务器1100。例如，第一网关400#1与第一协调器300#1通过串口方式相连，从而第一网关400#1能够接收第一协调器300#1发送的由光伏发电节点100#111～100#11N和光伏路由节点200#11组成的光伏发电阵列的状态参数，也就是光伏发电节点100#111～100#11N的状态参数和光伏路由节点200#11的状态参数，并通过网关处理器(图5中所示ARM处理器430)能够基于所接收到的各所述光伏发电阵列的状态参数确定各所述光伏发电阵列的运行状态。
需要说明的是，光伏发电节点和协调器在距离较近时，是可以直接通讯的，但是根据现场安装的情况来看，一般需要将协调器与网关安装在一个相对集中的区域，与有线英特网连接，所以绝大多数的协调器与光伏发电节点的距离较远，因此需要进行信号中继，这里采用的光伏路由节点与普通的光伏发电节点相比，在无线通信模块中增加了功率增强电路，可以确保光伏路由节点和协调器之间的可靠通讯，而光伏路由节点设置在光伏发电阵列的中心，所以能有效与所管理的所有光伏发电节点通信。
另外，在本发明实施例中，首先根据电站建设规模和地理位置按照如下规则设计网络拓扑结构，即将所有光伏发电阵列划分成若干个矩阵单元(尽可能为方阵)，每个光伏发电阵列的矩阵单元几何中心安装一个光伏路由节点，以使得位于几何中心的光伏路由节点能够有效地与该所述光伏发电阵列所包括的多个光伏发电节点相通信。电站施工规程和光伏路由节点、光伏发电节点的物理编址最好遵循矩阵单元的划分规则，并在电站施工过程中通过定位辅助终端读取光伏路由节点和光伏发电节点的ID号来进行安装(将在实施例2中详述)；所有光伏路由节点和光伏发电节点安装完毕后，再根据网络结构的拓扑关系以及整个电站的电气参数要求，安装相应数量的协调器、网关、控制器和逆变器(控制器和逆变器功能和具体结构将在实施例2中详述)，并将所有光伏路由节点和光伏发电节点的输出端采用串联和/或并联的形式进行连接输出，最后将网关、中心服务器和PC客户端接入英特网，实行系统的组网运行。
本发明的光伏发电系统主要适用于大型阵列式光伏电站，并且，如上所述，根据本发明实施例的光伏发电系统，能够通过网关对光伏发电阵列的运行状态进行实时监测，来及时发现光伏发电系统中组件的异常状态，从而能够以最短的时间处理组件的故障，减小异常状态的组件对整个光伏发电系统的影响，提高了光伏发电系统的安全性和使用寿命。另外，本发明的光伏发电系统采用客户端、服务器、网关、路由等四层网络结构，构建基于光伏发电节点的无线传感器网络系统，具有通信稳定、系统集成、拓展性强、操作简便等优点。
在一种可能的具体实现方式中，如图2所示，光伏发电节点100的传感器模块140包括：电压采样电路141，用于采集所述光伏发电组件110的电压参数；电流采样电路142，用于采集所述光伏发电组件110的电流参数；温湿度传感器143，用于采集所述光伏发电组件110的温湿度参数；光强传感器144，用于采集所述光伏发电组件110所处环境的光强参数。本领域技术人员应能理解，本发明的传感器模块140应不限于此，传感器模块140可以包括以上一种或多种模块，也可以包括其他用于采集光伏发电组件110参数的模块。
在一种可能的具体实现方式中，如图2所示，光伏发电组件110可以为太阳能电池组件，光伏发电节点100还可以包括DC-DC模块120，其中，太阳能电池组件与DC-DC模块120相连，DC-DC模块120的输出端与CC2530模块130和传感器模块140相连；所述电压采样电路141和电流采样电路142一端与太阳能电池组件的输出端相连，另一端与CC2530模块130内嵌的8051单片机的I/O口相连，温湿度传感器143和光强传感器144采集太阳能电池组件背板和环境参数，与CC2530模块130内嵌的8051单片机的I/O口相连。
在光伏发电节点100工作时，太阳能电池组件将太阳能转换成电能，通过输出端口传输，DC-DC模块120与太阳能电池组件的输出端相连，可以将直流电降压成+12V，+5V和+3.3V低压直流电，为其他模块供电，电压采样电路141和电流采样电路142采集太阳能电池组件的输出端电压和电流参数，传输给CC2530模块130内嵌的8051单片机的I/O口，实现电参数的采集，温湿度传感器143紧贴在太阳能电池组件背板，检测其温湿度等参数，光强传感器144嵌入在太阳能电池组件的正面，实现环境光强参数的采集，其中环境光强参数和电参数是综合判断太阳能电池组件工作状态的重要依据。光伏发电节点100中的CC2530模块130将传感器模块140采集到的参数通过无线射频方式发送给对应的光伏路由节点200，实现光伏发电节点状态参数的无线传输。
作为本发明的一个优选实施例，光伏发电组件110采用SUN-220型高效率晶硅太阳能电池组件，DC-DC模块120采用高性能的LTC3255开关电容降压转换器，采用直流电流传感器TBC10SY采集光伏组件输出电流，采用分压电路和电压跟随器电路采样光伏组件输出电压，采用SHT11数字式温湿度传感器采集太阳能电池组件背板环境参数，采用TSL2561型数字式光强传感器采集太阳能电池组件正面的光强参数，上述所有传感器模块采集的电参数和环境参数被传输给CC2530模块130内嵌的8051单片机的I/O口。采用IT公司的CC2530F128芯片设计CC2530模块130，通过写入初始化程序和应用程序，实现光伏发电阵列中光伏发电节点和光伏路由节点的初始化和组网。另外，可以选择使用MCU+CC2420、CC2430、CC2431、CC2531、CC2533、LPR2430、MCU+nRF905、MCU+nRF2401来代替CC2530模块130。
