CN104935080A - 一种光伏电站智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏电站控制系统技术领域，尤其地涉及一种光伏电站智能监控系统。其包括现场采集层、现场电能管理层、本地控制管理层和远程监控管理层；所述现场采集层和现场电能管理层连接；所述现场电能管理层和本地控制管理层连接；所述本地控制管理层和远程监控管理层连接；其能够远程监控光伏电站，同时，系统结构层设计简洁合理，并还优化了光伏电站参数采集的结构设计。

Description

一种光伏电站智能监控系统

技术领域

本发明涉及光伏电站控制系统技术领域，尤其地涉及一种光伏电站智能监控系统。

背景技术

现有光伏电站监控方案如下：每个光伏组件是个功率节点，每个功率节点和一个微型计算机处理器连接并形成一个小型电能采集点，多个所述微型计算机处理器并联形成一个大型电能采集点并将信号传输至本地监控系统，由此构成了光伏电站监控。其存在缺陷：每个小功率节点和一个微型计算机处理器连接并形成一个小型电能采集点让整个系统的接线显得复杂，使系统不够灵活，而且增加了建设系统的成本，而且远程监控不够完善。。

目前我国很大一部分的光伏电站建设在边远地区，绝大多都是相当分散的独立电站。那些地区的电站安装地点基础设施比较差，有些安装地点甚至没有固定电话网络、移动电话网络和NITERNET网络，采集到的电站运行数据无法传递给远方的诊断工程师，无法实现实时、在线监视控制，给光伏电站的管理造成极大的不便。将这些光伏电站的监控信号全部传到主控制室(如一台计算机)，由主控制室来统一管理，而且这样还可以监控到所有电站的运行情况，这是一种比较好的办法。首先必须把所有的光伏电站运行数据传到控制室。但是信号不可能传输那么远的距离，一般的传感器信号为电压型，如果传输距离过远，会造成信号的衰减效应，如此一来，将得不到正确结果。

因此，此问题亟需改变。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，其目的旨在提供一种光伏电站智能监控系统，其能够远程监控光伏电站，同时，系统结构层设计简洁合理，并还优化了光伏电站参数采集的结构设计。

为了解决上述的技术问题，本发明提出的基本技术方案为：

一种光伏电站智能监控系统，其包括现场采集层、现场电能管理层、本地控制管理层和远程监控管理层；

进一步，所述现场采集层和现场电能管理层连接，并将与光伏电站运行状况相关的各种数据传输至现场电能管理层；

进一步，所述现场电能管理层和本地控制管理层连接；所述现场电能管理层监控现场采集层运行状况，分析和存储从现场采集层传来各种数据，并还与本地控制管理层相互通信；

进一步，所述本地控制管理层和远程监控管理层连接；所述本地控制管理层可将光伏电站运行数据的分装上报至远程监控管理层；

进一步，所述远程监控管理层通过对本地控制管理层发送控制指令，监控光伏电站。

进一步，所述现场采集层包括若干个光伏组件、若干个逆变器、若干个汇流箱，若干个检测装置以及若干个RS485转换器；所述每个光伏组件串联连接并形成一个小功率节点，所述小功率节点的输出端和汇流箱的输入端连接，汇流箱的输出端和逆变器的输入端连接，逆变器的输出端输出交流电流。

进一步，所述检测装置包括环境监测仪、温度传感器、电压传感器和电流传感器；所述检测装置设置在现场采集层中任意一个工作设备上；所述检测装置通过RS485转换器和现场电能管理层连接并将与光伏电站有关的环境数据、温度数据、电压数据和电流数据集中上报至现场电能管理层。

进一步，所述现场电能管理层包括第一电力线载波通信模块、RS485转换 器、电源模块、存储模块以及第一单片机；所述电源模块分别与第一单片机、第一电力线载波通信模块、存储模块连接，电源模块为第一单片机、第一电力线载波通信模块、存储模块提供直流电源；所述第一单片机分别与第一电力线载波通信模块和存储模块连接，所述第一电力线载波通信模块从电力线将信号解耦并传输至第一单片机处理分析，或者所述第一单片机可通过第一电力线载波通信模块将收集到的数据耦合至电力线进而传输至现场电能管理层；所述存储模块存储与光伏电站运行状况相关的各种数据。

