CN104704702A - 光伏发电系统及其故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光伏发电系统及其故障检测方法，其中，该光伏发电系统包括至少一个光伏发电微网和能够经由英特网与各光伏发电微网通信的中心服务器，并且各光伏发电微网包括：多个光伏发电节点，各光伏发电节点包括光伏发电组件、用于采集光伏发电节点的状态参数的传感器模块以及用于无线发送光伏发电节点的状态参数的无线通信模块；微网本地服务器，其能够接收各光伏发电节点的状态参数，确定各光伏发电节点的运行状态，并将所接收到的状态参数和所确定的运行状态经由英特网发送至中心服务器。本发明具有灵活的多微网结构，能够对每个光伏发电节点的工作状态参数进行精确监测，数据的网络结构层次分明，能够提高光伏发电系统的工作效率。

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，尤其涉及一种光伏发电系统及其故障检测方法。
背景技术
太阳能可以通过光伏发电组件转换成电能并进行存储和利用，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包括光伏发电组件阵列、汇流器和逆变器。一般来说，由串联和并联方式连接的光伏发电组件阵列输出的电能经汇流器集中后，通过逆变器逆变成交流电，以对特定区域的负载供电或者直接并入电网。
然而，光伏发电系统的工作效率低成了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％，而单晶硅光伏发电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。换言之，目前光伏转换效率的难以提高，使得有必要研发其他途径来有效提高光伏发电系统的整体工作效率。
发明内容
技术问题
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提高光伏发电系统的工作效率以尽量降低电价成本。
解决方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种光伏发电系统，包括至少一个光伏发电微网和能够经由英特网与各所述光伏发电微网通信的中心服务器，并且各所述光伏发电微网包括：
多个光伏发电节点，各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无线发送所述光伏发电节点的状态参数的无线通信模块；
微网本地服务器，其能够接收各所述光伏发电节点的状态参数，基于所接收到的光伏发电节点的状态参数确定各所述光伏发电节点的运行状态，并将所接收到的状态参数和所确定的运行状态经由英特网发送至所述中心服务器。
对于上述光伏发电系统，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；
所述微网本地服务器被配置为：在基于所接收到的光伏发电节点的状态参数确定某个光伏发电节点出现运行故障的情况下，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，并通过所述中心服务器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。
对于上述光伏发电系统，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光伏发电节点的物理地址，获取待安装至该物理地址的光伏发电节点的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安装至该物理地址。
对于上述光伏发电系统，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；
逆变器本地服务器，其能够接收各所述逆变器的状态参数，并将所接收到的所述逆变器的状态参数经由英特网发送至所述中心服务器。
对于上述光伏发电系统，在一种可能的实现方式中，所述逆变器的传感器模块包括以下至少一种：
电流互感器，用于采集所述逆变器的电流参数；
电压互感器，用于采集所述逆变器的电压参数；
温湿度传感器，用于采集所述逆变器的温湿度参数；
噪声传感器，用于采集所述逆变器的环境噪声参数。
对于上述光伏发电系统，在一种可能的实现方式中，各所述光伏发电节点的传感器模块包括以下至少一种：
电压采样电路，用于采集所述光伏发电组件的电压参数；
电流采样电路，用于采集所述光伏发电组件的电流参数；
温湿度传感器，用于采集所述光伏发电组件的温湿度参数；
光强传感器，用于采集所述光伏发电组件所处环境的光强参数。
为了解决上述技术问题，本发明还提供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本发明实施例中任意一种结构的光伏发电系统，所述故障检测方法包括：
各所述微网本地服务器基于所接收到的光伏发电节点的状态参数确定各所述光伏发电节点的运行状态；以及
在确定某个光伏发电节点出现运行故障的情况下，所述微网本地服务器基于该光伏发电节点的ID号获取相应的物理地址，并通过所述中心服务器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。