在一种可能的具体实现方式中，如图3所示，光伏路由节点200的传感器模块240包括：电压采样电路241，用于采集所述光伏路由节点200的电压参数；电流采样电路242，用于采集所述光伏路由节点200的电流参数；温湿度传感器243，用于采集所述光伏路由节点200的温湿度参数；光强传感器244，用于采集所述光伏路由节点200所处环境的光强参数。与光伏发电节点100类似地，本领域技术人员应能理解，光伏路由节点200的传感器模块240可以包括以上一种或多种模块，也可以包括其他用于采集光伏发电组件210参数的模块。
在一种可能的具体实现方式中，如图3所示，光伏发电组件210可以为太阳能电池组件，光伏路由节点200还可以包括DC-DC模块220。其中，太阳能电池组件与DC-DC模块220相连，DC-DC模块220的输出端与CC2530模块230和传感器模块240相连；所述电压采样电路241和电流采样电路242的一端与太阳能电池组件的输出端相连，另一端与CC2530模块230内嵌的8051单片机的I/O口相连，温湿度传感器243和光强传感器244采集电池组件背板和环境参数，与CC2530模块230内嵌的8051单片机的I/O口相连。
CC2530模块230通过USB模块250、485通讯模块260、WiFi模块270与其他外设进行多种方式的信息交互。具体地，USB模块250主要用于现场调试和数据直接读取，以及与采用USB方式连接的其他模块进行数据传输；在使用过程中直接通过USB数据线连接，通过调试软件进行现场调试。485通讯模块260是标准的工业数据传输模块，用于光伏路由节点之间的数据传输，也可以用于光伏路由节点与其他外设，例如中心服务器、逆变器等电力设备之间通信；使用过程中直接连接数据线。WiFi模块270主要辅助本地服务器与外设之间进行短距离的无线传输，传输对象可以是连接到中心服务器的交换机，也可以是专用的数据访问和接受终端，例如装有专业软件的便携式电脑，也可以作为邻近光伏路由节点连接因特网的无线信号中继站等。光伏路由节点通过开关按钮选择开启WiFi，WiFi模块270则根据实际需要开始工作；如果需要接入英特网，RJ-45模块则具有优先权，在有线网连接的情况下，WiFi模块270进入等待模式，在等待模式下，可以作为邻近光伏路由节点的无线中继。
在光伏路由节点200工作时，太阳能电池组件将太阳能转换成电能，通过输出端口传输，DC-DC模块220与太阳能电池组件的输出端相连，将直流电降压成+12V，+5V和+3.3V低压直流电，为其他模块供电，电压采样电路241和电流采样电路242采集太阳能电池组件的输出端电压和电流参数，传输给CC2530模块230内嵌的8051单片机的I/O口，实现电参数的采集，温湿度传感器243紧贴在太阳能电池组件背板，检测其温湿度等参数，光强传感器244嵌入在太阳能电池组件的正面，实现环境光强参数的采集，其中环境参数光强和电参数是综合判断太阳能电池组件工作状态的重要依据。光伏路由节点200中的CC2530模块230将自身的状态参数和接收到的光伏发电节点的状态参数存储在内置的存储器中，通过无线射频方式定时发送给对应的第一协调器，实现光伏发电阵列状态参数的无线传输。
作为本发明的一个优选实施例，光伏发电组件210采用SUN-220型高效率晶硅太阳能电池组件，采用高性能的LTC3255开关电容降压转换器设计DC-DC模块，采用RTL8188CUS芯片设计WiFi模块270，采用PL2303HX芯片设计USB模块250，采用MAX485CPA芯片设计485通讯模块260，采用直流电流传感器TBC10SY采集光伏组件输出电流，采用分压电路和电压跟随器电路采样光伏组件输出电压，采用SHT11数字式温湿度传感器采集太阳能电池组件背板环境参数，采用TSL2561型数字式光强传感器采集太阳能电池组件正面的光强参数，上述所有传感器模块采集的电参数和环境参数被传输给CC2530模块230内嵌的8051单片机的I/O口。采用IT公司的CC2530F128芯片设计CC2530模块230，通过写入初始化程序和应用程序，实现光伏路由节点的初始化和组网。USB模块250、485通讯模块260和WiFi模块270分别与CC2530F128芯片的串口相连，连通多种外设。
在一种可能的具体实现方式中，如图4所示，第一协调器300可以包括电源模块330、CC2530模块350、WiFi模块340、USB模块320和RS232模块310。其中，电源模块330分别与CC2530模块350、WiFi模块340、USB模块320和RS232模块310相连，为上述模块供电；CC2530模块350通过RS232模块310、USB模块320、WiFi模块340与其他外设进行多种方式的信息交互。其中，通过USB模块320和WiFi模块340与外设进行信息交互的说明可以参考在光伏路由节点中的说明，RS-232-C是美国电子工业协会EIA(Electronic IndustryAssociation)制定的一种串行物理接口标准，RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。
在第一协调器300工作时，电源模块330首先将220V交流电转换成+12V，+5V和+3.3V低压直流电，为其他模块供电。系统组网成功后，第一协调器中的CC2530模块350将接收到的来自光伏路由节点200发送的状态参数通过RS232模块310实时传输给与第一协调器300相连的第一网关400，实现光伏发电阵列状态参数的汇集。
作为本发明的一个优选实施例，第一协调器300采用RTL8188CUS芯片设计WiFi模块340，采用PL2303HX芯片设计USB模块320，采用MAX3232E芯片设计RS232模块310，采用IT公司的CC2530F128芯片设计CC2530模块350，通过写入协调器应用程序，实现协调器组网。RS232模块310、USB模块320和WiFi模块340分别与CC2530F128芯片的串口相连，连通多种外设。
