CN105656690A - 一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法 - Google Patents

一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，通过太阳能基站中优化器间数据的相互通讯，实现各功能模块的优化控制，并对光伏组件的电压和电流信号进行处理，不断调整双向DC-AC变换器的工作模式或占空比，使太阳能发电优化单元输出的电压或电流得到控制。

Description

一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电技术，特别是一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法。
背景技术
随着能源的短缺和环境的污染，太阳能作为一种无公害、无污染的绿色能源越来越多的被人们所重视，太阳能光伏发电的应用也越来越广。随着可再生能源的发展，太阳能光伏发电的应用也越来越倍受人们的关注，太阳能光伏发电领域也成为热门研究领域。不过，目前现有的太阳能光伏发电系统架构最极易受到实际工作环境和现场条件的影响，从而导致太阳能系统内部出现失衡。如，住宅旁边如果种了一棵大树，树阴、落叶、树皮等各类碎片，天空中飞快运动的云朵，以及不时掉落下来的鸟粪、虫子等杂物都会遮挡住阳光照射太阳能极板的强度，并且会逐步减少光伏系统的总发电量。对于太阳能光伏发电系统而言，只要几块电池板有阴影或树叶等杂物遮蔽，整个系统的发电量便会大幅地下跌。具体来说，只要有10%的光伏组件面积被遮盖，系统的总发电量便会下跌50%。另外，尽管新安装的太阳能光伏系统不会有电池板失配的问题，但随着时间的流逝，电池板也会不断老化，并且老化的速度参差不齐，太阳能系统内部也必然会出现失衡。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，通过太阳能基站中优化器间数据的相互通讯，实现各功能模块的优化控制，以便解决由于各种因素使太阳能系统内部出现失衡时，最大限度的提高光伏系统的发电效率。
本发明的目的是这样实现的，一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：包括：单基站通讯单元、全系统通讯网络，单基站通讯单元固定在太阳能发电优化单元内，用于传输太阳能发电优化单元的输入电流和输出电压，所述单基站通讯单元包括：MCU微控制器、M/P供电单元、PLC电力线载波通讯单元、RS_232串行通讯单元；M/P供电单元与MCU微控制器和PLC电力线载波通讯单元的电源端相连，并由M/P供电单元向整系统供电；MCU微控制器的R/T接口与RS_232串行通讯单元的R1/T1接口相连，RS_232串行通讯单元的R2/T2接口与PLC电力线载波通讯单元的R/T接口相连；当通讯数据包由MCU微控制器发出时，MCU微控制器将数据包发送到R/T接口端，通过RS_232串行通讯单元进行数据转换并发送至PLC电力线载波通讯单元，再由PLC电力线载波通讯单元将数据包向数据网络发出；当MCU微控制器需要接收数据时，通讯网络中的数据包首先传向PLC电力线载波通讯单元，再由PLC电力线载波通讯单元将数据包发送至RS_232串行通讯单元，并经过RS_232串行通讯单元对数据包进行处理，最后由MCU微控制器完成数据接收，从而实现太阳能发电优化单元间的数据通讯。
所述的MCU微控制器是单片机，单片机包括一个R/T接口。
所述的单片机R/T接口与RS_232串行通讯单元的通讯端口直接连接，RS_232串行通讯单元的通讯端口与PLC电力线载波通讯单元的串行通讯端口直接相连；RS_232串行通讯单元用于将PLC电力线载波通讯单元的数据模式转换成单片机串行通讯接口R/T可以识别的数据模式；由单片机的R/T接口将太阳能发电优化单元的电流和电压信息通过电力线载波通信单元上传到全系统通讯网络中，每一个太阳能发电优化单元以及中央处理器根据单个太阳能发电优化单元的电流和电压信息决定是否调整双向DC-AC变换器工作模式。
