CN106100129A - 一种光伏箱变的测控通信管理机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏箱变的测控通信管理机。该管理机适用于35kV及以下电压等级的非直接接地系统或小电阻接地系统中光伏电站中箱变的智能测控、通信管理，可实现箱变高低压侧的模拟量采集、非电量保护、远方控制和通讯功能，同时还融合了通信管理机、光纤交换机的功能，可接入逆变器、汇流箱、组件监控器、视频监控、辐照仪等设备的数据通信，实现站内智能设备通讯信息的集中传输，并通过自愈式环形光纤以太网接入光伏电站监控系统，进而实现对光伏电场的远程管理和自动化监控，满足光伏电站全面智能化、“无人值班，少人值守”的运行管理方式。
Description
技术领域
本发明涉及光伏监控领域，尤其涉及一种光伏箱变的测控通信管理机。
背景技术
随着国内光伏电站的大规模建设，光伏发电在整个电力供应中所占的比例逐渐增大，光伏电站的安全监测也逐渐得到运营企业的重视。
目前大部分光伏发电单元内汇流箱、逆变器、箱变等设备的通信是把信息先送至通讯管理机，再经光纤收发器上传到综自系统，这样就使整个系统的接线过于繁多，增加了故障发生的可能性，同时也增加了企业的投资成本，更不利于以后系统故障的排查。
鉴于上述情况，迫切需要研发出一种解决上述问题的汇流箱监控系统。
发明内容
本发明目的在于解决光伏系统接线繁多，故障发生率高，不利于系统故障排查的问题，提出一种光伏箱变的测控通信管理机。
为实现上述目的，本发明提供了一种光伏箱变的测控通信管理机。该管理机包括箱体，所述箱体顶板上设有多个散热孔，箱体内设有供电电源，箱体前端设有与供电电源相连接的人机交互模块、箱体内设有与供电电源相连接的交流模块、直流输入及采样模块，测控CPU芯片、通信管理CPU芯片、开入模块、开出模块、规约转换模块和交换机模块，
所述交流模块与所述直流输入及采样模块相连，用于将箱变内光伏组件的电流、电压信号转换为适合直流输入及采样模块读取的弱电信号；
所述直流输入及采样模块与测控CPU芯片相连，用于将直流输入及采样模块读取的弱电信号进行模数转换，以及对箱变三侧进行线电压、电流、有功、无功、频率、功率、功率因数、电度的计算并送入测控CPU芯片；
所述测控CPU芯片与开入模块、人机交互模块和开出模块相连，用于读取直流输入及采样模块、开入模块和人机交互模块的数据信息，并通过人机交互模块显示，通过开出模块执行相应的操作；
所述测控CPU芯片还与所述通信管理CPU芯片相连，用来接收通信管理CPU芯片的查询命令并执行对应的操作；
所述规约转换模块与所述通信管理CPU芯片相连，用于实现各种终端设备的接入；
所述交换机模块与所述通信管理CPU芯片与相连，用于将通信管理CPU芯片的数据传输至光伏电站监控系统。
进一步地，所述人机交互模块包括显示器，和/或，键盘，和/或，指示灯，和/或，摄像装置，和/或，蜂鸣器，所述显示器用于数据显示，所述键盘用于输入数据，所述指示灯用于状态指示，所述摄像装置用于视频数据输入，所述蜂鸣器用于报警。
更进一步地，所述显示器为数码管、常规液晶、宽温液晶及OLED显示器中的任一种。
进一步地，所述装置包括温湿度测量模块，其与所述测控CPU芯片相连，用于测量所述光伏箱变的温湿度数据并将所述光伏箱变的温湿度数据发送至所述测控CPU芯片。
进一步地，所述交流模块包括电流互感器和电压互感器，所述电流互感器用来将箱变内光伏组件的模拟电流信号转换为适合直流输入及采样模块读取的弱电信号，所述电压互感器用来将箱变内光伏组件的模拟电压信号转换为适合直流输入及采样模块读取的弱电信号。
进一步地，所述开出模块为10路继电器输出接点，包括3路信号接点，7路出口接点。
进一步地，所述直流输入及采样模块为计量芯片。
进一步地，所述规约转换模块包括2路RS232/RS485，6路RS485，2路CAN/RS485，实现现场多种设备接入和规约转换。
进一步地，所述交换机模块包括2路光纤以太网接口和3路电以太网接口，2路光纤以太网接口用来组成自愈式光纤环网。
进一步地，还包括无线采集模块和GPS/北斗对时模块，
所述无线采集模块包括ZigBee模块、蓝牙模块、WiFi模块或UWB模块中的一种，其与所述通信管理CPU芯片相连，用于与无线汇流箱监控器或无线组件监控器一起实现箱变内光伏汇流箱或组件的监控；
所述GPS/北斗对时模块与所述通信管理CPU芯片相连，用于实现管理机的对时。
