CN105591670A - 基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置及监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，包括管理设备、逆变器、多个转发设备、多个汇流箱、多组光伏组件及多组组件状态传感器；多组组件状态传感器分别并联在多组光伏组件的正负极上，多个转发设备分别并联在多个汇流箱的正负极上，管理设备并联在逆变器的正负极上；逆变器通过多个汇流箱与多组光伏组件连接，使管理设备通过多个转发设备与多组组件状态传感器连接，或使管理设备与多组组件状态传感器直接连接。本发明由金字塔结构的三级设备类型组成，通信方式可以传播很远，完成从组件到逆变器管理模块的直接通信。

Description

基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置及监控方法
技术领域
本发明涉及一种光伏发电系统，尤其涉及一种基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置及监控方法。
背景技术
有统计显示，国内光伏电站60%的故障出现在直流侧，但目前光伏电站的监控现状是手段非常有限的。大部分已建成的光伏电站是没有监控系统的，很多集中式和分布式光伏电站的运维和巡检依然严重依赖人工。运维工作量大，成本高，效率低。因此电站长期运行在低效率状态，多数故障处于不可知不可控状态。轻则实际发电量与设计发电量相差甚远。重则危及电站运行安全。
一部分新造光伏电站安装了智能汇流箱监控系统。所谓智能汇流箱，就是在汇流箱的位置，增加了多路电流传感器和电压传感器，能够对每路光伏组列的电压电流进行监控，并通过485总线将这些电压电流信息传回主控计算机。这种监控系统的缺点是需要在现场布设用于监控数据传输的485总线，其工程成本非常高。此外由于这种监控的是总电流，检测精度低不容易对初期故障做出准确判断。此外发生故障时依然难以准确判断故障点。
近年出现了一些基于无线技术的组件级监控系统，是通过在每个光伏组件上加装无线模块，对组件的电压电流进行实时数据采样并通过无线通信将数据传回监控中心。这种技术可以对模块的状态进行实时判断，并在出现故障时及时定位组件位置。但这种监控系统的问题在于其使用的是无线通信。无线通信是利用开放式空间传输的电磁波为通信媒介，受功率限制传输距离通常只有几百米。而真正的大型集中式太阳能电站的面积通常覆盖方圆几平方公里，因此通信距离成了一个障碍，其现场实际应用效果不够稳定可靠。
在专利领域，目前用“电力线通信+太阳能电站监控”能检索得到的专利基本上是用于微逆变器或组串式逆变器的，电力线通信是用于220V交流一侧，而中国目前的太阳能电站以集中式为主，直流侧的检测是最大的需求。公开号为CN103703647A的专利申请公开了一种用于直流侧的太阳能发电系统的电力线通信装置，该发明公开的技术通过在组件通信模块上引入一个开关单元，以解决在通信时的信号衰减问题。由于该开关单元在非通信时是短路的，因此其组件通信单元在非通信时无法接收到来自管理端的召测信息，因此只能由组件端主动发起上报的信息。这需要组件通信单元之间有着复杂的协调和同步关系。该技术的模块复杂度高，因此降低了其应用的实际性。
发明内容
本发明的目的：提供一种基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置及监控方法，由金字塔结构的三级设备类型组成，通信信号可以传播很远，完成从组件到逆变器管理模块的直接通信。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，包括管理设备、逆变器、多个转发设备、多个汇流箱、多组光伏组件及多组组件状态传感器；所述的多组组件状态传感器分别并联在所述的多组光伏组件的正负极上，所述的多个转发设备分别并联在所述的多个汇流箱的正负极上，所述的管理设备并联在所述的逆变器的正负极上；所述的逆变器通过所述的多个汇流箱与所述的多组光伏组件连接，使所述的管理设备通过所述的多个转发设备与所述的多组组件状态传感器连接，或使所述的管理设备与所述的多组组件状态传感器直接连接。
上述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，其中，所述的管理设备、多个转发设备及多组组件状态传感器之间通过直流电力线实现双向通信。
上述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，其中，所述的管理设备、多个转发设备及多组组件状态传感器的通信单元分别由信号耦合装置、发射放大装置、接收滤波装置及通信处理芯片构成，所述的信号耦合装置的一端分别与所述的发射放大装置及接收滤波装置的一端连接，所述的发射放大装置及接收滤波装置的另一端分别与所述的通信处理芯片连接。
上述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，其中，所述的接收滤波装置为带通滤波器。