对于上述故障检测方法，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。
对于上述故障检测方法，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，包括：
确定待安装光伏发电节点的物理地址；
获取待安装至该物理地址的光伏发电节点的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安装至该物理地址。
有益效果
本发明实施例的光伏发电系统具有灵活的多微网结构，能够获取各微网中的光伏发电节点的状态参数，从而能够对每个光伏发电节点的工作状态参数进行精确监测，数据的网络结构层次分明，具有数据完备、精确、稳定可靠、鲁棒性强等特点，能够提高光伏发电系统的工作效率，从而可以降低电价成本。
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是本发明一实施例的光伏发电系统的结构示意图；
图2是本发明一实施例的光伏发电系统的光伏发电节点的结构示意图；
图3是本发明另一实施例的光伏发电系统的微网本地服务器的一种示例的结构示意图；
图4是本发明另一实施例的光伏发电系统的逆变器的结构示意图；
图5和图6是本发明另一实施例的光伏发电系统的定位辅助终端的结构示意图；
图7为本发明一实施例提供的光伏发电系统的故障检测方法的流程示意图；
图8为本发明另一实施例提供的光伏发电系统的故障检测方法的流程示意图。
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。
实施例一
图1是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，所述光伏发电系统包括至少一个光伏发电微网1000，以及能够经由英特网(Internet)与各所述光伏发电微网通信的中心服务器1100，并且各所述光伏发电微网1000包括：
多个光伏发电节点100，各所述光伏发电节点包括光伏发电组件(例如图2的太阳能电池组件110)、用于采集所述光伏发电节点的状态参数的传感器模块(例如图2的传感器模块140)以及用于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，图2中CC2530模块130可以实现无线通信模块的功能)；以及
微网本地服务器200，其能够接收各所述光伏发电节点100的状态参数，基于所接收到的光伏发电节点100的状态参数确定各所述光伏发电节点100的运行状态，并将所接收到的状态参数和所确定的运行状态经由英特网发送至所述中心服务器1100，以使得所述中心服务器1100能够显示各所述光伏发电节点100的状态参数和运行状态。
如图1所示，该光伏发电系统可以包括一个中心服务器1100，以及与中心服务器1100通过英特网通讯的多个(M+1)互相独立的无线传感器微网1000，其中，M个为光伏发电微网，一个为逆变器微网。每个光伏发电微网中可以包括一个微网本地服务器以及与每个微网本地服务器进行无线通讯的N个光伏发电节点。例如，微网本地服务器200#1连接光伏发电节点100#11至100#1N，微网本地服务器200#2连接光伏发电节点100#21至100#2N，微网本地服务器200#M连接光伏发电节点100#M1至100#MN。此外，该系统还可以包括与中心服务器1100通过英特网通讯的个人计算机(Personal Computer，PC)客户端1200，以及与中心服务器1100通过3G基站1300进行无线通讯的移动客户端1400。该系统中所有的光伏发电节点100组成的信息型光伏组件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300#1至300#L与L个逆变器400#1至400#L相连，L个逆变器通过无线方式与逆变器本地服务器500通讯。其中，L和N为大于等于1小于100的整数，M为大于等于1的整数，L和N可以相等也可以不相等，本发明实施例不限制L、N、M的具体数值。此外，汇流器与逆变器的数量也可以不相等。
如图2所示，该光伏发电节点100可以包括太阳能电池组件110、直流-直流(Direct Current-Direct Current，DC-DC)模块120、CC2530模块130(具有无线通信功能)和传感器模块140。其中，传感器模块140可以包括电压采样电路141、电流采样电路142、温湿度传感器143和光强传感器144的至少一种，当然也可以根据具体需求设置具有其他功能的传感器模块。具体而言，太阳能电池组件110分别与DC-DC模块120和汇流器300相连，DC-DC模块120的输出端分别与CC2530模块130和传感器模块140相连；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110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，分别用于采集太阳能电池组件110的电压参数和电流参数；温湿度传感器143和光强传感器144，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用于采集太阳能电池组件110的温湿度参数，光强传感器144用于采集太阳能电池组件110所处环境的光强参数。