本发明提出的一种光伏箱变的测控通信管理机适用于35kV及以下电压等级的非直接接地系统或小电阻接地系统中光伏电站中箱变的智能测控、通信管理，可实现箱变高低压侧的模拟量采集、非电量保护、远方控制和通讯功能，同时还融合了通信管理机、光纤交换机的功能，可接入逆变器、汇流箱、组件监控器、视频监控、辐照仪等设备的数据通信，实现站内智能设备通讯信息的集中传输，并通过自愈式环形光纤以太网接入光伏电站监控系统，进而实现对光伏电场的远程管理和自动化监控，满足光伏电站全面智能化、“无人值班，少人值守”的运行管理方式。而采用光纤通信的优点是：不会收到其他电力设备的电磁干扰；雷击通信线路时，过电压不会沿光纤传输至弱电设备；实现了设备间的电气隔离，单一设备的损坏不会影响其他设备的通信，可避免某一通信线路的损坏不会导致设备失联。
附图说明
图1是本发明的光伏箱变的测控通信管理机的结构示意图；
图2是本发明的光伏箱变的测控通信管理机的箱体结构示意图。
附图标记说明：
1-供电电源，2-人机交互模块，2.1-显示器，2.2-键盘，2.3-指示灯，2.4-摄像装置，2.5-蜂鸣器，3-交流模块，4-直流输入及采样模块，5-测控CPU芯片，6-通信管理CPU芯片，7-开入模块，8-开出模块，9-规约转换模块，10-交换机模块，11-温湿度测量模块，12-无线采集模块，13-GPS/北斗对时模块，14-进风口，15-散热孔，16-风扇，17-除湿器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明一种光伏箱变的测控通信管理机的结构示意图。
如图1所示，本发明提供的一种光伏箱变的测控通信管理机安装在箱变内。该管理机包括箱体。箱体内设有供电电源1，箱体前端设有与供电电源1相连接的人机交互模块2、箱体内设有与供电电源1相连接的交流模块3、直流输入及采样模块4，测控CPU芯片5、通信管理CPU芯片6、开入模块7、开出模块8、规约转换模块9和交换机模块10。
人机交互模块2包括显示器2.1，和/或，键盘2.2，和/或，指示灯2.3，和/或，摄像装置2.4，和/或，蜂鸣器2.5。显示器2.1用于数据显示，可以为数码管、常规液晶、宽温液晶及OLED显示器中的任一种。键盘2.2用于输入数据。指示灯2.3用于状态指示。摄像装置2.4用于视频数据输入。蜂鸣器2.5用于报警。
交流模块3包括电流互感器31和电压互感器32，电流互感器31用来将箱变内光伏组件的模拟电流信号转换为适合直流输入及采样模块4读取的弱电信号；电压互感器32用来将箱变内光伏组件的模拟电压信号转换为适合直流输入及采样模块4读取的弱电信号。
直流输入及采样模块4具体为计量芯片，其与测控CPU芯片5相连，负责将直流输入及采样模块4读取的弱电信号进行模数转换，以及对箱变三侧进行线电压、电流、有功、无功、频率、功率、功率因数、电度的计算并送入测控CPU芯片5。
测控CPU芯片5与开入模块7、人机交互模块1和开出模块8分别相连，负责读取直流输入及采样模块4、开入模块7和人机交互模块2上键盘22的数据信息(如采集到的电压、电流等交流量和4-20mA、开关量状态等)，并通过人机交互模块2上的显示器21显示，通过开出模块8执行相应的操作。开出模块8为10路继电器输出接点，包括3路信号接点，7路出口接点。其中开入模块7包括24路开关量输入(含非电量输入)，支持交直流两用。
测控CPU芯片5与通信管理CPU芯片6相连，测控CPU芯片5接收到通信管理CPU芯片6的查询命令后，会按照要求把采集到的数据(如交流测量值、开关量状态等)或参数传给通信管理CPU芯片6，或者根据通信管理CPU芯片6的要求配置参数。
规约转换模块9与通信管理CPU芯片6相连，其包括2路RS232/RS485，6路RS485，2路CAN/RS485，负责实现现场多种设备接入和规约转换，负责实现各种终端设备的接入，如可接入逆变器、汇流箱、视频监控、辐射仪等设备，每个RS485接口可接入设备32台，传输速率2.4kbps-19.2kbps可配置，传输距离可达1000米，支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-103/104、DMP500、Modbus、CDT、私有协议等多种规约。
交换机模块10与通信管理CPU芯片6与相连，负责将通信管理CPU芯片6的数据传输至光伏电站监控系统。交换机模块10包括2路光纤以太网接口和3路电以太网接口，2路光纤以太网接口用来组成自愈式光纤环网。自愈时间不大于100ms，光纤以太网接口为单模SC型(可选ST、FC等)，波长1310nm，传输距离可达40km，通信协议采用IEC60870-5-103，面向单个智能设备数据，实现Modbus到IEC60870-5-103的统一转换和传输。
进一步地，根据本发明的光伏箱变的测控通信管理机还可以包括温湿度测量模块11，其与测控CPU芯片5相连，负责测量光伏箱变的温湿度数据并将光伏箱变的温湿度数据发送至测控CPU芯片5。