在一种可能的具体实现方式中，如图5所示，第一网关400可以包括电源模块440、ARM处理器430、USB模块450、RS232模块460、存储器420和RJ-45网络模块410。其中，电源模块440分别与ARM处理器430、USB模块450、RS232模块460、存储器420和RJ-45网络模块410相连，为上述模块供电；ARM处理器430通过RS232模块460、USB模块450、RJ-45网络模块410与其他外设进行多种方式的信息交互。其中，通过USB模块450与外设进行信息交互的说明可以参考在光伏路由节点中的说明。
在第一网关400工作时，电源模块440首先将220V交流电转换成+12V，+5V和+3.3V低压直流电，为其他模块供电。ARM处理器430上电开始工作后，首先通过RS232模块460读取来自协调器的数据，并将数据按照状态参数表单直接存储在存储器中，当RJ-45网络模块接入因特网后，将存储器的数据定时发送给中心服务器，实现光伏发电系统状态参数的永久存储。
作为本发明的一个优选实施例，第一网关400采用RTL8188CUS芯片设计WiFi模块，采用PL2303HX芯片设计USB模块450，采用MAX3232E芯片设计RS232模块460，采用DM9000芯片设计RJ-45网络模块410，采用S3C6410XH芯片设计ARM处理器430，采用M29W032DB芯片设计存储器420。
实施例2
在上一实施例的基础上，该光伏发电系统还可以包括：存储器(可以参见图5的第一网关400中的存储器420)，所述存储器420将各所述光伏发电节点的物理地址与ID号、以及所述光伏路由节点的物理地址与ID号相关联地存储；参见图1，在所述第一网关基于所接收到的各所述光伏发电阵列的状态参数确定所述光伏发电阵列中某个光伏发电节点和/或光伏路由节点出现运行故障的情况下，中心服务器1100基于该光伏发电节点的ID号和/或该光伏路由节点的ID号从所述存储器获取相应的物理地址，并发送表示该物理地址处的光伏发电节点和/或光伏路由节点出现了故障的消息至特定的客户端。
其中，需要说明的是，图5中存储器420设置在第一网关400仅是一种示例，存储器还可以设置在中心服务器1100，或者采用独立的存储器。
在一种可能的实现方式中，特定的客户端可以是与中心服务器1100通过英特网通讯的PC客户端1200，也可以是与中心服务器1100通过3G基站1300进行无线通讯的移动客户端1400。
特别地，PC客户端1200可以为台式机、便携式电脑和上网本等，必须通过有效方式接入英特网，其安装的客户端软件可以直接从中心服务器1100下载光伏发电系统中的所有工作状态信息，包括历史数据；移动客户端1400可以为带有3G模块的手机、PAD和便携式电脑，其安装的软件只能从中心服务器1100下载主要的实时参数，例如系统总体状态参数和故障告警数据等。
这样，通过将各光伏发电节点的物理地址与ID号、以及各光伏路由节点的物理地址与ID号相关联地存储在存储器中，根据本发明的光伏发电系统能够精确定位各个光伏发电节点和光伏路由节点，在系统出现异常的时候，能够快速得知该故障组件的精确位置，从而能够以最短的时间处理组件的故障，减小了异常状态的组件对整个光伏发电系统的影响，提高了光伏发电系统的安全性和使用寿命。
在一种可能的实现方式中，如图6所示，本发明的光伏发电系统还包括定位辅助终端50，所述定位辅助终端50确定待安装的物理地址，获取待安装至该物理地址的光伏发电节点和/或光伏路由节点的ID号，并在将该物理地址与该ID号相关联地存储至所述存储器420之后，提示操作人员将该光伏发电节点和/或光伏路由节点安装至该物理地址。
具体地，如图6所示，该定位辅助终端50连接有一台便携式电脑。在本发明的实施例中，定位辅助终端设备主要用于在伏发电节点和/或光伏路由节点安装过程中智能读取各自的ID号，生成ID号与特定的物理地址对照表数据。更具体地，在伏发电节点和/或光伏路由节点生产的最后一个环节写入了相应的应用程序和一个初始化程序，在太阳能电池组件接收光照时光伏发电节点的CC2530模块130和/或光伏路由节点的CC2530模块230开始工作，首先运行初始化程序，发送自身的ID号数据给周围的定位辅助终端，如果有定位辅助终端接收到ID号数据信息，并成功与规定的物理地址建立关联，则向光伏发电节点的CC2530模块130和/或光伏路由节点的CC2530模块230发送确认指令，并进行声光信息提示现场的工作人员，当光伏发电节点的CC2530模块130和/或光伏路由节点的CC2530模块230收到确认指令后，LED指示灯长亮5秒后熄灭，表示初始化过程完毕，运行应用程序，且再次上电复位以后，已经进行初始化的光伏发电节点和光伏路由节点直接运行应用程序；如果伏发电节点和/或光伏路由节点在开封包装见到光照，各自的CC2530模块运行初始化程序后，一直没有接收到来自任何定位辅助终端的确认指令，则一直循环运行初始化程序。特别地，没有完成初始化过程的伏发电节点和/或光伏路由节点不能参与组网。
在一种可能的具体实现方式中，如图7所示，定位辅助终端50可以包括电源模块53、CC2530模块54、USB模块51和RS232模块52。其中，电源模块53分别与CC2530模块54、USB模块51和RS232模块52相连，为这些模块供电；CC2530模块54通过RS232模块52和USB模块51与便携式电脑相连，用于传输光伏发电节点和光伏路由节点的ID号。