所述的全系统通讯网络包括横向支路通讯网络、纵向各支路并联拓扑结构通讯网络和主控制器通讯单元。
所述的横向支路通讯网络，包括：单个基站通讯单元和链接各个通讯系统的通讯线路两个部分；每个基站通讯单元的MCU微控制器与RS_232串行通讯单元通过双方的R/T接口相连，RS_232串行通讯单元与PLC电力线载波通讯单元通过双方的R/T接口相连；太阳能发电优化单元各发电单元中的PLC电力线通信模块由支路通讯链路5连接，并联入干线通讯链路中。
所述的纵向各支路并联拓扑结构通讯网络，包括：各个支路通讯系统网络和链接各个支路通讯网络的干路通讯线路两个部分；纵向各支路并联拓扑结构通讯网络在各支路通讯网路组成的基础上由干线通讯链路与各支路通讯链路相互并联组成。
所述的主控制器通讯单元包括：中央处理器、C/P供电单元、PLC电力线载波通讯单元、RS_232串行通讯单元；C/P供电单元与中央处理器和PLC电力线载波通讯单元的电源端相连，并由C/P供电单元向整系统供电；中央处理器的R/T接口与RS_232串行通讯单元的R1/T1接口相连，RS_232串行通讯单元的R2/T2接口与PLC电力线载波通讯单元的R/T接口相连；当通讯数据包由中央处理器发出时，中央处理器将数据包发送到R/T接口端，通过RS_232串行通讯单元进行数据转换并发送至PLC电力线载波通讯单元，再由PLC电力线载波通讯单元将数据包向干线数据网络发出；当中央处理器需要接收数据时，通讯网络中的数据包首先传向PLC电力线载波通讯单元，再由PLC电力线载波通讯单元将数据包发送至RS_232串行通讯单元，并经过RS_232串行通讯单元对数据包进行处理，最后由中央处理器完成数据接收，从而实现太阳能发电基站与中央控制系统之间的数据双向通讯。
所述的PLC电力线载波通讯单元采用串口通讯模式，并由RS_232串行通讯单元进行数据模式处理；单片机的PWM输出接口与双向DC-AC变换器相连；单片机通过通讯网络获取拓扑通讯网络中的信息数据控制各模块工作在降压模式、升压模式、直通模式或二极管旁路模式；在降压模式、升压模式通过更改PWM占空比来调整DC/AC转换器。
所述的整双向DC-AC变换器工作模式包括：
（1）光伏组件由于遮阴或电气参数不一致，导致光伏组件输出功率变小，当光伏组件的输出电流小于光伏组件所在支路串的输出电流时，太阳能发电优化单元将光伏组件工作在降压扩流模式；
（2）如果支路串中其它光伏组件由于遮阴而使得系统的输出功率较小的状态，此时该支路串中未被遮阴的光伏组件输出电流将大于光伏组件串的输出电流，太阳能优化器将光伏组件工作在升压模式；
（3）如果光伏组件均工作在最大功率点上，且光伏组件输出电流近似等于光伏组件支路串的输出电流时，太阳能优化器将光伏组件工作在直通状态；
（4）太阳能发电优化单元内部并联有旁路二极管，当光伏组件异常时，太阳能优化器将光伏组件支路串通过旁路二极管直接旁路电流，使整个光伏发电系统正常工作。
本发明的优点是：一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，通过太阳能基站中优化器间数据的相互通讯，实现各功能模块的优化控制，并对光伏组件的电压和电流信号进行处理，不断调整双向DC-AC变换器的工作模式或占空比，使太阳能发电优化单元输出的电压或电流得到控制。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法原理图。
图中，1、MCU微控制器；2、M/P供电单元；3、PLC电力线载波通讯单元；4、RS_232串行通讯单元；5、支路通讯链路；6、干路通讯链路；7、中央处理器；8、C/P供电单元。
具体实施方式