在光伏发电节点100工作时，一方面，太阳能电池组件110将太阳能转换成电能，通过输出端口传输给汇流器300；另一方面，DC-DC模块120与太阳能电池组件110的输出端相连，将太阳能电池组件110输出的直流电降压成例如+12V、+5V和+3.3V的低压直流电，为光伏发电节点100的其他模块供电。此外，电压采样电路141和电流采样电路142可以采集太阳能电池组件110输出端电压参数和电流参数，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110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110的正面，采集环境光强参数；环境参数和电参数是综合判断太阳能电池组件110的工作状态的重要依据。光伏发电节点100中的CC2530模块130可以将传感器模块140采集到的参数通过无线方式发送给对应的微网本地服务器200，实现光伏发电节点100状态参数的无线传输。
举例而言，光伏发电节点100可以采用SUN-220型高效率晶硅太阳能电池组件110，DC-DC模块120可以采用高性能的LTC3255开关电容降压转换器设计，电流采样电路142可以采用直流电流传感器TBC10SY采集光伏组件输出电流，电压采样电路141可以采用分压电路和电压跟随器电路采样光伏组件输出电压，温湿度传感器143可以采用SHT11数字式温湿度传感器采集太阳能电池组件110背板环境参数，光强传感器144可以采用TSL2561型数字式光强传感器采集太阳能电池组件110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均可以被传输给CC2530模块130内嵌的8051单片机的I/O口。CC2530模块130可以采用CC2530F128芯片设计，通过写入初始化程序和应用程序，可以实现光伏发电节点100的初始化和组网。
在本发明实施例中，首先可以根据光伏发电站建设规模和地理位置按照如下规则设计光伏发电系统的网络拓扑结构：将所有光伏发电节点100划分成若干个矩阵单元(可以为方阵，也可以为某个小区域内相对集中的任意形状)，每个矩阵单元的几何中心安装一个微网本地服务器200，电站施工规程和光伏发电节点100的物理编址需要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发电节点100的标识(ID)号。所有光伏发电节点100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，安装相应数量的微网本地服务器200、逆变器本地服务器500和逆变器400，并将所有光伏发电节点100的输出端采用串联和并联的形式进行连接，通过汇流器300与逆变器400相连。最后将微网本地服务器200、逆变器本地服务器500、中心服务器1100和PC客户端1200等接入英特网，实现系统的组网运行。此外，带有3G模块的移动客户端1400主要可以通过接入英特网的3G基站1300访问中心服务器1100。
优选地，PC客户端1200可以包括台式机、便携式电脑和工控机等，通过有效方式接入英特网，PC客户端软件直接从中心服务器1100下载光伏发电站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，其运行的软件通常只能从中心服务器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。
实施例二
图3是本发明另一实施例的光伏发电系统的微网本地服务器的一种示例的结构示意图。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(参见图3的微网本地服务器200中的存储器250)，所述存储器250将各所述光伏发电节点100的物理地址与ID号相关联地存储；参见图1，在微网本地服务器200基于所接收到的光伏发电节点100的状态参数确定某个光伏发电节点100出现运行故障的情况下，基于该光伏发电节点100的ID号从所述存储器获取相应的物理地址，并通过中心服务器1100发送表示该物理地址处的光伏发电节点100出现了故障的消息至特定的客户端1200、1400。
其中，图3中存储器250设置在微网本地服务器200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。
如图3所示，光伏发电微网中的微网本地服务器200可以包括电源模块220、ARM处理器210、CC2530模块230、WiFi模块280、USB模块270、485通讯模块260、存储器250和RJ-45网络模块240。其中，电源模块220分别与ARM处理器210、CC2530模块230、WiFi模块280、USB模块270、485通讯模块260、存储器250和RJ-45网络模块240相连，为上述模块供电；CC2530模块230通过串口方式与高速微处理器例如ARM处理器210相连，ARM处理器210可以通过各种接口模块例如485通讯模块260、USB模块270、WiFi模块280、RJ-45网络模块240等与其他外设进行多种方式的信息交互。