进一步，所述电源模块包括：

进一步，最大功率跟踪升压电路模块；所述最大功率跟踪升压电路模块实时侦测光伏组件的发电电压，并追踪最高电压值和电流值；

进一步，储能电路模块；所述储能电路模块储存从最大功率跟踪升压电路模块传输的能量，并可对负载放电；

进一步，滤波电路模块；所述滤波电路模块降低最大功率跟踪升压电路模块或储能电路模块的电压纹波系数；

进一步，单片机控制电路模块；所述单片机控制电路模块控制最大功率跟踪升压电路模块和储能电路模块的电路关断；

进一步，以及使输出电压保持稳定的稳压电路模块；

进一步，所述最大功率跟踪升压电路模块分别与储能电路模块和滤波电路模块连接；所述单片机控制电路模块分别与最大功率跟踪升压电路模块和储能电路模块连接；所述储能电路模块和滤波电路模块连接；所述滤波电路模块和稳压电路模块连接。

进一步，所述本地控制管理层包括光伏电站运行状况的监控电脑和第二电力线载波通信模块；所述第二电力线载波通信模块通过电力线将来自于第一电力线载波通信模块对电力线加载的信号进行解耦，并传输至监控电脑；或者第二电力线载波通信模块将来自于监控电脑的数据加载在电力线上，传输至第一 电力线载波通信模块；

进一步，所述第一电力线载波通信模块或第二电力线载波通信模块包括信号发送电路模块、信号接收电路模、电力载波控制芯片和第二单片机；所述第二单片机和电力载波控制芯片连接；

进一步，所述信号发送电路模块包括第一谐振功率放大电路、输出滤波电路和第一耦合电路；所述第一谐振功率放大电路分别与电力载波控制芯片和输出滤波电路连接，所述输出滤波电路和第一耦合电路连接；

进一步，所述信号接收电路模块包括第二谐振功率放大电路、输入滤波电路和第二耦合电路；所述第二谐振功率放大电路分别与电力载波控制芯片和输入滤波电路连接，所述输入滤波电路和第二耦合电路连接。

进一步，所述远程监控管理层包括远程监控终端，所述远程监控终端通过以太网和监控电脑连接并可对监控电脑发送控制指令，进而控制光伏电站的现场设备。

进一步，所述远程监控终端包括远程监控电脑、智能手机以及云端服务器。

本发明的有益效果是：

1、用户既可在本地控制管理层监控光伏电站运行状况，又可通过以太网远程在远程监控管理层监控光伏电站运行状况。

2、每个光伏组件串联连接并形成一个小功率节点，所述小功率节点的输出端和汇流箱的输入端连接，汇流箱的输出端和逆变器的输入端连接，逆变器的输出端输出交流电流。本发明的逆变结构采用集中逆变方式，从而避免了每个光伏组件相应装配一个逆变器而增加布线复杂和成本增加的难题，因此采用此逆变结构能够极大地降低成本和简化布线。

3、现场采集层通过电力线通信模块将信号加载于电力线上对现场电能管理层传输信号，从而避免了复杂的通信电网连线问题。

4、现场电能管理层采用自给式电源模块为其提供直流电源，从而避免了 复杂的外来电网布线难题。

附图说明

图1为本发明具体实施例的光伏电站智能监控系统结构层示意图。

图2为本发明具体实施例的光伏电站智能监控系统结构层中各个部件连接示意图。

图3为本发明具体实施例的电源模块结构连接框图。

图4为本发明具体实施例的最大功率跟踪升压电路模块结构连接框图。

图5为本发明具体实施例的储能电路模块结构连接框图。

图6为本发明具体实施例的充电控制模块结构连接框图。

图7为本发明具体实施例的放电控制模块结构连接框图。

图8为本发明具体实施例的电力线载波通信模块的结构连接框图。

具体实施方式

以下将结合附图1至附图8对本发明做进一步的说明，但不应以此来限制本发明的保护范围。为了方便说明并且理解本发明的技术方案，以下说明所使用的方位词均以附图所展示的方位为准。