在定位辅助终端50工作时，电源模块53首先将+5V转为+3.3V，为CC2530模块54、USB模块51和RS232模块52供电。当定位辅助终端50通过USB模块51连接到便携式电脑后，通过CC2530模块54发出搜索指令，当接收到光伏发电节点和/或光伏路由节点发送自身的ID号，通过RS232模块52和USB模块51传输给便携式电脑，电脑完成ID号与物理地址数据表单的对照后，传输一个指令给CC2530模块54，CC2530模块54再将该指令发送给光伏发电节点和/或光伏路由节点，告知其初始化过程完毕。
作为本发明的一个优选实施例，定位辅助终端50采用PL2303HX芯片设计USB模块51，采用MAX3232E芯片设计RS232模块52，采用IT公司的CC2530F128芯片设计CC2530模块54，通过写入定位辅助终端程序，并运行与之相连的便携式电脑应用程序，才能实现辅助建立ID号-物理地址对照表，实现光伏组件阵列的组网。
在一种可能的实现方式中，如图1所示，本发明的光伏发电系统还包括至少一个逆变器(例如逆变器600#1～600#n)以及第二协调器800。第二协调器800能够接收各所述逆变器600#1～600#n的状态参数，并将所接收到的所述逆变器的状态参数发送至与所述第二协调器800相连的第二网关900，所述第二网关900基于接收到的状态参数确定各所述逆变器的运行状态，并经由英特网将所接收到的逆变器的状态参数和所确定的运行状态发送至所述中心服务器1100。
其中，如图8所示，各所述逆变器包括用于将至少一个所述光伏发电节点和/或光伏路由节点输出的直流电转换为交流电的直流-交流转换模块610、用于采集所述逆变器的状态参数的传感器模块640、以及用于无线发送所述逆变器的状态参数的无线通信模块例如CC2530模块650；第二协调器800可以参见图4示出的第一协调器300的具体结构以及实施例1中对第一协调器300的相关说明，第二网关900可以参见图5示出的第一网关400的具体结构以及实施例1中对第一网关400的相关说明。
在一种可能的具体实现方式中，如图8所示，逆变器600还可以包括电源模块660、电压互感器620、电流互感器630、以及485通讯模块670，所述传感器模块640包括温湿度传感器641和噪声传感器642。其中，电源模块660与CC2530模块650、485通讯模块670和传感器模块640相连，为上述模块供电，DC-AC模块610输入端与后述的汇流器500相连，DC-AC模块610还通过电流互感器620和电压互感器630与CC2530模块650内嵌的8051单片机的I/O口相连，分别用于采集逆变器600的电流参数和电压参数，温湿度传感器641和噪声传感器642采集逆变器600箱体内部参数、例如温湿度参数和环境噪声参数等，与CC2530模块650内嵌的8051单片机的I/O口相连；CC2530模块650通过485通讯模块670与其他外设进行信息交互。
需要说明的是，逆变器600的传感器模块640还可以包括电流互感器620、电压互感器630、温湿度传感器641、以及噪声传感器642中的至少一种。
在逆变器600工作时，电源模块660将220V交流电转换成+12V，+5V和+3.3V低压直流电，为其他模块供电，电压互感器620和电流互感器630采集干路上直流侧和交流侧的电能参数，通过信号调理电路后传输给CC2530模块650内嵌的8051单片机带A/D功能的I/O口，实现电参数的采集，温湿度传感器641和噪声传感器642放置在逆变器600箱体内部，检测其温湿度和噪声等参数。逆变器600中的CC2530模块650将采集到电参数通过无线射频方式定时发送给第二协调器800，实现逆变器600状态参数的无线传输。
作为本发明的一个优选实施例，逆变器600采用MAX485CPA芯片设计485通讯模块670，采用KCE-IZ01型直流电流互感器和TA1626-4M型交流电流互感器，采用JLBV1000FA型直流电压互感器和TVS1908-03型交流电压互感器，采用SHT11数字式温湿度传感器和TZ-2KA型噪声传感器采集逆变器箱体的环境参数，上述所有传感器模块采集的电参数和环境参数被传输给CC2530模块650内嵌的8051单片机的I/O口。采用IT公司的CC2530F128芯片设计CC2530模块650，通过写入应用程序，实现逆变器的组网。DC-AC模块610采用光伏电站通用的逆变器；485通讯模块670与CC2530F128芯片的串口相连，连通其他外设。
在一种可能的实现方式中，如图1所示，本发明的光伏发电系统还包括汇流器500，该汇流器500用于将至少一个所述光伏发电节点和/或光伏路由节点输出的直流电汇流，并输出至与该汇流器500相连的各所述逆变器；以及至少一个控制器(例如控制器700#1～700#m)，如图9所示，各所述控制器包括用于检测所述汇流器500的干路电压和电流以及控制所述逆变器的控制器模块710、用于采集所述控制器的状态参数的传感器模块例如温湿度传感器741、以及用于无线发送所述控制器的状态参数的无线通信模块例如CC2530模块750。其中，所述第二协调器800能够接受各所述控制器的状态参数，并将所接收到的所述控制器的状态参数发送至所述第二网关900，所述第二网关基于接收到的状态参数确定各所述控制器的运行状态，并经由英特网将所接收到的控制器的状态参数和所确定的运行状态发送至所述中心服务器1100。
在一种可能的具体实现方式中，所有的光伏发电节点和光伏路由节点组成的光伏发电阵列输出的直流电能通过串联和并联的方式进行连接，并通过汇流器500与多个逆变器600#1～600#n相连。
