CN107276533A - 屋顶光伏板的电压和电流检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种屋顶光伏板的电压和电流检测装置，该检测装置主要包括：电源模块、信息采集模块、通讯模块和数据综合处理模块。电源模块为整个检测装置提供工作电源；信息采集模块的输入端接至光伏板的输出端，信息采集模块的输出端连接至通讯单元，信息采集单元采集光伏板的电压值和电流值，并将其转换为电压信号和电流信号发送至通讯模块；通讯单元一方面负责将接收到的电压电流信号传输至数据综合处理模块，另一方面负责数据综合处理模块与WEB服务器之间信息的交互；数据综合处理模块整合接收到的信息并进行判断光伏板是否出现故障。应用该检测装置，可以实现对屋顶光伏板电压和电流的采集与远传，从而实现对整个屋顶光伏板的检测。
Description
技术领域
本发明专利属于光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏板的电压和电流监测装置。
背景技术
据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达10%到以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。
光伏组件的核心组成部分是太阳电池，实践经验也表明，在所有光伏组件的参数之中，光伏组件的输出电压、电流最能体现光伏组件的当前状况。可以根据输出端电压、电流判断光伏组件的发电情况，当前电压、电流是否超出允许的极限，还可以判断光伏组件的均一性好坏等。因此，对光伏组件的输出端电压、电流的测量十分重要。
本发明专利是屋顶光伏板的电压和电流检测装置，开发的模块化光伏板的检测装置。能够回避传统光伏板检测装置信息传递速率低，流程繁琐、实用性不强的问题。同时，采用极其简便的光伏板故障判断方案，充分利用极其有限的电压电流信息和天气信息，迅速判断光伏电板的工作状况。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明专利采用以下技术方案：一种屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，包括电源模块、信息采集模块、通讯模块和数据综合处理模块，信息采集模块安装在每个光伏板上，信息采集单元采集光伏板的电压值和电流值，并将其转换为电压信号和电流信号发送至通讯模块，所述信息采集模块的输入端连接光伏板的输出端，信息采集模块的输出端连接通讯模块，所述通讯模块将接收到信息采集模块采集的信号传输至数据综合处理模块，数据综合处理模块通过通讯模块连接WEB服务器，所述数据综合处理模块为所述检测装置的核心模块，数据综合处理模块包括SQL数据库、数据处理单元和故障判断单元，所述SQL数据库用于存储接收到的每块光伏板的电压、电流信号，用于故障判断单元的数据对比，所述数据处理单元将实时接收到的光伏板电压、电流信号和天气状况进行综合处理，所述故障判断单元对处理后的数据和数据库中数据进行对比判断，并将判断结果上传至WEB服务器，电源模块提供工作电源。所述电源模块为整个检测装置提供工作电源，一方面为信息采集模块提供工作电源；另一方面为整个检测装置提供工作电源。
在该技术方案中，信息采集模块实时在线监测光伏组件的运行情况，将光伏板工作的电压和电流通过通讯模块上传给数据综合处理模块，数据综合处理模块通过对比一段时间内的光伏板电压电流信息和天气状况信息能够及时发现光伏板出现的问题，上传至WEB服务器提示运行维护人员及时处理，防止在光伏组件运行过程中不能及时发现问题组件，严重影响整组组件的发电效率甚至引发火灾事故的发生。
进一步的，电源模块采用太阳能电池板作为主电源，所述太阳能电池板在光照环境能使太阳能电池板输出1%功率，就能保证所述检测装置的正常工作，这种情况的典型例子就是下小雨的情况。
进一步的，电源模块采用免维护可充电电池作为备用电源，所述太阳能电池板在光照强度较好时，富余功率用来给所述可充电电池充电。
进一步的，电源模块设计了智能电源管理模块，避免了电池过充放电。