如图1所示，本发明具体实施例的光伏电站智能监控系统包括现场采集层、现场电能管理层、本地控制管理层和远程监控管理层。现场采集层通过电力线和现场电能管理层连接，现场电能管理层通过RS485转换器和本地控制管理层连接，本地控制管理层通过以太网和远程监控管理层连接。现场采集层负责将与光伏电站运行状况相关的各种数据传输至现场电能管理层。现场电能管理层负责监控现场采集层运行状况，分析和存储从现场采集层传来各种参数，并还与本地控制管理层相互通信。本地控制管理层可将光伏电站运行数据的分装上报至远程监控管理层。远程监控管理层通过对本地控制管理层发送控制指令， 监控光伏电站。

如图2所示，现场采集层包括若干个光伏组件、若干个逆变器、若干个汇流箱，若干个检测装置以及若干个RS485转换器；所述每个光伏组件串联连接并形成一个小功率节点，所述小功率节点的输出端和汇流箱的输入端连接，汇流箱的输出端和逆变器的输入端连接，逆变器的输出端输出交流电流。所述检测装置包括环境监测仪、温度传感器、电压传感器和电流传感器；所述检测装置设置在现场采集层中任意一个工作设备上；所述检测装置通过RS485转换器和现场电能管理层连接并将与光伏电站有关的环境数据、温度数据、电压数据和电流数据集中上报至现场电能管理层。

如图2所示，现场电能管理层包括第一电力线载波通信模块、RS485转换器、电源模块、存储模块以及第一单片机。所述电源模块分别与第一单片机、第一电力线载波通信模块、存储模块连接，电源模块为第一单片机、第一电力线载波通信模块、存储模块提供直流电源。第一单片机通过UART接口和第一电力线载波通信模块连接，第一单片机通过串行接口和存储模块连接。所述第一电力线载波通信模块从电力线将信号解耦并传输至第一单片机处理分析，或者所述第一单片机可通过第一电力线载波通信模块将收集到的数据耦合至电力线进而传输至现场电能管理层；所述存储模块存储与光伏电站运行状况相关的各种数据。

如图3所示，所述电源模块包括最大功率跟踪升压电路模块、储能电路模块、滤波电路模块、单片机控制电路模块以及稳压电路模块。所述最大功率跟踪升压电路模块分别与储能电路模块和滤波电路模块连接；所述单片机控制电路模块分别与最大功率跟踪升压电路模块和储能电路模块连接；所述储能电路模块和滤波电路模块连接；所述滤波电路模块和稳压电路模块连接。

所述最大功率跟踪升压电路模块实时侦测光伏组件的发电电压，并追踪最高电压值和电流值。所述储能电路模块储存从最大功率跟踪升压电路模块传输 的能量，并可对负载放电。所述滤波电路模块降低最大功率跟踪升压电路模块或储能电路模块的电压纹波系数。所述单片机控制电路模块控制最大功率跟踪升压电路模块和储能电路模块的电路关断。所述稳压电路模块可使输出电压保持稳定。

如图4所示，所述最大功率跟踪升压电路模块包括输入采样电路、升压斩波电路、输出采样电路和驱动电路；所述升压斩波电路的输入端和输入采样电路连接，输出端和输出采样电路连接。输入采样电路采集升压斩波电路的输入电压和电流，并将采集结果传输至单片机控制电路模块。输出采样电路采集升压斩波电路的输出电压和电流，并将采集结果传输至单片机控制电路模块。升压斩波电路的输入端和光伏组件连接，输出端分别与滤波电路模块和充电电路模块连接。升压斩波电路对从光伏组件传输的输入电压进行升压处理并传输给充电电路模块或者直接经过滤波电路模块处理后传输给负载或者光伏监控系统。进一步，单片机控制电路模块通过驱动电路和升压斩波电路连接，其中，驱动电路和升压斩波电路中开光管连接。单片机控制电路模块跟据输入采样电路和输出采样电路的采样结果，通过驱动电路控制升压斩波电路内部开关管的占空比，进而控制光伏组件的输出电压和输出电流，达到了可以跟踪光伏组件的最大功率输出的效果。

如图5所示，储能电路模块包括充电电路模块、充电控制模块、蓄电池和放电控制模块；所述充电电路模块分别与最大功率跟踪升压电路模块和充电控制模块连接；所述充电控制模块和蓄电池连接；所述单片机控制电路模块分别与充电控制模块和放电控制模块连接。

