CN105809938A - 光伏发电站电池板电力线载波监测系统 - Google Patents

光伏发电站电池板电力线载波监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的光伏发电站电池板电力线载波监测系统,包括单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块、智能集中器和光伏电池智能监控系统主站,光伏电池智能监测系统主站内设有光伏电池智能实时监测模块,光伏电池板电力线载波智能通信模块收集各个电池板的参数信息后由光伏电池板电力线载波智能通信模块通过电力线利用载波通信,传输到电力线载波智能集中器,将参数信息的电流数据收集后,再通过GPRS,转发到光伏电池智能监控系统主站,由光伏电池智能实时监测模块进行功率计算和监测跟踪。本发明采用电力线载波智能通信模块,以光伏电池板的输电线路电力线缆作为信号传输媒介,节约开支;结构简单、免布线、即插即用等优点。

Description

光伏发电站电池板电力线载波监测系统
技术领域
[0001] 本发明属于电力线载波通信领域,尤其涉及一种光伏发电站电池板电力线载波监测系统。
背景技术
[0002] 中国太阳能光伏发电潜力巨大,随着国家持续推动光伏产业,配合积极稳定的政策扶持,到2030年光伏装机容量将达到I亿千瓦,年发电量可达1300亿千瓦时,未来几年,中国太阳能光伏发电又迎来了新一轮的快速增长,而太阳能光伏电池板作为最基本的单元,检测光伏电池板的温度、电压、电流、功率等状态给监控中心成了必不可少的环节,目前太阳能光伏电池板检测系统需要架设专用的光伏检测通讯线路,增加了布线施工的成本和工期。电力线载波通信是一种利用既有电力线路作为信息传输信道的通信方式。携载信息的电压信号经信道编码和调制解调后,通过电力线进行传输,辅以适当的总线通信协议和组网算法,即可完成电力线上的网络通信功能。电力线信道可以说是无处不在的,所以电力线载波通信的最大优势就是免布线、即插即用,极大地节省了布线施工的投资和工期。
发明内容
[0003] 本发明要解决的问题是提供一种成本低、工期短,使用方便的光伏发电站电池板电力线载波监测系统。
[0004] 为解决上述问题,本发明采用的技术方案:一种光伏发电站电池板电力线载波监测系统,包括控制室、防雷汇流箱和对光伏阵列中的每块光伏电池板进行信息采集的单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块,所述控制室内设有光伏电池智能监控系统主站,所述光伏电池智能监测系统主站内设有光伏电池智能实时监测模块,所述防雷汇流箱内设有电力线载波智能集中器,所述光伏电池板电力线载波智能通信模块收集各个电池板的参数信息后由光伏电池板电力线载波智能通信模块通过电力线利用载波通信,传输到所述电力线载波智能集中器,将参数信息的电流数据收集后,再通过GPRS,转发到所述光伏电池智能监控系统主站,由所述光伏电池智能实时监测模块进行功率计算和监测跟踪。
[0005] 所述单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块包括单通道载波模块主板、互感线圈和电力线缆,所述单通道载波模块主板分别与光伏电池板单元和互感线圈相连,所述电力线缆穿过所述互感线圈并与所述光伏电池板单元相连。
[0006] 所述单通道载波模块主板包括电源电路、检测电路、主控处理器、载波收发电路和有源时钟振荡器电路,所述主控处理器分别与所述电源电路、检测电路、载波收发电路和有源时钟振荡器电路相连,所述检测电路包括电压检测电路和温度检测电路,所述电压检测电路和温度检测电路均通过模拟开关与所述主控处理器相连。
[0007] 所述电力线载波智能集中器包括集中器主板、多条电力线缆、多个互感线圈和多个分流器,每个所述电力线缆穿过一个所述互感线圈后与一个所述分流器相连,所述分流器对所述电力线缆进行分流,穿过所述互感线圈的电力线缆和经过所述分流器分流的电力线缆均与所述集中器主板相连,所述集中器主板包括CPU和与所述CPU分别相连的电力载波收发电路、电流检测电路和GPRS收发电路。