如图1所示，一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：包括：单基站通讯单元、横向支路通讯网络、纵向各支路并联拓扑结构通讯网络、主控制器通讯单元。单基站通讯单元固定在太阳能发电优化单元内，用于传输太阳能发电优化单元的输入电流和输出电压，横向支路通讯网络、纵向各支路并联拓扑结构通讯网络构成全系统通讯网络。
本发明中，每个太阳能发电单元包括优化处理电路、光伏组件、支线PLC电力线通信模块和电流检测电路、电压检测电路，优化处理电路通过获取光伏组件电流和电压，传输给中央处理器，由中央处理器协调，以最大的效率将光伏组件发的电通过DC/AC逆变器并网到交流电力网中。
所述单基站通讯单元是指单个太阳能发电基站中的通讯系统。单基站通讯系统由MCU微控制器1、M/P供电单元2、PLC电力线载波通讯单元3、RS_232串行通讯单元4。M/P供电单元2与MCU微控制器1和PLC电力线载波通讯单元3的电源端相连，并由M/P供电单元2向整系统供电。MCU微控制器1的R/T接口与RS_232串行通讯单元4的R1/T1接口相连，RS_232串行通讯单元4的R2/T2接口与PLC电力线载波通讯单元3的R/T接口相连。当通讯数据包由MCU微控制器1发出时，MCU微控制器将数据包发送到R/T接口端，通过RS_232串行通讯单元4进行数据转换并发送至PLC电力线载波通讯单元3，再由PLC电力线载波通讯单元将数据包向数据网络发出；当MCU微控制器1需要接收数据时，通讯网络中的数据包首先传向PLC电力线载波通讯单元3，再由PLC电力线载波通讯单元将数据包发送至RS_232串行通讯单元4，并经过RS_232串行通讯单元对数据包进行处理，最后由MCU微控制器1完成数据接收，从而实现太阳能发电基站间的数据双向通讯。
所述的MCU微控制器1是单片机。
所述的单片机R/T接口与RS_232串行通讯单元的通讯端口1直接连接，RS_232串行通讯单元的通讯端口2与PLC电力线载波通讯单元3的串行通讯端口直接相连；RS_232串行通讯单元用于将PLC电力线载波通讯单元的数据模式转换成单片机串行通讯接口R/T可以识别的数据模式；由单片机的R/T接口将该太阳能发电优化单元的电流和电压信息通过电力线载波通信单元上传到全系统通讯网络中，每一个太阳能发电优化单元以及中央处理器根据单个太阳能发电优化单元的电流和电压信息决定是否调整双向DC-AC变换器工作模式。
所述的全系统通讯网络包括横向支路通讯网络、纵向各支路并联拓扑结构通讯网络、主控制器通讯单元。
所述的横向支路通讯网络，包括：单个基站通讯单元和链接各个通讯系统的通讯线路两个部分；每个基站通讯单元的MCU微控制器1与RS_232串行通讯单元4通过双方的R/T接口1相连，RS_232串行通讯单元与电力线通信（PLC）模块3通过双方的R/T接口2相连；各发电单元中的电力线通信（PLC）模块由支路通讯链路5连接，并联入干线通讯链路6中。
所述的纵向各支路并联拓扑结构通讯网络，包括：各个支路通讯系统网络和链接各个支路通讯网络的干路通讯线路两个部分；纵向各支路并联拓扑结构通讯网络在各支路通讯网路组成的基础上由干线通讯链路6与各支路通讯链路5相互并联组成。
所述的主控制器通讯单元包括：中央处理器7、C/P供电单元8、PLC电力线载波通讯单元3、RS_232串行通讯单元4；C/P供电单元8与中央处理器7和PLC电力线载波通讯单元3的电源端相连，并由C/P供电单元8向整系统供电；中央处理器7的R/T接口与RS_232串行通讯单元4的R1/T1接口相连，RS_232串行通讯单元4的R2/T2接口与PLC电力线载波通讯单元3的R/T接口相连；当通讯数据包由中央处理器7发出时，中央处理器将数据包发送到R/T接口端，通过RS_232串行通讯单元4进行数据转换并发送至PLC电力线载波通讯单元3，再由PLC电力线载波通讯单元将数据包向干线数据网络发出；当中央处理器7需要接收数据时，通讯网络中的数据包首先传向PLC电力线载波通讯单元3，再由PLC电力线载波通讯单元将数据包发送至RS_232串行通讯单元4，并经过RS_232串行通讯单元对数据包进行处理，最后由中央处理器7完成数据接收，从而实现太阳能发电基站与中央控制系统之间的数据双向通讯。