如图6所示，其中，所述充电控制模块包括第一开关驱动电路、箝位电路、隔离反激式变换器；所述箝位电路和隔离反激式变换器连接，所述隔离反激式变换器和蓄电池连接。其中，第一开关驱动电路采用型号为UC3845控制芯片，箝位电路为RCD箝位电路。第一开关驱动电路通过控制开关管的占空比，对 隔离反激式变换器进行限流和限压，进而间接控制隔离反激式变换器对蓄电池的充电，使蓄电池不能过于处于充电状态，提高了整个装置的工作稳定性和可靠性。

如图7所示，所述放电控制模块包括推挽电路、第二开关驱动电路和整流电路；所述推挽电路分别与第二开关驱动电路和整流电路连接。进一步，所述第二开关驱动电路和单片机控制电路模块连接。其中，所述第二开关驱动电路采用型号为SG3525控制芯片。

如图8所示，所述第一电力线载波通信模块或第二电力线载波通信模块包括信号发送电路模块、信号接收电路模、电力载波控制芯片和第二单片机；所述第二单片机和电力载波控制芯片连接；所述信号发送电路模块包括第一谐振功率放大电路、输出滤波电路和第一耦合电路；所述第一谐振功率放大电路分别与电力载波控制芯片和输出滤波电路连接，所述输出滤波电路和第一耦合电路连接；所述信号接收电路模块包括第二谐振功率放大电路、输入滤波电路和第二耦合电路；所述第二谐振功率放大电路分别与电力载波控制芯片和输入滤波电路连接，所述输入滤波电路和第二耦合电路连接。

所述本地控制管理层包括光伏电站运行状况的监控电脑和第二电力线载波通信模块；所述第二电力线载波通信模块通过电力线将来自于第一电力线载波通信模块对电力线加载的信号进行解耦，并传输至监控电脑；或者第二电力线载波通信模块将来自于监控电脑的数据加载在电力线上，传输至第一电力线载波通信模块。从整体上看，监控电脑显示整个发电系统的当前总发电功率、PV板输入总功率、累计总发电量、日发电量曲线环境温度和PV组件温度。从细节上看，监控电脑可监控单台微型逆变器运行状况，其包括监控微型逆变器的输入电压、输入电流、输入功率、并网电流、发电功率、电网电压、电网频率以及实时的效率、发电量等。

远程监控管理层包括远程监控终端，所述远程监控终端通过以太网和监控 电脑连接并通信。其中，所述远程监控终端包括远程监控电脑和智能手机。远程监控管理层可以远程控制光伏电站，主要包括光伏并网逆变器运行、停止和有功功率的设置。用户在远程监控管理层还可以对与光伏电站有关的参数进行历史数据查询。

综上所述，本发明可以实现如下效果：1、用户既可在本地控制管理层监控光伏电站运行状况，又可通过以太网远程在远程监控管理层监控光伏电站运行状况。2、每个光伏组件串联连接并形成一个小功率节点，所述小功率节点的输出端和汇流箱的输入端连接，汇流箱的输出端和逆变器的输入端连接，逆变器的输出端输出交流电流。本发明的逆变结构采用集中逆变方式，从而避免了每个光伏组件相应装配一个逆变器而增加布线复杂和成本增加的难题，因此采用此逆变结构能够极大地降低成本和简化布线。3、现场采集层通过电力线通信模块将信号加载于电力线上对现场电能管理层传输信号，从而避免了复杂的通信电网连线问题。4、现场电能管理层采用自给式电源模块为其提供直流电源，从而避免了复杂的外来电网布线难题。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种光伏电站智能监控系统，其特征在于：包括现场采集层、现场电能管理层、本地控制管理层和远程监控管理层；

所述现场采集层和现场电能管理层连接，并将与光伏电站运行状况相关的各种数据传输至现场电能管理层；

所述现场电能管理层和本地控制管理层连接；所述现场电能管理层监控现场采集层运行状况，分析和存储从现场采集层传来各种数据，并还与本地控制管理层相互通信；

所述本地控制管理层和远程监控管理层连接；所述本地控制管理层可将光伏电站运行数据的分装上报至远程监控管理层；

所述远程监控管理层通过对本地控制管理层发送控制指令，监控光伏电站。

2.根据权利要求1所述的一种光伏电站智能监控系统，其特征在于：所述现场采集层包括若干个光伏组件、若干个逆变器、若干个汇流箱，若干个检测装置以及若干个RS485转换器；所述每个光伏组件串联连接并形成一个小功率节点，所述小功率节点的输出端和汇流箱的输入端连接，汇流箱的输出端和逆变器的输入端连接，逆变器的输出端输出交流电流。