进一步的，信息采集单元包括电压采集单元和电流采集单元，分别连接至所述光伏板的输出端，采集电压值和电流值。信息采集单元还包括信号放大单元和模/数转换器，所述电压采集单元和电流采集单元连接所述信号放大单元，所述信号放大单元将接收到的电压值和电流值进行差分放大后发送至所述模/数转换器；所述模/数转换器将电压值和电流值进行模数转换得到电压信号和电流信号。电流采集可以采用电流传感器将电流转换为电流信号，然后放大电路进行放大和变换后，送入A/D单片机采集回路，再通过模数变换和信号处理程序计算出电流的大小。电压采集采用电压传感器采集。
进一步的，所述通讯模块为所述检测装置各模块之间的通讯以及检测装置与WEB服务器之间的通讯提供必要的通讯手段。所述通讯装置通讯单元一方面负责将接收到的电压电流信号传输至数据综合处理模块，一方面负责数据综合处理模块与WEB服务器之间信息的交互。通讯模块包括短距无线通信和GPRS无线通信，所述短距无线通信用于各模块之间的信号的传输；所述GPRS无线通信用于与外部的通讯，负责接收天气情况和传输光伏板判断结果。
进一步的，短距无线通讯的频率为470MHz，满足电压、电流信号的实时性传输要求。
进一步的，数据综合处理模块中的数据处理单元采集的天气信息包括天气状况和环境温度，所述天气状况分为晴天、多云和雨天；所述环境温度分为高温、中温和低温。
进一步的，数据综合处理模块中的SQL数据库中存储有所述光伏板在（晴天、高温）、（晴天、中温）、（晴天、低温）、（多云、高温）、（多云、中温）、（多云、低温）、（雨天、高温）、（雨天、中温）以及（雨天、低温）九种情况下的24h典型电压、电流数据，同时能够存储当日24h所有光伏板的电压、电流数据。
进一步的，数据综合处理模块中的故障判断单元采用两项故障判断原则，所述判断原则一：根据当日天气状况和环境温度，从所述SQL数据库中选择当日所对应的光伏板24h典型电压、电流数据，与所述光伏板的实际电压、电流数据进行对比，当两组数据相似度大于等于0.8，输出为1，当两组数据相似度小于0.8，输出为0；所述判断原则二：与当日其他光伏板电压、电流数据进行对比，当两组数据相似度大于等于0.8，输出为1，当两组数据相似度小于0.8，输出为0。
进一步的，数据综合处理模块中的故障判断单元采用双门限复合判据（doublethreshold compound criterion），即两个故障判断原则同时输出为0时，判断该光伏电板故障，否则认为该光伏电板为正常，使故障判断更为准确。
通过以上技术方案，可以实现对屋顶各光伏板电压和电流的采集和远传，最终实现整个屋顶光伏板的检测。本检测装置的优点在于：
1.采用高精度传感器进行电压和电流的信息采集，并通过470MHz的短距无线通信进行实施传输，满足信息采集的精确性和实时性要求。
2.进行光伏电板故障判断时，结合了实时天气情况，防止由于天气原因检测装置出现误判，增加了故障判断的准确性。
3.检测装置具有记忆存储功能，通过对比一段时间内的电压、电流信息进行故障判断，能够简单迅速的识别光伏板的故障情况。
附图说明
图1是本发明专利屋顶光伏板的电压和电流检测装置的构成示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明专利屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于主要包括：电源模块1、信息采集模块2、通讯模块3和数据综合处理模块4。其中：所述电源模块1为整个检测装置提供工作电源，一方面为信息采集模块提供工作电源；另一方面为整个检测装置提供工作电源；所述信息采集模块2安装在每个光伏板上，采集光伏板的电压和电流值，所述信息采集模块2的输入端接至光伏板的输出端，信息采集模块2的输出端连接至通讯模块3，信息采集单元采集光伏板的电压值和电流值，并将其转换为电压信号和电流信号发送至所述通讯模块3；所述通讯模块3为所述检测装置各模块之间的通讯以及检测装置与WEB服务器5之间的通讯提供必要的通讯手段。所述通讯模块3通讯单元一方面负责将接收到的电压电流信号传输至数据综合处理模块4，一方面负责数据综合处理模块4与WEB服务器5之间信息的交互。所述数据综合处理模块4为所述检测装置的核心模块，包括SQL数据库、数据处理单元和故障判断单元，所述SQL数据库用于存储接收到的每块光伏板的电压、电流信号，最终用于故障判断模块的数据对比，所述数据处理单元将实时接收到的光伏板电压、电流信号和天气状况进行综合处理，所述故障判断单元对处理后的数据和数据库中数据进行对比判断，并将判断结果上传至WEB服务器5。