进一步地，根据本发明的光伏箱变的测控通信管理机还可包括无线采集模块12和GPS/北斗对时模块13。无线采集模块12可以为ZigBee模块、蓝牙模块、WiFi模块或UWB模块中的一种，其与通信管理CPU芯片6相连，负责与无线汇流箱监控器或无线组件监控器一起实现箱变内光伏汇流箱或组件的监控。GPS/北斗对时模块13与通信管理CPU芯片6相连，负责实现管理机的对时。
图2是本发明一种光伏箱变的测控通信管理机的箱体结构。
如图2所示，本发明提供的一种光伏箱变的测控通信管理机，安装在箱变内。该管理机的箱体顶板上可开设多个散热孔14，箱体可采用标准5U/6U铝合金筒形式机箱。箱体底板上开设有一进风口15，底板的内表面上设置有一风扇16、一除湿器17，风扇16设置在进风口15上且风扇16的正面朝上，风扇16和除湿器17均与上述所述的开出模块8相连。上述所述的温湿度测量模块11采集箱变内环境参数传输至上述测控CPU芯片5，测控CPU芯片5与预设值进行比对分析后，输出相应的命令至开出模块8，由开出模块8控制风扇16和除湿器17操作。在箱变内温度或湿度较高时，可以对管理机箱体内自动降温除湿，以保证在箱变内温度或湿度较高，也不会使管理机内部受潮或受高温影响器件的正常工作。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光伏箱变的测控通信管理机，包括箱体，其特征在于，所述箱体顶板上设有多个散热孔，箱体内设有供电电源，箱体前端设有与供电电源相连接的人机交互模块、箱体内设有与供电电源相连接的交流模块、直流输入及采样模块，测控CPU芯片、通信管理CPU芯片、开入模块、开出模块、规约转换模块和交换机模块，
所述交流模块与所述直流输入及采样模块相连，用于将箱变内光伏组件的电流、电压信号转换为适合直流输入及采样模块读取的弱电信号；
所述直流输入及采样模块与测控CPU芯片相连，用于将直流输入及采样模块读取的弱电信号进行模数转换，以及对箱变三侧进行线电压、电流、有功、无功、频率、功率、功率因数、电度的计算并送入测控CPU芯片；
所述测控CPU芯片与开入模块、人机交互模块和开出模块相连，用于读取直流输入及采样模块、开入模块和人机交互模块的数据信息，并通过人机交互模块显示，通过开出模块执行相应的操作；
所述测控CPU芯片还与所述通信管理CPU芯片相连，用来接收通信管理CPU芯片的查询命令并执行对应的操作；
所述规约转换模块与所述通信管理CPU芯片相连，用于实现各种终端设备的接入；
所述交换机模块与所述通信管理CPU芯片与相连，用于将通信管理CPU芯片的数据传输至光伏电站监控系统。
2.根据权利要求1所述的一种光伏箱变的测控通信管理机，其特征在于，所述人机交互模块包括显示器，和/或，键盘，和/或，指示灯，和/或，摄像装置，和/或，蜂鸣器，所述显示器用于数据显示，所述键盘用于输入数据，所述指示灯用于状态指示，所述摄像装置用于视频数据输入，所述蜂鸣器用于报警。
3.根据权利要求2所述的光伏箱变的测控通信管理机，其特征在于，所述显示器为数码管、常规液晶、宽温液晶及OLED显示器中的任一种。
4.根据权利要求1所述的光伏箱变的测控通信管理机，其特征在于，还包括温湿度测量模块，其与所述测控CPU芯片相连，用于测量所述光伏箱变的温湿度数据并将所述光伏箱变的温湿度数据发送至所述测控CPU芯片。
5.根据权利要求1所述的光伏箱变的测控通信管理机，其特征在于，所述交流模块包括电流互感器和电压互感器，所述电流互感器用来将箱变内光伏组件的模拟电流信号转换为适合直流输入及采样模块读取的弱电信号，所述电压互感器用来将箱变内光伏组件的模拟电压信号转换为适合直流输入及采样模块读取的弱电信号。
6.根据权利要求1所述的光伏箱变的测控通信管理机，其特征在于，所述开出模块为10路继电器输出接点，包括3路信号接点，7路出口接点。
7.根据权利要求1所述的光伏箱变的测控通信管理机，其特征在于，所述直流输入及采样模块为计量芯片。
8.根据权利要求1所述的光伏箱变的测控通信管理机，其特征在于，所述规约转换模块包括2路RS232/RS485，6路RS485，2路CAN/RS485，实现现场多种设备接入和规约转换。
9.根据权利要求1所述的光伏箱变的测控通信管理机，其特征在于，所述交换机模块包括2路光纤以太网接口和3路电以太网接口，2路光纤以太网接口用来组成自愈式光纤环网。
10.根据权利要求1至9任意之一所述的光伏箱变的测控通信管理机，其特征在于，还包括无线采集模块和GPS/北斗对时模块，
所述无线采集模块包括ZigBee模块、蓝牙模块、WiFi模块或UWB模块中的一种，其与所述通信管理CPU芯片相连，用于与无线汇流箱监控器或无线组件监控器一起实现箱变内光伏汇流箱或组件的监控；
所述GPS/北斗对时模块与所述通信管理CPU芯片相连，用于实现管理机的对时。
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