所述的PLC电力线载波通讯单元3采用串口通讯模式，并由RS_232串行通讯单元进行数据模式处理；单片机的PWM输出接口与双向DC-AC变换器相连；单片机通过通讯网络获取拓扑通讯网络中的信息数据控制各模块工作在降压模式、升压模式、直通模式或二极管旁路模式；在降压模式、升压模式通过更改PWM占空比来调整DC/AC转换器。
所述的每一个太阳能发电优化单元以及中央处理器根据单个太阳能发电优化单元的电流和电压信息决定是否调整双向DC-AC变换器工作模式包括：
（1）光伏组件由于遮阴或电气参数不一致，导致光伏组件输出功率变小，当光伏组件的输出电流小于光伏组件所在支路串的输出电流时，太阳能发电优化单元将光伏组件工作在降压扩流模式；
（2）如果支路串中其它光伏组件由于遮阴而使得系统的输出功率较小的状态，此时该支路串中未被遮阴的光伏组件输出电流将大于光伏组件串的输出电流，太阳能优化器将光伏组件工作在升压模式；
（3）如果光伏组件均工作在最大功率点上，且光伏组件输出电流近似等于光伏组件支路串的输出电流时，太阳能优化器将光伏组件工作在直通状态；
（4）太阳能发电优化单元内部并联有旁路二极管，当光伏组件异常时，太阳能优化器将光伏组件支路串通过旁路二极管直接旁路电流，使整个光伏发电系统正常工作。

Claims (9)

1.一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：包括：单基站通讯单元、全系统通讯网络，单基站通讯单元固定在太阳能发电优化单元内，用于传输太阳能发电优化单元的输入电流和输出电压，所述单基站通讯单元包括：MCU微控制器（1）、M/P供电单元（2）、PLC电力线载波通讯单元（3）、RS_232串行通讯单元（4）；M/P供电单元（2）与MCU微控制器（1）和PLC电力线载波通讯单元（3）的电源端相连，并由M/P供电单元（2）向整系统供电；MCU微控制器（1）的R/T接口与RS_232串行通讯单元（4）的R1/T1接口相连，RS_232串行通讯单元（4）的R2/T2接口与PLC电力线载波通讯单元（3）的R/T接口相连；当通讯数据包由MCU微控制器（1）发出时，MCU微控制器将数据包发送到R/T接口端，通过RS_232串行通讯单元（4）进行数据转换并发送至PLC电力线载波通讯单元（3），再由PLC电力线载波通讯单元将数据包向数据网络发出；当MCU微控制器（1）需要接收数据时，通讯网络中的数据包首先传向PLC电力线载波通讯单元（3），再由PLC电力线载波通讯单元将数据包发送至RS_232串行通讯单元（4），并经过RS_232串行通讯单元对数据包进行处理，最后由MCU微控制器（1）完成数据接收，从而实现太阳能发电优化单元间的数据通讯。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：所述的MCU微控制器（1）是单片机，单片机包括一个R/T接口。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：所述的单片机R/T接口与RS_232串行通讯单元（4）的通讯端口直接连接，RS_232串行通讯单元（4）的通讯端口与PLC电力线载波通讯单元（3）的串行通讯端口直接相连；RS_232串行通讯单元用于将PLC电力线载波通讯单元的数据模式转换成单片机串行通讯接口R/T可以识别的数据模式；由单片机的R/T接口将太阳能发电优化单元的电流和电压信息通过电力线载波通信单元上传到全系统通讯网络中，每一个太阳能发电优化单元以及中央处理器根据单个太阳能发电优化单元的电流和电压信息决定是否调整双向DC-AC变换器工作模式。