其中，高速嵌入式系统主要采用ARM处理器实现，也可以采用FPGA、CPLD等方式实现。USB模块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；在使用过程中可以通过USB数据线连接，并通过调试软件进行现场调试，或者读取微网本地服务器存储器中的数据。485通讯模块是标准的工业数据传输模块，可以用于微网本地服务器之间的数据传输，也可以用于微网本地服务器与其他外设，例如中心服务器、逆变器等电力设备之间通信；使用过程中可以直接连接数据线。WiFi模块主要辅助微网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收终端，例如装有专业软件的便携式电脑，也可以作为邻近微网本地服务器连接因特网的无线信号中继站等。在微网本地服务器的控制面板上，通讯设置栏可以点击开启WiFi，WiFi模块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模块进入等待模式，在等待模式下，可以作为邻近本地服务器的无线中继。
在光伏发电微网中的微网本地服务器200工作时，电源模块220首先将220V交流电(市电供电，可以不间断工作)转换成例如+12V、+5V和+3.3V的低压直流电，为其他模块供电。系统成功组网后，CC2530模块230将来自光伏发电节点100发送的状态参数通过串口方式实时传输给与之相连的ARM处理器210，ARM处理器210可以将接收到的数据按照状态参数表单直接保持在存储器250中。此外，当RJ-45网络模块240接入因特网后，ARM处理器210可以将存储器250的数据实时发送给中心服务器1100，从而实现光伏发电系统的状态参数永久存储。
举例而言，微网本地服务器200中，WiFi模块280可以采用RTL8188CUS芯片设计，USB模块270可以采用PL2303HX芯片设计，485通讯模块260可以采用MAX485CPA芯片设计，CC2530模块230可以采用CC2530F128芯片设计，RJ-45网络模块240可以采用DM9000芯片设计，ARM处理器210可以采用S3C6410XH芯片设计，存储器250可以采用M29W032DB芯片设计。进一步地，通过在CC2530F128芯片和S3C6410XH芯片中写入程序，可以实现微网本地服务器组网。
在一种可能的实现方式中，如图1和图4所示，光伏发电系统还可以包括：
至少一个逆变器400，各所述逆变器400包括用于将至少一个所述光伏发电节点输出的直流电转换为交流电的直流-交流转换模块(参见图4的DC-AC模块410)、用于采集所述逆变器的状态参数的传感器模块460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(参见图4的CC2530模块420)；
逆变器本地服务器500，其能够接收各所述逆变器的状态参数，并将所接收到的所述逆变器的状态参数经由英特网发送至所述中心服务器。
其中，逆变器本地服务器500的结构可以参见图3的微网本地服务器200的相关描述。逆变器本地服务器500与其连接的各逆变器400也能够组成一个无线传感器微网。
如图4所示，逆变器400可以包括电源模块430、DC-AC模块410、CC2530模块420、485通讯模块470和传感器模块460。其中，传感器模块460可以包括电流互感器461、电压互感器462、温湿度传感器463和噪声传感器464的至少一种。其中，电源模块430与CC2530模块420、485通讯模块470和传感器模块460相连，为上述模块供电；DC-AC模块420的输入端与逆变器相连，输出端与交流汇流器300相连，DC-AC模块还通过电流互感器461和电压互感器462分别与CC2530模块420内嵌的8051单片机的I/O口相连；温湿度传感器463和噪声传感器464采集逆变器箱体内部参数，与CC2530模块420内嵌的8051单片机的I/O口相连；CC2530模块420还通过485通讯模块470与其他外设进行信息交互。
在逆变器400工作时，电源模块430可以将220V交流电转换成例如+12V、+5V和+3.3V的低压直流电，为其他模块供电。其中，电流互感器461用于采集逆变器的电流参数；电压互感器462采集逆变器的电压参数。电流互感器461和电压互感器462采集干路上直流侧和交流侧的电参数后，通过信号调理电路传输给CC2530模块420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463和噪声传感器464放置在逆变器箱体内部，检测逆变器400的箱体内部的温湿度和噪声等参数。逆变器400中的CC2530模块420具有射频收发模块，可以将采集到电参数通过无线射频方式定时发送给逆变器本地服务器500，从而实现逆变器的状态参数的无线传输。