3.根据权利要求2所述的一种光伏电站智能监控系统，其特征在于：所述检测装置包括环境监测仪、温度传感器、电压传感器和电流传感器；所述检测装置设置在现场采集层中任意一个工作设备上；所述检测装置通过RS485转换器和现场电能管理层连接并将与光伏电站有关的环境数据、温度数据、电压数据和电流数据集中上报至现场电能管理层。

4.根据权利要求1所述的一种光伏电站智能监控系统，其特征在于：所述现场电能管理层包括第一电力线载波通信模块、RS485转换器、电源模块、存储模块以及第一单片机；所述电源模块分别与第一单片机、第一电力线载波通信模块、存储模块连接，电源模块为第一单片机、第一电力线载波通信模块、 存储模块提供直流电源；所述第一单片机分别与第一电力线载波通信模块和存储模块连接，所述第一电力线载波通信模块从电力线将信号解耦并传输至第一单片机处理分析，或者所述第一单片机可通过第一电力线载波通信模块将收集到的数据耦合至电力线进而传输至现场电能管理层；所述存储模块存储与光伏电站运行状况相关的各种数据。

5.根据权利要求4所述的一种光伏电站智能监控系统，其特征在于：所述电源模块包括：

最大功率跟踪升压电路模块；所述最大功率跟踪升压电路模块实时侦测光伏组件的发电电压，并追踪最高电压值和电流值；

储能电路模块；所述储能电路模块储存从最大功率跟踪升压电路模块传输的能量，并可对负载放电；

滤波电路模块；所述滤波电路模块降低最大功率跟踪升压电路模块或储能电路模块的电压纹波系数；

单片机控制电路模块；所述单片机控制电路模块控制最大功率跟踪升压电路模块和储能电路模块的电路关断；

以及使输出电压保持稳定的稳压电路模块；

所述最大功率跟踪升压电路模块分别与储能电路模块和滤波电路模块连接；所述单片机控制电路模块分别与最大功率跟踪升压电路模块和储能电路模块连接；所述储能电路模块和滤波电路模块连接；所述滤波电路模块和稳压电路模块连接。

6.根据权利要求1所述的一种光伏电站智能监控系统，其特征在于：所述本地控制管理层包括光伏电站运行状况的监控电脑和第二电力线载波通信模块；所述第二电力线载波通信模块通过电力线将来自于第一电力线载波通信模块对电力线加载的信号进行解耦，并传输至监控电脑；或者第二电力线载波通信模块将来自于监控电脑的数据加载在电力线上，传输至第一电力线载波通 信模块。

7.根据权利要求4或6所述的一种光伏电站智能监控系统，其特征在于：所述第一电力线载波通信模块或第二电力线载波通信模块包括信号发送电路模块、信号接收电路模、电力载波控制芯片和第二单片机；所述第二单片机和电力载波控制芯片连接；

所述信号发送电路模块包括第一谐振功率放大电路、输出滤波电路和第一耦合电路；所述第一谐振功率放大电路分别与电力载波控制芯片和输出滤波电路连接，所述输出滤波电路和第一耦合电路连接；

所述信号接收电路模块包括第二谐振功率放大电路、输入滤波电路和第二耦合电路；所述第二谐振功率放大电路分别与电力载波控制芯片和输入滤波电路连接，所述输入滤波电路和第二耦合电路连接。

8.根据权利要求1所述的一种光伏电站智能监控系统，其特征在于：所述远程监控管理层包括远程监控终端，所述远程监控终端通过以太网和监控电脑连接并可对监控电脑发送控制指令，进而控制光伏电站的现场设备。

9.根据权利要求8所述的一种光伏电站智能监控系统，其特征在于：所述远程监控终端包括远程监控电脑、智能手机以及云端服务器。