[0008] 所述电力载波收发电路包括耦合线圈TZ1、组合场效应管Ul和瞬态抑制二极管TVSI,所述耦合线圈TZl的输入端依次通过电感L2、电容CZl后接输入信号,所述耦合线圈TZl的输出端并联所述瞬态抑制二极管TVS1,在所述瞬态抑制二极管TVSl的两端串联电阻R3和电容C2,在所述电容C2的两端依次并联电容C6、电感L3和开关二极管D3,所述开关二极管D3的第3管脚通过电容Cl后接PLCIN信号,所述组合场效应管Ul的第7管脚依次通过电容C3和电感LI后接耦合线圈TZl的第2管脚,所述组合场效应管Ul的第4管脚分两路,一路通过电阻Rl后接12V电源,在所述电阻Rl的两端并联二极管D1,另一路通过电容C4和电阻R4后输出PLCOUT信号,所述组合场效应管Ul的第2管脚分两路,一路通过电阻R2接组合场效应管Ul的第I管脚,在所述电阻R2的两端并联二极管D2,另一路通过电容C5和电阻R4后输出PLCOUT信号。
[0009] 所述电流检测电路包括运算放大器U1A、U1B、U1C,所述运算放大器UlA的3脚接电阻R2 —端,所述运算放大器UlA的2脚分别接电阻R3、R4的一端,所述电阻R2另一端分别接电阻R1、电容Cl的一端,所述电阻R3另一端分别接所述电容Cl的另一端和接GND,所述电阻Rl另一端接输入信号IFB,所述运算放大器UlA的I脚分别接所述运算放大器UlB的5脚、UlC的8脚和所述电阻R4的另一端,所述运算放大器UlB的6脚分别接电阻R5、R7的一端,所述电阻R5另一端接+3. 3V,所述运算放大器UlB的7脚接电阻R6的一端,所述电阻R6的另一端接+3. 3V,所述运算放大器UlB的7脚向所述CPU输出信号F0,所述电阻R7的另一端向所述CPU输出信号PO,所述运算放大器UlC的9脚分别接电阻R8、R9的一端,所述电阻R9另一端接地,所述电阻R8另一端分别接+3. 3V和电阻RlO —端,所述运算放大器UlC的10脚和所述电阻RlO另一端向所述CPU输出信号P1。
[0010] 所述光伏电池智能监控系统主站包括GPRS转USB透传模块及与其连接的PC主机,还包括视频拼接器和显示设备,所述视频拼接器分别与显示设备和PC主机连接。
[0011 ] 所述GPRS转USB透传模块包括GPRS收发电路和与其连接的MCU。
[0012] 所述显示设备为电视墙。
[0013] 本发明具有的优点和积极效果是:由于本发明采用单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块,以光伏电池板的输电线路电力线缆作为信号传输媒介,即可对光伏电池板进行远距离实时检测,不必架设专用的光伏检测通讯线路,大大节约了线缆和施工方面的开支;具有结构简单、使用方便、免布线、即插即用等优点;集中器电力载波收发电路和电流检测电路的具体电路抗干扰、速度快、灵敏度高、精度高、动态范围宽;本监测系统测量精度高。
附图说明
[0014] 图I是本发明的原理框图;
[0015] 图2是本发明单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块的原理框图;
[0016] 图3是本发明电力线载波智能集中器的原理框图;
[0017] 图4是本发明光伏电池智能监控系统主站的原理框图;
[0018] 图5是本发明单通道载波模块主板的原理框图;
[0019] 图6是本发明单通道载波模块主板中电源电路的电路图;
[0020] 图7是本发明单通道载波模块主板中检测电路的电路图;
[0021] 图8是本发明单通道载波模块主板中主控处理器的电路图;
[0022] 图9是本发明单通道载波模块主板中载波收发电路的电路图;
[0023] 图10是本发明单通道载波模块主板中有源时钟振荡器电路的电路图;
[0024] 图11是本发明集中器主板功能框图;
[0025] 图12是本发明集中器主板CPU电路示意图;
[0026] 图13是本发明集中器电力载波收发电路示意图;
[0027] 图14是本发明集中器电流检测电路示意图;