在一种可能的具体实现方式中，如图9所示，控制器700还可以包括电源模块760、电流互感器720、电压互感器730、以及485通讯模块770。其中，电源模块760与控制器模块710、CC2530模块750、485通讯模块770和温湿度传感器741相连，为上述模块供电，控制器模块710与逆变器600相连，并通过电流互感器720和电压互感器730与CC2530模块750内嵌的8051单片机的I/O口相连，温湿度传感器741采集控制器700箱体内部参数，与CC2530模块750内嵌的8051单片机的I/O口相连；CC2530模块750通过485通讯模块770与其他外设进行信息交互。
在控制器700工作时，电源模块760将220V交流电转换成+12V，+5V和+3.3V低压直流电，为其他模块供电，电压互感器730和电流互感器720采集干路上的电能参数，通过信号调理电路后传输给CC2530模块750内嵌的8051单片机带A/D功能的I/O口，实现电参数的采集，温湿度传感器741放置在控制箱内部，检测其温湿度等参数。控制器中的CC2530模块750将采集到电参数通过无线射频方式定时发送给第二协调器800，实现控制器700状态参数的无线传输。
作为本发明的一个优选实施例，控制器700采用MAX485CPA芯片设计485通讯模块770，采用KCE-IZ01型直流电流互感器720，采用JLBV1000FA型直流电压互感器730，采用SHT11数字式温湿度传感器采集控制器箱体的环境参数，上述所有传感器模块采集的电参数和环境参数被传输给CC2530模块750内嵌的8051单片机的I/O口。采用IT公司的CC2530F128芯片设计CC2530模块750，通过写入应用程序，实现控制器的组网。控制器模块采用光伏电站通用的控制器；485通讯模块770与CC2530F128芯片的串口相连，连通其他外设。
本发明将CC2530模块应用于光伏发电阵列中的伏发电节点和/或光伏路由节点、逆变器、控制器，通过电压电流和温湿度、光强和噪声等环境参数传感，获取整个发电站系统的状态参数，具有信息完备、实时准确、性价比高等优点；另外，本发明采用客户端、服务器、网关、路由等四层网络结构，构建基于光伏发电节点的无线传感器网络系统，具有通信稳定、系统集成、拓展性强、操作简便等优点；并且，采用定位辅助终端在光伏发电节点和/或光伏路由节点安装过程中自动读取ID号，实现了太阳能电池组件的无差别安装，具有精确智能、安装规范、操作简便等优点。
本发明提供的信息型光伏发电站系统克服了传统光伏电站不能获取状态信息的困难，采用无线传感器网络技术，构建基于有线和无线通信方式有机结合的复杂的信息网络系统，实现了精确到每个组件工作状态参数的监测、信息的可靠传输和系统的智能化管理，提高了系统运行的稳定性和可靠性，延长使用寿面，并通过对控制器和逆变器的远程控制，实现系统电能转换的最优化策略，提高整个系统的工作效率；采用多种客户端模式，满足了不同身份的客户需求，具有信息完整、显示直观、操作简便等特点。
本发明提供的基于无线传感器网络技术的信息型光伏发电系统主要由中心服务器、客户端、网关、协调器、光伏发电节点、光伏路由节点、控制器和逆变器等八部分构成，在太阳能电池组件、控制器和逆变器中嵌入无线传感器网络节点，采集光伏发电站系统所有环节的特征参数，通过无线和有线的方式将系统所有特征参数汇集到中心服务器，通过多种终端平台进行远程访问和管理。本发明提供的系统具有数据完备、科学精确、准确可信等特点，数据的网络结构层次分明，稳定可靠，具有较强的鲁棒性；中心服务器采用专业的数据库对数据进行管理和存储，信息集成、管理科学、安全稳定、使用方便；多种客户端满足了不同身份用户的需求，具有显示直观、操作简便、管理有效等显著优点。本发明不仅可以对光伏发电站的运行状态进行实时监测，还可以对常见故障状态进行检测，并通过精确定位策略辅助故障解除，对提升传统光伏发电站的管理水平和信息化程度具有重要的现实意义，在光伏发电应用领域及相关电力行业具有推广应用价值。
实施例3
图10为本发明一实施例的光伏发电系统的故障检测方法的流程示意图，该故障检测方法可以应用于上述实施例中任意一种结构的光伏发电系统。如图10所示，该方法具体可以包括以下步骤：
步骤S1010、第一网关基于所接收到的光伏发电阵列的状态参数确定各所述光伏发电阵列的运行状态，以判断所述光伏发电阵列中某个光伏发电节点和/或光伏路由节点是否出现运行故障；以及
步骤S1020、在所述第一网关确定所述光伏发电阵列中某个光伏发电节点和/或光伏路由节点出现运行故障的情况下，所述中心服务器基于该光伏发电节点和/或光伏路由节点的ID号获取相应的物理地址，并发送表示该物理地址处的光伏发电节点和/或光伏路由节点出现了故障的消息至特定的客户端。
这样能够在光伏发电系统出现异常的时候，快速得知该故障组件的精确位置，从而能够以最短的时间处理组件的故障，减小了异常状态的组件对整个光伏发电系统的影响，提高了光伏发电系统的安全性和使用寿命。
在一种可能的实现方式中，步骤S1010之前还可以包括：步骤S1030、预先将各所述光伏发电节点的物理地址与ID号、以及所述光伏路由节点的物理地址与ID号相关联地存储。
在一种可能的具体实现方式中，步骤S1030可以包括：
步骤S1031、确定待安装光伏发电节点和/或光伏路由节点的物理地址；
步骤S1032、获取待安装至该物理地址的光伏发电节点和/或光伏路由节点的ID号；
步骤S1033、在将该物理地址与该ID号相关联地进行存储之后，提示操作人员将该光伏发电节点和/或光伏路由节点安装至该物理地址。
其中，也可以向第二网关中导入其所连接的各光伏发电阵列的ID号与物理地址的关系。这样，在发现光伏发电阵列中的某个光伏发电节点和/或光伏路由节点出现故障时，可以方便地确定故障位置，从而进行故障排除等处理。
