CN105634406A - 一种智能光伏阵列无线监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能光伏阵列无线监测系统，包括：智能接线盒、基站和监测上位机。本发明采用的智能接线盒端，通过无线传感网络均匀分簇自组网路由算法，实现采集数据的融合与无线传输；监测上位机端，结合网络数据库和智能报警系统对光伏电池组件工作参数进行存储分析以及工作状态评估。本发明采用无线自组网传输技术，具有低成本、高效率、可扩展等优点，可应用于大型光伏阵列发电监测领域。

Description

一种智能光伏阵列无线监测系统
技术领域
本发明涉及一种智能接线盒，以及基于智能接线盒的光伏阵列无线监控系统，属于光伏发电领域。具体为基于均匀分簇自组网路由协议的无线传感器网络监测系统。
背景技术
太阳能作为一种可再生的无污染的能源，以其资源丰富、获取简单而在能源领域受到重视。光伏发电作为利用太阳能主要形式，具有显著的能源、环保和经济效益，得到广泛应用。
由于光伏电池组件串联在一起，串组里流过的最大电流取决于性能最差的光伏电池组件，即一个损坏的光伏电池组件，可以使整个串组性能变差。所以，对光伏电池组件的运行状况进行实时监测，及时发现并排除光伏电池组件的故障，提高光伏发电效率显得非常重要。
目前对光伏电池组件的监测主要通过人工检查，或者通过现场布置总线进行有线远程监测。如专利号201110267285.1采用串口通信的方式将数据采集模块所采集的数据进行传输；专利号201120338797.8同样采用了有线电力载波传输方式传输数据。但由于光伏电池组件阵列较多，所以布置面积较大，人工或者有线监测效率低下，且成本较高。专利号201520395866.7虽然采用了数据无线传输方式，但是对光伏电池组件的监测数据没有在上位机管理系统进行数据库存储，只能根据当前接收的数据判断电池组件当前工作状态。这不利于对电池组件历史工作状态进行总结，也不利于对电池组件的未来工作状态作出正确的评估与预测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能光伏阵列无线监测系统，以实时监测光伏电池组件的工作状态，并将监测数据发送至监测上位机，监测上位机结合数据库技术对光伏电池组件工作参数进行存储分析，从而有效地对光伏电池组件的工作状态进行管理评估。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种智能光伏阵列无线监测系统，包括光伏电池组件、智能接线盒、基站和监测上位机，其特征在于：所述智能接线盒包括微处理器模块、数据采集模块、通信模块和付诸电源模块，微处理器模块与辅助电源模块相连，数据采集模块和通信模块与微处理器模块相连；
所述监测上位机包括上位机模块、网络数据库模块和智能报警模块；网络数据库、智能报警模块与上位机模块相连；所述监测上位机与基站相连，接收由基站转发的所有电池组件的工作状态信息；
所述各个基站分别对应一个区域设置，并与属于所述区域内的若干个智能接线盒相相互通信，以接收各个光伏电池组件的工作状态信息。
所述光伏电池组件的接线盒内嵌入了传感器模块，包括微处理器模块、数据采集模块、无线通信模块和辅助电源模块；每个光伏电池组件对应一个智能接线盒，由光伏电池组件提供辅助工作电压，通过数据采集模块对光伏电池组件的工作状态数据进行测量，再将采集的数据通过无线通信模块传输至基站，基站再通过GPRS模块传输至监测系统上位机PC，以实现对光伏电池组件工作状态的实时监测管理。
所述微处理器模块包括单片机MCU或嵌入式单片机系统。
所述工作状态信息包括：光伏电池组件的输出电压、输出电流和智能接线盒内部工作温度。
所述无线模块是美国公司生产的NRF24L01无线射频芯片，传输方式为短距离无线电射频传输。
所述基站是嵌入在光伏阵列的汇流箱中，由汇流箱进行不间断供电。基站模块包括：汇流箱、NRF24L01、GPRS通信模块。
所述智能接线盒传感器模块中加入了无线传感网络分簇路由协议，以进行自组网，增强数据无线传输的鲁棒性和高效性。
所述GPRS模块的传输方式为GPRS无线网络传输方式。
所述监测上位机PC包括上位机软件、网络数据库和智能报警模块。
本发明的工作过程为：每个光伏电池组件对应一个智能接线盒，由光伏电池组件提供辅助工作电压，通过数据采集模块对光伏电池组件的输出电压、输出电流、输出功率以及智能接线盒内部温度进行测量，再将采集的数据通过自组网路由协议由无线通信模块传至基站，基站再传输至监测上位机，以实现对光伏阵列电池组件的实时监测管理。
本发明具有有益效果。本发明采用短距离无线通信模块实现采集数据的无线传输，传输效率高，现场布置及人工检修维护方便，且有效地降低了施工维护成本；本发明智能接线盒设置了辅助电源模块，使得系统对光伏电池组件进行连续不间断监测成为可能；本发明采用PC机、数据库技术以及MCU组合监控方案，实现对光伏电池组件的层次监测管理，布置简单，易于监测区域的大面积扩展；本发明对智能接线盒设计了标准的控制接口，便于后期的二次开发。
附图说明
图1是本发明的光伏阵列监测系统原理图。
图2是本发明的智能接线盒组件的模块示意图。
图3是本发明的基站节点组件的模块示意图。
图4是本发明的监测上位机的模块示意图。
图5是本发明的具体流程图。
具体实施方法
如图1所示，在本实施方法中，所述光伏阵列监测系统，包括若干光伏电池组件11及与每一块电光伏电池组件11相连的智能接线盒10，基站20，以及监测上位机30。
如图2所示，在本实施方法中，所述智能接线盒10为一块嵌入了辅助电源12、微处理器13、NRF24L01无线通信模块14以及数据采集模块15的集成电路板，并安装在智能接接线盒10内部，每个智能接线盒10对应一串组光伏电池组件11，用于检测该光伏电池组件11的工作状态参数。其中，数据采集模块15的输出端与微处理器13的输入端相连，微处理器13的输出模块与无线通信模块14的输入模块相连。数据采集模块15包括：输出电压采集模块、输出电流采集模块、温度采集模块。
如图3所示，在本实施方法中，所述基站20对应一个被测光伏阵列区域，基站20包括：汇流箱21、微处理器模块22、与智能接线盒10通信的NRF24L01无线通信模块23、与监测上位机30进行GPRS通信的GPRS无线通信模块24。微处理器模22与汇流箱21相连，实现不间断供电，NRF24L01无线通信模块23和GPRS无线通信模块24与微处理器模块22相连。
如图4所示，在本实施方法中，所述监测上位机30包括：上位机31、网络数据库32和智能报警模块33。上位机31与网络数据库32和智能报警模块33相连。
以下将结合附图对本发明的智能接线盒10、基站20和监测上位机30的工作过程进行详细描述。
智能接线盒具体工作流程如图5所示。首先，单片机、数据采集模块以及无线通信模块初始化；接着所有智能接线盒10通过均匀分簇路由算法完成自组网；当定时时间到，智能接线盒10中的数据采集模块15分别负责采集电池组件的输出电压、输出电流以及工作温度，同时将实时采集的数据和自身地址数据通过NRF24L01无线通信模块14传送给基站20；
基站20将收集到的各智能接线盒10的采集数据和地址数据，通过GPRS无线通信模块25传送给上位机31；
上位机31结合网络数据库32负责接收、显示和存储各被测光伏电池组件11采集的数据，并判断各光伏电池组件11的工作状态，若工作异常时将会触发智能报警模块33，发出报警信息。
在本实施方法中，所述基于无线传感网络光伏阵列监测系统，通过对被测光伏阵列区域光伏电池组件11工作状态信息的实时监测，能够方便维修人员及时发现光伏阵列故障及故障具体位置，缩短了故障排查时间，提高了设备维修效率，降低了光伏阵列的维护成本。