[0028] 图15是本发明集中器GPRS收发电路芯片管脚示意图。
[0029] 图中:1.光伏电池智能监控系统主站,2.光伏电池智能实时监测模块,3.电力线载波智能通信模块。
具体实施方式
[0030] 现根据附图对本发明进行较详细的说明,如图I所示,如图I所示,一种光伏发电站电池板电力线载波监测系统,包括控制室、防雷汇流箱和对光伏阵列中的每块光伏电池板进行信息采集的单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块3,所述控制室内设有光伏电池智能监控系统主站1,所述光伏电池智能监测系统主站内设有光伏电池智能实时监测模块2,所述防雷汇流箱内设有电力线载波智能集中器,所述光伏电池板电力线载波智能通信模块3收集各个电池板的参数信息后由光伏电池板电力线载波智能通信模块3通过电力线利用载波通信,传输到所述电力线载波智能集中器,将参数信息的电流数据收集后,再通过GPRS,转发到所述光伏电池智能监控系统主站1,由所述光伏电池智能实时监测模块2进行功率计算和监测跟踪。
[0031] 如图2、5所示,单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块3,包括单通道载波模块主板、互感线圈和电力线缆,所述单通道载波模块主板分别与光伏电池板单元和所述互感线圈相连,所述电力线缆穿过所述互感线圈并与所述光伏电池板单元相连,所述单通道载波模块主板包括电源电路、检测电路、主控处理器、载波收发电路和有源时钟振荡器电路,所述主控处理器分别与所述电源电路、检测电路、载波收发电路和有源时钟振荡器电路相连。载波收发电路(具体电路见图9)连接主控处理器,用于电力线载波信号的放大发送和滤波接收。检测电路(具体电路见图7)连接主控处理器,用于检测光伏电池板的电压、电流、温度等数据。电源电路(具体电路见图6)与主控处理器(具体电路见图8)连接,给整个通信装置供电。有源时钟振荡器电路(具体电路见图10)与主控处理器连接,用于给主控处理器提供适中基准,所述主控处理器为天津益华微电子有限公司的HS80P5023S芯片,该芯片自带12位的AD转换器,并包含电力线载波调制解调器,采用直接序列扩频,BPSK调试解调方式;同时该芯片拥有8051内核,能够以中断方式同时处理电力线载波信号,所述检测电路包括电压检测电路和温度检测电路,所述电压检测电路和温度检测电路均通过模拟开关与所述主控处理器相连。
[0032] 单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块3的工作过程:本模块在通信时,一个模块用于接收,一个模块用于发送。若处于发送状态,能够以中断方式从太阳能传输线发送信号;若处于接收状态,同样能够以中断方式从太阳能传输线接收信号并送入主控处理器进行处理。本模块在上电后,如果是发送模块,则先由检测电路采集单个光伏电池板的电压、温度等参数,经过主控处理器中的AD转换,把模拟信号变成数字信号,再利用电力线载波调制解调器,把数字信号变成载波信号,通过光伏传输线发送出去;如果是接收模块,则接收到电力线载波信号后,如果符合事先约定的网络通信协议,则进行数据处理,否则再次转入到接收状态,完成数据处理后,根据网络通信协议内容,可以通过电力线信道进行数据中继转发,也可以通过接口把数据发送给其它通信装置或上位机(如监控中心);数据中继转发或数据发送完成后,再次转入到接收状态。
[0033] 如图3所示,电力线载波智能集中器包括集中器主板、多条电力线缆、多个互感线圈和多个分流器,每个所述电力线缆穿过一个所述互感线圈后与一个所述分流器相连,所述分流器对所述电力线缆进行分流,穿过所述互感线圈的电力线缆和经过所述分流器分流的电力线缆均与所述集中器主板相连,所述集中器主板包括CPU和与所述CPU分别相连的电力载波收发电路、电流检测电路和GPRS收发电路。