举例而言，在本发明实施例的信息型的逆变器中，可以采用MAX485CPA芯片设计485通讯模块470，电流互感器461可以采用KCE-IZ01型直流电流互感器和TA1626-4M型交流电流互感器，电压互感器462可以采用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463和TZ-2KA型噪声传感器464采集逆变器箱体的环境参数，上述所有传感器模块460采集的电参数和环境参数均可以被传输给CC2530模块420内嵌的8051单片机的I/O口。此外，可以采用CC2530F128芯片设计CC2530模块420，通过写入应用程序，实现逆变器400的组网。DC-AC模块410可以采用光伏电站通用的具有将直流转换为交流功能的逆变器；485通讯模块470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5所示，本发明实施例可以通过定位辅助终端600来实现光伏发电节点100的ID号与物理地址的关联存储。在本发明的实施例中，定位辅助终端600确定待安装光伏发电节点100的物理地址，获取待安装至该物理地址的光伏发电节点100的ID号，并在将该物理地址与该ID号相关联地存储之后，提示操作人员将该光伏发电节点安装至该物理地址。物理地址与ID号的关联关系可以保存为对照表数据库，后续导入相应的微网本地服务器200中。
具体地，在光伏发电节点100生产的某个环节如最后一个环节，可以写入相应的应用程序和初始化程序。在光伏发电节点的太阳能电池组件110接收光照时，CC2530模块130开始工作，首先运行初始化程序，发送自身的ID号给周围的定位辅助终端600。如果有定位辅助终端600接收到ID号的数据信息，并成功与规定的物理地址对应匹配，则定位辅助终端600向该光伏发电节点100的CC2530模块130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100的CC2530模块130收到确认指令后，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)指示灯长亮一定时间如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100直接运行应用程序。如果光伏发电节点在开封包装见到光照，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。需要注意的是，通常没有完成初始化过程的光伏发电节点不能参与组网。
如图6所示，定位辅助终端600可以包括电源模块610、CC2530模块620、USB模块630和RS232模块640。其中，电源模块610分别与CC2530模块620、USB模块630和RS232模块640相连，为上述模块供电。CC2530模块620通过RS232模块640和USB模块630与用户终端例如便携式电脑相连，用于传输光伏发电节点100的ID号。
在定位辅助终端600工作时，电源模块610首先将+5V转+3.3V，为CC2530模块620、USB模块630和RS232模块640供电。当定位辅助终端通过USB接口630连接到便携式电脑后，通过CC2530模块620发出搜索指令，当接收光伏发电节点发送自身的ID号，通过RS232模块640和USB模块630传输给便携式电脑，电脑完成ID号与物理地址数据表单的匹配后，传输一个指令给CC2530模块620，CC2530模块620再将该指令发送给光伏发电节点，告知其初始化过程完毕。
举例而言，在定位辅助终端600中，可以采用PL2303HX芯片设计USB模块630，采用MAX3232E芯片设计RS232模块640，采用CC2530F128芯片设计CC2530模块620，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，能够实现辅助建立光伏发电节点的ID号-物理地址的对照表，实现信息型光伏组件阵列的组网。
需要注意的是，本发明实施例中设置于光伏发电节点、微网本地服务器、逆变器、逆变器本地服务器、定位辅助终端等内部的CC2530模块主要包括无线通信模块和微处理器，能够实现信号的处理和数据的无线传输，具有自组网功能，也可以采用MCU+CC2420、CC2430、CC2431、CC2531、CC2533、LPR2430、MCU+nRF905、MCU+nRF2401等方式实现。
本发明提供的光伏发电系统，具有灵活的多微网结构，能够获取各微网中的光伏发电节点的状态参数，从而能够对每个光伏发电节点的工作状态参数进行精确监测，数据的网络结构层次分明，具有数据完备、精确、稳定可靠、鲁棒性强等特点，能够提高光伏发电系统的工作效率，从而可以降低电价成本。
此外，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，有利于信息方便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，延长使用寿命。
此外，通过对逆变器的远程控制，能够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。
此外，中心服务器可以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。采用多种客户端可以满足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。