这样，通过将各光伏发电节点的物理地址与ID号、以及各光伏路由节点的物理地址与ID号相关联地存储在存储器中，根据本发明的故障检测方法能够精确定位各个光伏发电节点和光伏路由节点，在系统出现异常的时候，能够快速得知该故障组件的精确位置，从而能够以最短的时间处理组件的故障，减小了异常状态的组件对整个光伏发电系统的影响，提高了光伏发电系统的安全性和使用寿命。
实施例4
图11为本发明一实施例的光伏发电系统的运行方法的流程示意图，该方法可以应用于上述实施例中任意一种结构的光伏发电系统，如图11所示，该方法具体可以包括以下步骤：
步骤S1110、生产光伏发电阵列。具体地，在组成光伏发电阵列的光伏发电节点和光伏路由节点的生产过程中，给各自的CC2530模块写入相应的程序，并赋予唯一的ID号。其中，写入至CC2530模块的程序分为两部分，一部分为初始化程序，包含唯一的64位二进制ID号编制，另一部分为应用程序，用于实现传感器模块信息的采集、处理和存储，并通过射频方式定时发送。
步骤S1120、现场安装光伏发电阵列。具体地，拆封光伏发电阵列中的光伏发电节点和光伏路由节点包装以接收光照，并且，各自的CC2530模块开始工作，首先将自身的ID号发送给定位辅助终端，与定位辅助终端相连的便携式电脑运行的软件根据规定的安装规程将特定的物理地址与ID号对应，并声光提示现场施工人员安装已经读入完毕的光伏发电节点和/或光伏路由节点。
作为本发明的一个实施例，假设光伏发电阵列被划分成若干个矩阵单元，每个矩阵单元包含49个光伏发电节点和1个光伏路由节点(以下也将光伏发电节点和光伏路由节点统称为节点组件)，共有50个太阳能电池组件，每个矩阵单元共有5行*10列。例如，第一个矩阵单元的物理地址命名规则为：第一行节点组件的物理地址为A0101-A0110，其中，第一个字母例如A表示区域、前两位数字例如01表示行号、后两位数字例如10表示列号，第二行节点组件的物理地址为A0201-A0210，……，第五行节点组件的物理地址为A0501-A0510；第二个矩阵单元的物理地址命名规则为：第一行节点组件的物理地址为A0111-A0120，第二行节点组件的物理地址为A0211-A0220，……，第五行节点组件的物理地址为A0511-A0520。以此类推其他矩阵单元的物理地址命名规则。
在现场安装施工过程中，必须严格按照上述分区规则划分的网络拓扑结构安装，可以多个矩阵单元同时施工。以第一个矩阵单元施工过程为例，要求按照A0101、A0102、A0103、……、A0110、A0201、A0202、A0203、……、A0210、A0301、A0302、A0303、……、A0310、A0401、A0402、A0403、……、A0410、A0501、A0502、A0503、……、A0510的物理地址顺序安装；首先，启动定位辅助终端和与之相连的便携式电脑上安装的定位辅助软件，根据物理地址编写规则，第一个默认的物理地址为A0101；当第一块光伏发电节点和/或光伏路由节点被拆封包装时，因为太阳能电池组件接收光照开始发电，光伏发电节点和/或光伏路由节点包含的DC-DC模块工作，CC2530模块上电后运行初始化程序，定时循环对外发送自身的ID号，在光伏发电节点和/或光伏路由节点与定位辅助终端直线距离小于5米的情况下，定位辅助终端才能有效读取到光伏发电节点和/或光伏路由节点CC2530模块发送的ID号，当定位辅助终端获取一个ID号以后，立刻通过USB接口发送给与之相连的便携式电脑，记录下物理地址A0101和相应的ID号后，立刻发送一条确认指令给定位辅助终端，并给现场工作人员进行声光提示，定位辅助终端立刻将确认指令通过CC2530模块发送给待安装的光伏发电节点和/或光伏路由节点，光伏发电节点和/或光伏路由节点接收到确认指令后，完成程序初始化，例如可以将LED指示灯设置为长亮5秒后熄灭，以提示现场工作人员可以将初始化完毕的光伏发电节点和/或光伏路由节点安装在物理地址为A0101的位置。初始化成功的光伏发电节点和/或光伏路由节点再次上电复位后不再运行初始化程序，直接运行应用程序。按照类似的步骤顺序安装剩下的光伏发电节点和/或光伏路由节点。特别地，本实施例中第一个矩阵单元唯一的光伏路由节点的物理地址可以是A0305或A0306。光伏发电节点和光伏路由节点的ID号在包装上明确标识。
根据上述安装方法能够实现光伏发电节点和/或光伏路由节点的无差别安装。所谓无差别安装，即要求一批光伏发电节点和/或光伏路由节点在现场安装过程中没有先后顺序，可以在一批光伏发电节点和/或光伏路由节点中任意抽取一件安装在任何位置。但是每个光伏发电节点和/或光伏路由节点在生产过程中都进行了唯一的ID编号，这个ID号也是识别该太阳能电池组件的唯一标识，为了现场巡检和维护，还需要对现场安装的光伏发电节点和/或光伏路由节点进行物理编址，例如A0206(表示第二行，第六列的太阳能电池组件)，现场工作人员也只能通过物理地址寻找光伏发电节点和/或光伏路由节点，因此，需要在现场安装过程中将物理地址与安装在该物理地址的光伏发电节点和/或光伏路由节点的ID号对应。
然而，需要说明的是，在生产环节，提供的产品只有两种，即光伏发电节点和光伏路由节点，但在现场安装时，所有光伏发电节点的功能是无差别的，所有的光伏路由节点的功能是无差别的，在安装过程中也没有先后顺序。但是，因为光伏发电节点和/或光伏路由节点中的CC2530模块写入了程序，并有唯一的ID号，ID号是光伏发电节点和/或光伏路由节点的唯一身份标识，也是组网后识别节点的身份号，为了现场维护，需要对现场安装完毕的太阳能电池组件进行物理编址，为了使物理地址与ID号对应，在安装过程中要规定安装规约，规约用于匹配物理地址和ID号，并生成数据表，作为光伏发电节点和光伏路由节点入网的必要条件。通过上述方法，可以使得光伏发电节点和/或光伏路由节点在拆封过程中，不用考虑先后顺序，通过定位辅助终端，现场读取ID号，并与实际安装的物理地址匹配，从而实现了无差别安装。这里的无差别是指一批光伏发电节点和光伏路由节点在现场安装时没有拆封顺序的不同，但是必须按照上述安装规约严格施工，否则会出现物理地址和ID号匹配错误的情况。