上述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，其中，所述的信号耦合装置由隔直电容及耦合变压器组成。
一种基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置的监控方法，该方法至少包括如下步骤：
步骤1：所述的管理设备得到当前待问询的所述的光伏组件对应的组件状态传感器的唯一地址。
步骤2：所述的管理设备询问该组件状态传感器当前光伏组件的参数。
步骤3：判断所述的管理设备是否收到询问的光伏组件参数的回复，若是，则监控成功，若否，则执行步骤4。
步骤4：所述的管理设备通过扩频技术重新进行当前光伏组件的参数询问。
步骤5：再次判断所述的管理设备是否收到询问的光伏组件参数的回复，若是，则监控成功，若否，则执行步骤6。
步骤6：所述的管理设备利用转发设备转发，重新询问当前光伏组件的参数。
步骤7：再次判断所述的管理设备是否收到询问的光伏组件参数的回复，若是，则监控成功，若否，则监控失败。
上述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置的监控方法，其中，在所述的步骤2、步骤4及步骤6中，所述的参数包括但不限于电压、电流、温度、光照度的状态信息。
本发明通过在每个光伏组件上并联加装一个电力线通信的传感器模块，所有通信单元可随时进行双向通信，利用扩频通信与路由转发技术使得管理设备能与远端每一个组件通信单元进行稳定的双向通信，能够对每个组件的运行状态进行实时监控，并在出现故障时及时发现并定位，上报给维护人员；同时，监控数据的通信报文是通过现场的直流电力线进行传输的，无需额外的布线费用，又由于传输信号集中在本地电路中，没有开放空间式的能量损失，因此传输距离比无线通信技术更远，且不受天气影响，信号质量稳定可靠；既可以应用于集中式光伏发电系统，又可以应用于分布式光伏发电系统。
附图说明
图1是本发明基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置的连接框图。
图2是本发明基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置的管理设备和转发设备的连接框图。
图3是本发明基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置的监控方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
请参见附图1及附图2所示，一种基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，包括管理设备C1、逆变器1、多个转发设备C2、多个汇流箱2、多组光伏组件3及多组组件状态传感器C3；所述的多组组件状态传感器C3分别并联在所述的多组光伏组件3的正负极上，所述的多个转发设备C2分别并联在所述的多个汇流箱2的正负极上，所述的管理设备C1并联在所述的逆变器1的正负极上；所述的逆变器1通过所述的多个汇流箱2与所述的多组光伏组件3连接，使所述的管理设备C1通过所述的多个转发设备C2与所述的多组组件状态传感器C3连接，或使所述的管理设备C1与所述的多组组件状态传感器C3直接连接。
所述的管理设备C1、多个转发设备C2及多组组件状态传感器C3之间通过直流电力线实现双向通信。
所述的管理设备C1、多个转发设备C2及多组组件状态传感器C3的通信单元分别由信号耦合装置4、发射放大装置5、接收滤波装置6及通信处理芯片7构成，所述的信号耦合装置4的一端分别与所述的发射放大装置5及接收滤波装置6的一端连接，所述的发射放大装置5及接收滤波装置6的另一端分别与所述的通信处理芯片7连接。当管理设备C1及多个转发设备C2需要发送数据时，通信处理芯片7将要发送的通信报文中的一个个数字比特使用FSK或PSK数字通信调制技术，调制成频率符合中国PLC通信允许的频带范围内(3~500kHz)的正弦通信载波，经发射放大装置5进行信号和功率放大,再经信号耦合装置4将信号发射到光伏组件3的电力线中去。
所述的接收滤波装置6为带通滤波器，负责将带外的干扰和噪声过滤掉，过滤后的波形将只含有载波频带范围内的信号，将过滤后的信号送入通信处理芯片7进行接收解调，这样就完成了通信的过程。
所述的信号耦合装置4由隔直电容及耦合变压器组成，光伏组件3的直流电压被隔直电容阻挡，而交流通信信号可以通过耦合电容和耦合变压器，相当于在原有光伏组件3的直流电压上叠加了一个交流波形信号，该交流波形信号可以在此传输线网络中传播，传播到接收通信单元时，同样可以穿过信号耦合装置4进入接收滤波装置6。
本发明的通信策略如下：