[0034] 如图13所示,电力载波收发电路包括耦合线圈TZl、组合场效应管Ul和瞬态抑制二极管TVS1,所述耦合线圈TZl的输入端依次通过电感L2、电容CZl后接输入信号,所述耦合线圈TZl的输出端并联所述瞬态抑制二极管TVS1,在所述瞬态抑制二极管TVSl的两端串联电阻R3和电容C2,在所述电容C2的两端依次并联电容C6、电感L3和开关二极管D3,所述开关二极管D3的第3管脚通过电容Cl后接PLCIN信号,所述组合场效应管Ul的第7管脚依次通过电容C3和电感LI后接耦合线圈TZl的第2管脚,所述组合场效应管Ul的第4管脚分两路,一路通过电阻Rl后接12V电源,在所述电阻Rl的两端并联二极管D1,另一路通过电容C4和电阻R4后输出PLCOUT信号,所述组合场效应管Ul的第2管脚分两路,一路通过电阻R2接组合场效应管Ul的第I管脚,在所述电阻R2的两端并联二极管D2,另一路通过电容C5和电阻R4后输出PLCOUT信号。所述组合场效应管Ul型号为SP8M3,所述瞬态抑制二极管TVSl型号为P6KE27C。
[0035] 如图14所示,电流检测电路包括运算放大器U1A、U1B、U1C,所述运算放大器UlA的3脚接电阻R2 —端,所述运算放大器UlA的2脚分别接电阻R3、R4的一端,所述电阻R2另一端分别接电阻R1、电容Cl的一端,所述电阻R3另一端分别接所述电容Cl的另一端和接GND,所述电阻Rl另一端接输入信号IFB,所述运算放大器UlA的I脚分别接所述运算放大器UlB的5脚、UlC的8脚和所述电阻R4的另一端,所述运算放大器UlB的6脚分别接电阻R5、R7的一端,所述电阻R5另一端接+3. 3V,所述运算放大器UlB的7脚接电阻R6的一端,所述电阻R6的另一端接+3. 3V,所述运算放大器UlB的7脚向所述CPU输出信号F0,所述电阻R7的另一端向所述CPU输出信号PO,所述运算放大器UlC的9脚分别接电阻R8、R9的一端,所述电阻R9另一端接地,所述电阻R8另一端分别接+3. 3V和电阻RlO —端,所述运算放大器UlC的10脚和所述电阻RlO另一端向所述CPU输出信号P1。所述运算放大器 U1A、U1B、UlC 型号均为 LM324D。所述 CPU 型号为 STM32F103VCT6。
[0036] 光伏电站电力线载波智能集中器包括集中器的工作过程为:检测各路光伏电池板的参数通过电力线载波通信技术经过电力线缆汇总到智能集中器中,通过分流器一路给集中器主板的电力载波收发电路来进行解调出原始数据,进而送给CPU进行数据处理,另一路经过电流检测电路也送给CPU处理,CPU把各个光伏电池板的信号进行数据加址再经过算法压缩打包成符合一定协议格式的数据包,最后由GRPS收发电路变成无线信号发射出去。
[0037] 如图4所示,光伏电池智能监控系统主站I包括GPRS转USB透传模块及与其连接的PC主机,还包括视频拼接器和显示设备,所述视频拼接器分别与显示设备和PC主机连接。
[0038] 所述GPRS转USB透传模块包括GPRS收发电路和与其连接的MCU。
[0039] 所述显示设备为电视墙。
[0040] 整个监测系统的工作过程:单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块3对光伏板进行数据采集,由电力线载波智能集中器进行数据转换,最后由光伏电池智能监控系统主站I进行功率计算和监测跟踪并显示到电视墙上。
[0041] 以上对本发明的实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1. 一种光伏发电站电池板电力线载波监测系统,其特征在于:包括控制室、防雷汇流箱和对光伏阵列中的每块光伏电池板进行信息采集的单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块,所述控制室内设有光伏电池智能监控系统主站,所述光伏电池智能监测系统主站内设有光伏电池智能实时监测模块,所述防雷汇流箱内设有电力线载波智能集中器,所述光伏电池板电力线载波智能通信模块收集各个电池板的参数信息后由光伏电池板电力线载波智能通信模块通过电力线利用载波通信,传输到所述电力线载波智能集中器,将参数信息的电流数据收集后,再通过GPRS,转发到所述光伏电池智能监控系统主站,由所述光伏电池智能实时监测模块进行功率计算和监测跟踪。