具体而言，多微网结构的信息型光伏发电系统可以用于阵列式排布的大型光伏电站、分布式安装在多个分散区域的光伏电站、小型光伏电站、多个独立分布的家用光伏电站、屋顶光伏电站等。其中每个光伏发电微网包含一个微网本地服务器和若干个光伏发电节点，组网方式为自组网，因此具有网络结构灵活、入网组网方便快捷、网络拓扑可扩展性强等特点。由于独立的微网可以通过英特网与中心服务器相连，方便客户通过远程访问方式进行管理和维护，微网也同时将光伏发电节点工作状态的历史数据在一定时间内保存在本地存储器，即使在脱网情况下也能独立运行，并在再次入网时上传历史数据到中心服务器。在微网脱网的情况下，用户也可以通过客户端设备(例如笔记本)直接(例如USB连接)微网本地服务器，访问某个独立微网的各光伏发电节点的状态参数。
实施例三
图7为本发明一实施例提供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，该方法具体可以包括以下步骤：
步骤704、各所述微网本地服务器基于所接收到的光伏发电节点的状态参数确定各所述光伏发电节点的运行状态。
步骤705、在确定某个光伏发电节点出现运行故障的情况下，所述微网本地服务器基于该光伏发电节点的ID号获取相应的物理地址，并通过所述中心服务器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。
在一种可能的实现方式中，可以预先将各所述光伏发电节点的物理地址与ID号相关联地存储，具体可以包括：
步骤701、确定待安装光伏发电节点的物理地址。
步骤702、获取待安装至该物理地址的光伏发电节点的ID号。
步骤703、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安装至该物理地址。
其中，可以向各微网服务器中导入其所连接的各光伏发电节点的ID号与物理地址的关系，在确定发现某个光伏发电节点出现故障时，可以方便地确定故障位置，从而进行故障排除等处理。
实施例四
图8为本发明另一实施例提供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，该方法具体可以包括以下步骤：
步骤801、生产光伏发电节点。
具体而言，参见图2，在光伏发电节点100的生产过程中，可以生产包括传感器模块140和CC2530模块130等部件的无线传感器网络节点，并可以给无线传感器网络节点中的CC2530模块130写入相应的程序，并赋予唯一的ID号。例如，光伏发电节点100的CC2530模块130写入的程序分为两部分，一部分为初始化程序，包括唯一的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的信息采集、处理和存储等功能，并可以通过无线方式定时发送采集的数据。然后，可以将生产的太阳能电池组件110与无线传感器网络节点组装得到光伏发电节点。
步骤802、待安装的光伏发电节点的太阳能电池组件110工作，节点初始化并发送自身的ID号至定位辅助终端。具体而言，参见图2、图5和图6，在现场安装光伏发电节点100时，拆封光伏发电节点100的包装使其太阳能电池组件110接收光照，CC2530模块130开始工作，首先将ID号发送给定位辅助终端600。
步骤803、定位辅助终端600将待安装的光伏发电节点的ID号与物理地址关联。具体而言，与定位辅助终端600相连的便携式电脑运行的软件，并根据规定的安装规程将实际的物理地址与ID号对应。
步骤804、关联成功后，提示安装该光伏发电节点100。
例如，假设将光伏发电系统中的光伏发电阵列划分成若干个矩阵单元(光伏发电微网)，每个矩阵单元包括50个光伏发电节点，共有5行*10列。其中，第一个矩阵单元的物理地址命名规则：第一行光伏发电节点的物理地址为A0101-A0110(A表示区域，前两位数字表示行号，后两位数字表示列号)，第二行光伏发电节点的物理地址为A0201-A0210，……，第五行光伏发电节点的物理地址为A0501-A0510。第二个矩阵单元的物理地址命名规则：第一行光伏发电节点的物理地址为A0111-A0120，第二行光伏发电节点的物理地址为A0211-A0220，……，第五行光伏发电节点的物理地址为A0511-A0520。以此类推。
在现场安装施工过程中，需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，定位辅助终端600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100包装被拆封时，因为其太阳能电池组件110接收光照开始发电，光伏发电节点100的DC-DC模块120工作，CC2530模块130上电工作，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100与定位辅助终端600直线距离小于一定长度例如5米的情况下，定位辅助终端能够有效读取到光伏发电节点100的CC2530模块130发送的ID号。
当定位辅助终端600获取一个ID号以后，可以通过USB接口630发送给与之相连的便携式电脑，便携式电脑通过软件记录下该光伏发电节点100的物理地址A0101和ID号后，可以发送一条确认指令给定位辅助终端600，并给现场工作人员进行声光提示，定位辅助终端600将确认指令通过CC2530模块620发送给待安装的光伏发电节点100。光伏发电节点100接收到确认指令后，完成程序初始化，光伏发电节点的LED指示灯长亮5秒后熄灭，提示现场工作人员可以将初始化完毕的光伏发电节点100安装在物理地址为A0101的位置。初始化成功的光伏发电节点100再次上电复位后不再运行初始化程序，直接运行应用程序。