此外，也可以对各逆变器、各控制器进行类似地安装。
步骤S1130、将步骤S1120中通过定位辅助终端和软件生成的ID号与物理地址数据库导入对应的网关，实现整个信息型光伏发电系统的组网。
作为本发明的一个实施例，在步骤S1120中如果有多个施工小组，则有多个定位辅助终端和软件生成多个ID号与物理地址数据库，需要根据网络的拓扑结构进行数据库的融合和再划分，确保ID号与物理地址数据库和网关所管理的网络拓扑结构对应，才能够将新的ID号与物理地址数据库导入到对应的网关中。特别地，光伏发电节点和/或光伏路由节点的ID号没有被导入对应的网关，则该光伏发电节点和/或光伏路由节点不能实现入网。
步骤S1140、在光伏发电阵列现场安装完毕后，运行中心服务器、网关和协调器程序。其中，中心服务器安装有专业的服务器程序，用于收集、处理、分析和存储来自所有网关的数据，并通过数据库进行数据管理，数据在中心服务器超大规模硬盘上永久保存。网关和协调器也安装有专业软件，当协调器上电工作后，首先开启CC2530模块，接收来自光伏路由节点的数据信息，并将接收到的数据通过串口通信方式发送给网关，网关接收到数据后，与已经导入的ID号表单进行比对，如果为需要存储的ID号光伏发电节点和/或光伏路由节点的状态参数，则进行存储，如果接收到的数据的ID号不在网关导入的ID号表单中，则数据被清除。
步骤S1150、运行移动客户端和PC客户端软件，从中心服务器读取系统数据，通过客户端软件查看光伏发电系统的运行状态。
作为本发明的一个实施例，PC客户端为通过有线或无线方式连接英特网的台式机和便携式电脑，并安装了专业的PC客户端软件，软件启动后，通过英特网从中心服务器下载整个光伏发电站系统的数据，包括每个光伏发电节点和光伏路由节点的电压、电流、温湿度、光强，控制器检测的干路电压、电流，控制器开关启闭状态，控制箱温湿度，逆变器直流侧和交流侧的电压和电流、转换效率，交流侧电能品质因数，逆变箱温湿度和噪声，系统总发电量等参数。在PC客户端软件中，根据网络拓扑结构，将光伏组件阵列分成了若干个区，每个区为一个协调器和一个网关管理的所有组件，并分成了若干个组，一个组为一个光伏路由节点负责的所有光伏发电节点；当点击节点图标时，对话框窗口显示该节点的当前特征参数，以及物理地址等信息。
作为本发明的一个实施例，移动客户端为通过3G网络通讯的手机、PAD和便携式电脑等，安装有专业的移动客户端软件。软件启动后，通过3G移动基站从中心服务器下载光伏发电系统的部分数据，包括每个节光伏发电节点和光伏路由节点的电压、电流，控制器检测的干路电压、电流，控制器开关启闭状态，逆变器直流侧和交流侧的电压和电流、转换效率，系统总发电量等参数。在移动客户端软件中，同样保持网络拓扑结构，当点击节点图标时，对话框窗口显示该节点的当前特征参数，以及物理地址等信息。
类似地，还可以通过客户端软件查看光伏发电站系统其他组件例如逆变器、控制器等的状态参数。
步骤S1160、如果某个光伏发电节点和/或光伏路由节点工作异常，客户端软件将进行标记和提示，点击出现故障的光伏发电节点和/或光伏路由节点图标，能够获取提示的故障信息和故障光伏发电节点和/或光伏路由节点的物理地址。
作为本发明的一个实施例，当系统中的某个光伏发电节点和/或光伏路由节点出现故障时，代表该光伏发电节点和/或光伏路由节点的图标和其所在的区域图标和组图标都会用不同的颜色进行标记，并闪烁提示，当点击节点图标，对话窗口将提示故障节点的物理地址，工作人员记录并确认已经查看，并现场输入维修需要的时间，该节点维修时间内不再进行故障闪烁提示，但节点图标仍然为故障未解除颜色，当故障解除时，节点图标颜色自动回复正常；如果维修时间到，故障没有被有效排除，故障节点将再次提示故障信息。特别地，移动客户端可以查看当前故障节点的故障信息和物理地址，但无权限设置故障维修时间和故障解除。
步骤S1170、通知现场工作人员根据物理地址找到发生故障的光伏发电节点和/或光伏路由节点，并根据故障提示信息排除故障。
其中，所述节点故障状态包括太阳能电池组件输出电压和电流参数、温湿度和光照等环境参数异常，也可能是光伏发电节点和/或光伏路由节点其他电路工作异常，一般情况下需要现场更换或返厂维修。
类似地，在发现逆变器和/或控制器的出现运行故障的情况下，也可以通过客户端软件将进行标记和提示，并采用类似地方法处理故障。
根据本发明的故障检测方法不仅可以对光伏发电站的运行状态进行实时监测，还可以对常见故障状态进行检测，并通过精确定位策略辅助故障解除，对提升传统光伏发电站的管理水平和信息化程度具有重要的现实意义，在光伏发电应用领域及相关电力行业具有推广应用价值。
本领域普通技术人员可以意识到，本文所描述的实施例中的各示例性单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件形式来实现，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以针对特定的应用选择不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
如果以计算机软件的形式来实现所述功能并作为独立的产品销售或使用时，则在一定程度上可认为本发明的技术方案的全部或部分(例如对现有技术做出贡献的部分)是以计算机软件产品的形式体现的。该计算机软件产品通常存储在计算机可读取的非易失性存储介质中，包括若干指令用以使得计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括至少一个光伏发电站和能够经由英特网与各所述光伏发电站通信的中心服务器，其中，各所述光伏发电站包括：