2.根据权利要求I所述的光伏发电站电池板电力线载波监测系统,其特征在于:所述单通道光伏电池板电力线载波智能通信模块包括单通道载波模块主板、互感线圈和电力线缆,所述单通道载波模块主板分别与光伏电池板单元和互感线圈相连,所述电力线缆穿过所述互感线圈并与所述光伏电池板单元相连。
3.根据权利要求2所述的光伏发电站电池板电力线载波监测系统,其特征在于:所述单通道载波模块主板包括电源电路、检测电路、主控处理器、载波收发电路和有源时钟振荡器电路,所述主控处理器分别与所述电源电路、检测电路、载波收发电路和有源时钟振荡器电路相连,所述检测电路包括电压检测电路和温度检测电路,所述电压检测电路和温度检测电路均通过模拟开关与所述主控处理器相连。
4.根据权利要求I所述的光伏发电站电池板电力线载波监测系统,其特征在于:所述电力线载波智能集中器包括集中器主板、多条电力线缆、多个互感线圈和多个分流器,每个所述电力线缆穿过一个所述互感线圈后与一个所述分流器相连,所述分流器对所述电力线缆进行分流,穿过所述互感线圈的电力线缆和经过所述分流器分流的电力线缆均与所述集中器主板相连,所述集中器主板包括CPU和与所述CPU分别相连的电力载波收发电路、电流检测电路和GPRS收发电路。
5.根据权利要求4所述的光伏发电站电池板电力线载波监测系统,其特征在于:所述电力载波收发电路包括耦合线圈TZl、组合场效应管Ul和瞬态抑制二极管TVSl,所述耦合线圈TZl的输入端依次通过电感L2、电容CZl后接输入信号,所述耦合线圈TZl的输出端并联所述瞬态抑制二极管TVS1,在所述瞬态抑制二极管TVSl的两端串联电阻R3和电容C2,在所述电容C2的两端依次并联电容C6、电感L3和开关二极管D3,所述开关二极管D3的第3管脚通过电容Cl后接PLCIN信号,所述组合场效应管Ul的第7管脚依次通过电容C3和电感LI后接耦合线圈TZl的第2管脚,所述组合场效应管Ul的第4管脚分两路,一路通过电阻Rl后接12V电源,在所述电阻Rl的两端并联二极管D1,另一路通过电容C4和电阻R4后输出PLCOUT信号,所述组合场效应管Ul的第2管脚分两路,一路通过电阻R2接组合场效应管Ul的第I管脚,在所述电阻R2的两端并联二极管D2,另一路通过电容C5和电阻R4后输出PLCOUT信号。
6.根据权利要求4所述的光伏发电站电池板电力线载波监测系统,其特征在于:所述电流检测电路包括运算放大器U1A、U1B、U1C,所述运算放大器UlA的3脚接电阻R2 —端,所述运算放大器UlA的2脚分别接电阻R3、R4的一端,所述电阻R2另一端分别接电阻R1、电容Cl的一端,所述电阻R3另一端分别接所述电容Cl的另一端和接GND,所述电阻Rl另一端接输入信号IFB,所述运算放大器UlA的I脚分别接所述运算放大器UlB的5脚、UlC的8脚和所述电阻R4的另一端,所述运算放大器UlB的6脚分别接电阻R5、R7的一端,所述电阻R5另一端接+3. 3V,所述运算放大器UlB的7脚接电阻R6的一端,所述电阻R6的另一端接+3. 3V,所述运算放大器UlB的7脚向所述CPU输出信号F0,所述电阻R7的另一端向所述CPU输出信号PO,所述运算放大器UlC的9脚分别接电阻R8、R9的一端,所述电阻R9另一端接地,所述电阻R8另一端分别接+3. 3V和电阻RlO —端,所述运算放大器UlC的10脚和所述电阻RlO另一端向所述CPU输出信号P1。
7.根据权利要求1-6任一项所述的光伏发电站电池板电力线载波监测系统,其特征在于:所述光伏电池智能监控系统主站包括GPRS转USB透传模块及与其连接的PC主机,还包括视频拼接器和显示设备,所述视频拼接器分别与显示设备和PC主机连接。
8.根据权利要求7所述的光伏发电站电池板电力线载波监测系统,其特征在于:所述GPRS转USB透传模块包括GPRS收发电路和与其连接的MCU。
9.根据权利要求7所述的光伏发电站电池板电力线载波监测系统,其特征在于:所述显示设备为电视墙。
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