Claims (9)

1.一种智能光伏阵列无线监测系统，包括光伏电池组件、智能接线盒、基站和监测上位机，其特征在于：所述智能接线盒包括微处理器模块、数据采集模块、通信模块和付诸电源模块，微处理器模块与辅助电源模块相连，数据采集模块和通信模块与微处理器模块相连；
所述监测上位机包括上位机模块、网络数据库模块和智能报警模块；网络数据库、智能报警模块与上位机模块相连；所述监测上位机与基站相连，接收由基站转发的所有电池组件的工作状态信息；
所述各个基站分别对应一个区域设置，并与属于所述区域内的若干个智能接线盒相相互通信，以接收各个光伏电池组件的工作状态信息。
2.根据权利要求1所述的一种智能无线监测系统，其特征在于：所述光伏电池组件的接线盒内嵌入了传感器模块，包括微处理器模块、数据采集模块、无线通信模块和辅助电源模块；每个光伏电池组件对应一个智能接线盒，由光伏电池组件提供辅助工作电压，通过数据采集模块对光伏电池组件的工作状态数据进行测量，再将采集的数据通过无线通信模块传输至基站，基站再通过GPRS模块传输至监测系统上位机PC，以实现对光伏电池组件工作状态的实时监测管理。
3.根据权利要求1所述的一种智能无线监测系统，其特征在于：所述微处理器模块包括单片机MCU或嵌入式单片机系统。
4.根据权利要求1所述的一种智能无线监测系统，其特征在于：所述工作状态信息包括：光伏电池组件的输出电压、输出电流和智能接线盒内部工作温度。
5.根据权利要求1所述的一种智能无线监测系统，其特征在于：所述无线模块是美国公司生产的NRF24L01无线射频芯片，传输方式为短距离无线电射频传输。
6.根据权利要求1所述的一种智能无线监测系统，其特征在于：所述基站是嵌入在光伏阵列的汇流箱中，由汇流箱进行不间断供电，基站模块包括：汇流箱、NRF24L01、GPRS通信模块。
7.根据权利要求1所述的一种智能无线监测系统，其特征在于：所述智能接线盒传感器模块中加入了无线传感网络分簇路由协议，以进行自组网，增强数据无线传输的鲁棒性和高效性。
8.根据权利要求6所述的一种智能无线监测系统，其特征在于：所述GPRS模块的传输方式为GPRS无线网络传输方式。
9.根据权利要求2所述的一种智能无线监测系统，其特征在于：所述监测上位机PC包括上位机软件、网络数据库和智能报警模块。
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