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：所述的全系统通讯网络包括横向支路通讯网络、纵向各支路并联拓扑结构通讯网络和主控制器通讯单元。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：所述的横向支路通讯网络，包括：单个基站通讯单元和链接各个通讯系统的通讯线路两个部分；每个基站通讯单元的MCU微控制器（1）与RS_232串行通讯单元（4）通过双方的R/T接口相连，RS_232串行通讯单元与PLC电力线载波通讯单元（3）通过双方的R/T接口相连；太阳能发电优化单元各发电单元中的PLC电力线通信模块由支路通讯链路（5）连接，并联入干线通讯链路（6）中。
6.根据权利要求4所述的一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：所述的纵向各支路并联拓扑结构通讯网络，包括：各个支路通讯系统网络和链接各个支路通讯网络的干路通讯线路两个部分；纵向各支路并联拓扑结构通讯网络在各支路通讯网路组成的基础上由干线通讯链路（6）与各支路通讯链路（5）相互并联组成。
7.根据权利要求4所述的一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：所述的主控制器通讯单元包括：中央处理器（7）、C/P供电单元（8）、PLC电力线载波通讯单元（3）、RS_232串行通讯单元（4）；C/P供电单元（8）与中央处理器（7）和PLC电力线载波通讯单元（3）的电源端相连，并由C/P供电单元（8）向整系统供电；中央处理器（7）的R/T接口与RS_232串行通讯单元（4）的R1/T1接口相连，RS_232串行通讯单元（4）的R2/T2接口与PLC电力线载波通讯单元（3）的R/T接口相连；当通讯数据包由中央处理器（7）发出时，中央处理器将数据包发送到R/T接口端，通过RS_232串行通讯单元（4）进行数据转换并发送至PLC电力线载波通讯单元（3），再由PLC电力线载波通讯单元将数据包向干线数据网络发出；当中央处理器（7）需要接收数据时，通讯网络中的数据包首先传向PLC电力线载波通讯单元（3），再由PLC电力线载波通讯单元将数据包发送至RS_232串行通讯单元（4），并经过RS_232串行通讯单元对数据包进行处理，最后由中央处理器（7）完成数据接收，从而实现太阳能发电基站与中央控制系统之间的数据双向通讯。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：所述的PLC电力线载波通讯单元（3）采用串口通讯模式，并由RS_232串行通讯单元进行数据模式处理；单片机的PWM输出接口与双向DC-AC变换器相连；单片机通过通讯网络获取拓扑通讯网络中的信息数据控制各模块工作在降压模式、升压模式、直通模式或二极管旁路模式；在降压模式、升压模式通过更改PWM占空比来调整DC/AC转换器。
9.根据权利要求3所述的一种太阳能基站中优化器之间的数据传输方法，其特征是：所述的整双向DC-AC变换器工作模式包括：
（1）光伏组件由于遮阴或电气参数不一致，导致光伏组件输出功率变小，当光伏组件的输出电流小于光伏组件所在支路串的输出电流时，太阳能发电优化单元将光伏组件工作在降压扩流模式；
（2）如果支路串中其它光伏组件由于遮阴而使得系统的输出功率较小的状态，此时该支路串中未被遮阴的光伏组件输出电流将大于光伏组件串的输出电流，太阳能优化器将光伏组件工作在升压模式；
（3）如果光伏组件均工作在最大功率点上，且光伏组件输出电流近似等于光伏组件支路串的输出电流时，太阳能优化器将光伏组件工作在直通状态；
（4）太阳能发电优化单元内部并联有旁路二极管，当光伏组件异常时，太阳能优化器将光伏组件支路串通过旁路二极管直接旁路电流，使整个光伏发电系统正常工作。
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