如距离允许，管理设备C1直接与多组组件状态传感器C3通信，读取采样数据；如距离不允许直接通信，管理设备C1将通过多个转发设备C2间接与多组组件状态传感器C3通信。多个转发设备C2通过转发管理设备C1的通信报文实现管理设备C1到多组组件状态传感器C3的通信，在多组组件状态传感器C3答复管理设备C1时转发多组组件状态传感器C3的通信报文实现多组组件状态传感器C3到管理设备C1的通信。
请参见附图3所示，一种基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置的监控方法，该方法至少包括如下步骤：
步骤1：所述的管理设备C1得到当前待问询的所述的光伏组件3对应的组件状态传感器C3的唯一地址。
步骤2：所述的管理设备C1询问该组件状态传感器C3当前光伏组件3的参数。
步骤3：判断所述的管理设备C1是否收到询问的光伏组件3参数的回复，若是，则监控成功，若否，则执行步骤4。
步骤4：所述的管理设备C1通过扩频技术重新进行当前光伏组件3的参数询问。
步骤5：再次判断所述的管理设备C1是否收到询问的光伏组件3参数的回复，若是，则监控成功，若否，则执行步骤6。
步骤6：所述的管理设备C1利用转发设备C2转发，重新询问当前光伏组件3的参数。
步骤7：再次判断所述的管理设备C1是否收到询问的光伏组件3参数的回复，若是，则监控成功，若否，则监控失败。
在所述的步骤2、步骤4及步骤6中，所述的参数包括但不限于电压、电流、温度、光照度的状态信息。
综上所述，本发明通过在每个光伏组件上并联加装一个电力线通信的传感器模块，所有通信单元可随时进行双向通信，利用扩频通信与路由转发技术使得管理设备能与远端每一个组件通信单元进行稳定的双向通信，能够对每个组件的运行状态进行实时监控，并在出现故障时及时发现并定位，上报给维护人员；同时，监控数据的通信报文是通过现场的直流电力线进行传输的，无需额外的布线费用，又由于传输信号集中在本地电路中，没有开放空间式的能量损失，因此传输距离比无线通信技术更远，且不受天气影响，信号质量稳定可靠；既可以应用于集中式光伏发电系统，又可以应用于分布式光伏发电系统。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，其特征在于：包括管理设备、逆变器、多个转发设备、多个汇流箱、多组光伏组件及多组组件状态传感器；所述的多组组件状态传感器分别并联在所述的多组光伏组件的正负极上，所述的多个转发设备分别并联在所述的多个汇流箱的正负极上，所述的管理设备并联在所述的逆变器的正负极上；所述的逆变器通过所述的多个汇流箱与所述的多组光伏组件连接，使所述的管理设备通过所述的多个转发设备与所述的多组组件状态传感器连接，或使所述的管理设备与所述的多组组件状态传感器直接连接。
2.根据权利要求1所述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，其特征在于：所述的管理设备、多个转发设备及多组组件状态传感器之间通过直流电力线实现双向通信。
3.根据权利要求1所述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，其特征在于：所述的管理设备、多个转发设备及多组组件状态传感器的通信单元分别由信号耦合装置、发射放大装置、接收滤波装置及通信处理芯片构成，所述的信号耦合装置的一端分别与所述的发射放大装置及接收滤波装置的一端连接，所述的发射放大装置及接收滤波装置的另一端分别与所述的通信处理芯片连接。
4.根据权利要求3所述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，其特征在于：所述的接收滤波装置为带通滤波器。
5.根据权利要求3所述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置，其特征在于：所述的信号耦合装置由隔直电容及耦合变压器组成。
6.一种应用于所述的权利要求1-5任意一项所述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置的监控方法，其特征在于：该方法至少包括如下步骤：
步骤1：所述的管理设备得到当前待问询的所述的光伏组件对应的组件状态传感器的唯一地址；
步骤2：所述的管理设备询问该组件状态传感器当前光伏组件的参数；
步骤3：判断所述的管理设备是否收到询问的光伏组件参数的回复，若是，则监控成功，若否，则执行步骤4；
步骤4：所述的管理设备通过扩频技术重新进行当前光伏组件的参数询问；
步骤5：再次判断所述的管理设备是否收到询问的光伏组件参数的回复，若是，则监控成功，若否，则执行步骤6；
步骤6：所述的管理设备利用转发设备转发，重新询问当前光伏组件的参数；
步骤7：再次判断所述的管理设备是否收到询问的光伏组件参数的回复，若是，则监控成功，若否，则监控失败。
7.根据权利要求6所述的基于电力线通信的光伏组件状态信息监控装置的监控方法，其特征在于：在所述的步骤2、步骤4及步骤6中，所述的参数包括但不限于电压、电流、温度、光照度的状态信息。
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