按照类似步骤顺序安装剩下的光伏发电节点。其中，本实施例中各矩阵单元中需要安装一个微网本地服务器200，其位置优选为在矩阵单元的几何中心。本发明实施例的光伏发电节点采用无差别安装。即一批光伏发电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中任意抽取一件安装在任何位置。但是每个光伏发电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110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110)，现场工作人员也只能通过物理地址寻找光伏发电节点，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处的光伏发电节点的ID号对应。
此外，也可以对各逆变器进行类似地安装。
步骤805、将通过定位辅助终端600和软件生成的ID号与物理地址的数据库导入对应的微网本地服务器200，实现整个多微网结构光伏发电系统的组网。
举例而言，在步骤702中如果有多个施工小组，则可以采用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，然后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微网本地服务器所管理的网络拓扑结构对应，以能够将新的ID号与物理地址数据库导入到对应的微网本地服务器中。如果光伏发电节点的ID号没有被导入对应的微网本地服务器，则该光伏发电节点不能实现入网。
此外，所有光伏发电节点现场安装完毕后，运行中心服务器和本地服务器程序。其中，中心服务器1100可以安装专业的服务器程序，用于收集、处理、分析和存储来自所有微网本地服务器200、逆变器本地服务器500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。微网本地服务器200、逆变器本地服务器500也安装有专业软件，当微网本地服务器200、逆变器本地服务器500上电工作后，首先开启CC2530模块230，接收来自光伏发电节点100的数据信息，并将接收到的数据通过串口通信方式发送给ARM处理器210。ARM处理器210接收到数据后，与已经导入的ID号表单进行比对，如果接收到的数据为需要存储的ID号的光伏发电节点的状态参数，则进行存储；如果接收到的数据的ID号不在存储器中保存的ID号表单中，则可以将数据清除。
类似地，中心服务器还可以从逆变器本地服务器500获取各逆变器400的状态参数。
步骤806、通过客户端从中心服务器读取各光伏发电节点的状态参数，查询实时状态和历史参数。
具体而言，运行移动客户端1400和/或PC客户端1200的软件，可以从中心服务器1000读取系统数据，通过客户端软件可以查看信息型光伏发电系统的运行状态。
例如，PC客户端1200为通过有线或无线方式连接英特网的台式机、工控机和便携式电脑，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1100下载整个光伏发电系统的数据，包括每个光伏发电节点100的电压、电流、温湿度、光强，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、逆变器箱体温湿度和噪声、系统总发电量等参数。在PC客户端软件中，可以根据网络拓扑结构，将光伏发电阵列分成若干个区，每个区为一个微网本地服务器管理的所有光伏发电节点。当用户点击某个光伏发电节点图标时，对话框窗口可以显示该节点的当前特征参数，以及物理地址等信息。
再如，移动客户端1400可以为通过3G网络通讯的手机、PAD和便携式电脑等，其安装有专业的移动客户端软件。软件启动后，通过接入英特网的3G基站1300可以从中心服务器1100下载光伏发电系统的部分数据，包括每个光伏发电节点100的电压、电流、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，中心服务器还可以通过英特网将所获取的各逆变器的状态参数发送给特定的客户端。
步骤807、在光伏发电节点出现运行故障的情况下，基于该光伏发电节点的ID号获取相应的物理地址。
具体而言，如果某个光伏发电节点100工作异常，与中心服务器连接的客户端软件可以进行标记和提示，点击出现故障的光伏发电节点图标，获取提示的故障信息和故障光伏发电节点的物理地址。
例如，当系统中的某个光伏发电节点出现故障时，代表该光伏发电节点的图标和其所在的区域图标可以采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，工作人员记录后确认已经查看，并现场输入维修需要的时间。其中，该节点维修时间内可以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，当故障解除后，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。通常可以对移动客户端的权限进行限定，例如，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。