多个光伏发电阵列，各所述光伏发电阵列包括多个光伏发电节点和能够与所述阵列内的各所述光伏发电节点进行无线通信的光伏路由节点，所述光伏路由节点用于收集与所述光伏路由节点进行无线通信的各所述光伏发电节点的状态参数；
第一协调器，所述第一协调器能够与至少一个所述光伏路由节点无线通信，所述第一协调器从与其进行无线通信的各所述光伏路由节点接收该光伏路由节点自身的状态参数以及该光伏路由节点收集的状态参数；以及
第一网关，所述第一网关与所述第一协调器相连，用于基于从所述第一协调器接收到的状态参数确定各所述光伏发电阵列的运行状态，并将接收到的状态参数和所确定的运行状态发送至所述中心服务器。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，
所述光伏发电节点包括光伏发电组件、用于采集所述光伏发电节点的状态参数的传感器模块、以及用于向与所述光伏发电节点相通信的光伏路由节点无线发送所述光伏发电节点的状态参数的无线通信模块；
所述光伏路由节点包括光伏发电组件、用于采集所述光伏路由节点的状态参数的传感器模块、以及用于收集与所述光伏路由节点进行无线通信的各所述光伏发电节点的状态参数的无线通信模块，所述无线通信模块还用于增强并发送所接收到的状态参数以及该光伏路由节点自身的状态参数。
3.根据权利要求2所述的光伏发电系统，其特征在于，
各所述光伏发电阵列所包括的光伏路由节点位于该光伏发电阵列的几何中心，以使得所述光伏路由节点能够有效地与该光伏发电阵列所包括的多个光伏发电节点相通信。
4.根据权利要求2或3所述的光伏发电系统，其特征在于，还包括存储器，
所述存储器将各所述光伏发电节点的物理地址与ID号相关联地存储，并将所述光伏路由节点的物理地址与ID号相关联地存储；
在所述第一网关确定某个光伏发电节点出现运行故障的情况下，所述中心服务器基于该光伏发电节点的ID号从所述存储器获取相应的物理地址，并发送表示该物理地址处的光伏发电节点出现了故障的消息至特定的客户端；和/或
在所述第一网关确定某个光伏路由节点出现运行故障的情况下，所述中心服务器基于该光伏路由节点的ID号从所述存储器获取相应的物理地址，并发送表示该物理地址处的光伏路由节点出现了故障的消息至特定的客户端。
5.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，还包括定位辅助终端，
所述定位辅助终端确定待安装的物理地址，获取待安装至该物理地址的光伏发电节点和/或光伏路由节点的ID号，并在将该物理地址与该ID号相关联地存储至所述存储器之后，提示操作人员将该光伏发电节点和/或光伏路由节点安装至该物理地址。
6.根据权利要求5所述的光伏发电系统，其特征在于，还包括：
至少一个逆变器，各所述逆变器包括用于将至少一个所述光伏发电节点和/或光伏路由节点输出的直流电转换为交流电的直流-交流转换模块、用于采集所述逆变器的状态参数的传感器模块、以及用于无线发送所述逆变器的状态参数的无线通信模块；以及
第二协调器，其能够接收各所述逆变器的状态参数，并将所接收到的状态参数发送至与所述第二协调器相连的第二网关，所述第二网关基于接收到的状态参数确定各所述逆变器的运行状态，并经由英特网将所接收到的状态参数和所确定的运行状态发送至所述中心服务器。
7.根据权利要求6所述的光伏发电系统，其特征在于，还包括：
至少一个汇流器，用于将至少一个所述光伏发电节点和/或光伏路由节点输出的直流电汇流，并输出至与所述汇流器相连的所述逆变器；以及
至少一个控制器，各所述控制器包括用于控制与其连接的所述逆变器的控制器模块、用于采集所述控制器的状态参数的传感器模块、以及用于无线发送所述控制器的状态参数的无线通信模块，
其中，所述第二协调器能够接受各所述控制器的状态参数，并将所接收到的状态参数发送至所述第二网关，所述第二网关基于接收到的状态参数确定各所述控制器的运行状态，并经由英特网将所接收到的状态参数和所确定的运行状态发送至所述中心服务器。
8.一种光伏发电系统的故障检测方法，其特征在于，所述光伏发电系统采用如权利要求1至7中任一项所述的光伏发电系统，所述故障检测方法包括：
第一网关基于所接收到的光伏发电阵列的状态参数确定各光伏发电阵列的运行状态；
在确定所述光伏发电阵列中某个光伏发电节点出现运行故障的情况下，中心服务器基于该光伏发电节点的ID号获取相应的物理地址，并发送表示该物理地址处的光伏发电节点出现了故障的消息至特定的客户端；以及/或者
在确定所述光伏发电阵列中某个光伏路由节点出现运行故障的情况下，中心服务器基于该光伏路由节点的ID号获取相应的物理地址，并发送表示该物理地址处的光伏路由节点出现了故障的消息至特定的客户端。
9.根据权利要求8所述的故障检测方法，其特征在于，还包括：将各所述光伏发电节点的物理地址与ID号相关联地存储，并将所述光伏路由节点的物理地址与ID号相关联地存储。
10.根据权利要求9所述的故障检测方法，其特征在于，将各所述光伏发电节点的物理地址与ID号相关联地存储，并将所述光伏路由节点的物理地址与ID号相关联地存储，包括：
确定待安装的物理地址；
获取待安装至该物理地址的光伏发电节点和/或光伏路由节点的ID号；以及
在将该物理地址与该ID号相关联地进行存储之后，提示操作人员将该光伏发电节点和/或光伏路由节点安装至该物理地址。
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