类似地，中心服务器在发现逆变器的出现运行故障的情况下，也可以将该逆变器出现了故障的消息至特定的客户端。
步骤808、现场工作人员根据物理地址找到出现故障的光伏发电节点，根据故障提示排除故障。
其中，节点故障状态可能包括太阳能电池组件110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其他电路工作异常，可以现场更换或返厂维修。类似地，也可以对出现故障的逆变器进行处理。
步骤809、排除故障之后，客户端可以通过管理软件故障提示信息解除，系统恢复正常。
本发明不仅可以对光伏发电系统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，具有在光伏发电应用领域及相关电力行业推广应用价值。
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 (9)

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微网和能够经由英特网与各所述光伏发电微网通信的中心服务器，并且各所述光伏发电微网包括：
多个光伏发电节点，各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无线发送所述光伏发电节点的状态参数的无线通信模块；
微网本地服务器，其能够接收各所述光伏发电节点的状态参数，基于所接收到的光伏发电节点的状态参数确定各所述光伏发电节点的运行状态，并将所接收到的状态参数和所确定的运行状态经由英特网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，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；
所述微网本地服务器被配置为：在基于所接收到的光伏发电节点的状态参数确定某个光伏发电节点出现运行故障的情况下，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，并通过所述中心服务器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。
3.根据权利要求2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光伏发电节点的物理地址，获取待安装至该物理地址的光伏发电节点的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安装至该物理地址。
4.根据权利要求3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；
逆变器本地服务器，其能够接收各所述逆变器的状态参数，并将所接收到的所述逆变器的状态参数经由英特网发送至所述中心服务器。
5.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，所述逆变器的传感器模块包括以下至少一种：
电流互感器，用于采集所述逆变器的电流参数；
电压互感器，用于采集所述逆变器的电压参数；
温湿度传感器，用于采集所述逆变器的温湿度参数；
噪声传感器，用于采集所述逆变器的环境噪声参数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光伏发电系统，其特征在于，各所述光伏发电节点的传感器模块包括以下至少一种：
电压采样电路，用于采集所述光伏发电组件的电压参数；
电流采样电路，用于采集所述光伏发电组件的电流参数；
温湿度传感器，用于采集所述光伏发电组件的温湿度参数；
光强传感器，用于采集所述光伏发电组件所处环境的光强参数。
7.一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6中任一项所述的光伏发电系统，所述故障检测方法包括：
各所述微网本地服务器基于所接收到的光伏发电节点的状态参数确定各所述光伏发电节点的运行状态；以及
在确定某个光伏发电节点出现运行故障的情况下，所述微网本地服务器基于该光伏发电节点的ID号获取相应的物理地址，并通过所述中心服务器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。
8.根据权利要求7所述的方法，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。
9.根据权利要求8所述的方法，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，包括：
确定待安装光伏发电节点的物理地址；
获取待安装至该物理地址的光伏发电节点的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安装至该物理地址。
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