所述通讯模块为所述检测装置各模块之间的通讯以及检测装置与WEB服务器之间的通讯提供必要的通讯手段，通讯模块包括短距无线通信和GPRS无线通信，所述短距无线通信用于各模块之间的信号的传输；所述GPRS无线通信用于与外部的通讯，负责接收天气情况和传输光伏板判断结果，短距无线通讯的频率为470MHz，满足电压、电流信号的实时性传输要求。
数据综合处理模块中的数据处理单元采集的天气信息包括天气状况和环境温度，所述天气状况分为晴天、多云和雨天；所述环境温度分为高温、中温和低温，数据综合处理模块中的SQL数据库中存储有所述光伏板在（晴天、高温）、（晴天、中温）、（晴天、低温）、（多云、高温）、（多云、中温）、（多云、低温）、（雨天、高温）、（雨天、中温）以及（雨天、低温）九种情况下的24h典型电压、电流数据，同时能够存储当日24h所有光伏板的电压、电流数据。实验对比表明，9种气候条件的划分，能显著提升故障判断原则1的判断准确率，如只采取晴天，多云，雨天的三种气候划分，故障判断正确率为65%。如只采用低温、中温、高温三种气候划分，故障判断正确率在50%以下。目前使用的9种气候条件的划分，能将故障判断原则1判断正确率提升到80%。
数据综合处理模块中的故障判断单元采用两项故障判断原则，所述判断原则一：根据当日天气状况和环境温度，从所述SQL数据库中选择当日所对应的光伏板24h典型电压、电流数据，与所述光伏板的实际电压、电流数据进行对比，当两组数据相似度大于等于0.8，输出为1，当两组数据相似度小于0.8，输出为0；所述判断原则二：与当日其他光伏板电压、电流数据进行对比，当两组数据相似度大于等于0.8，输出为1，当两组数据相似度小于0.8，输出为0。数据综合处理模块中的故障判断单元采用双门限复合判据（doublethreshold compound criterion），即两个故障判断原则同时输出为0时，判断该光伏电板故障，否则认为该光伏电板为正常，使故障判断更为准确。实验结果表明，使用双门限复合判据，故障判断准确率可提升到94%，比使用原则1，判断准确率提升14%，比仅使用原则2，判断准确率提升24%。
本发明专利工作原理：信息采集模块实时在线监测光伏组件的运行情况，将光伏板工作的电压和电流通过通讯模块上传给数据综合处理模块，数据综合处理模块通过对比一段时间内的光伏板电压电流信息和天气状况信息能够及时发现光伏板出现的问题，上传至WEB服务器提示运行维护人员及时处理，防止在光伏组件运行过程中不能及时发现问题组件，严重影响整组组件的发电效率甚至引发火灾事故的发生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，包括电源模块、信息采集模块、通讯模块和数据综合处理模块，信息采集模块安装在每个光伏板上，信息采集模块采集光伏板的电压值和电流值，并将其转换为电压信号和电流信号发送至通讯模块，所述信息采集模块的输入端连接光伏板的输出端，信息采集模块的输出端连接通讯模块，所述通讯模块将接收到信息采集模块采集的信号传输至数据综合处理模块，数据综合处理模块通过通讯模块连接WEB服务器，数据综合处理模块包括SQL数据库、数据处理单元和故障判断单元，所述SQL数据库用于存储每块光伏板的电压、电流信号，包括典型数据和实时数据，用于故障判断单元的数据对比，所述数据处理单元将实时接收到的光伏板电压、电流信号和天气状况进行综合处理，所述故障判断单元对处理后的数据和数据库中数据进行对比判断，并将判断结果上传至WEB服务器，电源模块提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，电源模块采用太阳能电池板作为主电源，采用可充电电池作为备用电源，电源模块设置有智能电源管理模块。
3.根据权利要求1所述的屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，信息采集模块包括电压采集单元和电流采集单元，分别连接所述光伏板的输出端，采集电压值和电流值。
4.根据权利要求3所述的屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，信息采集模块还包括信号放大单元和模/数转换器，所述电压采集单元和电流采集单元连接所述信号放大单元，所述信号放大单元将接收到的电压值和电流值进行差分放大后发送至所述模/数转换器；所述模/数转换器将电压值和电流值进行模数转换得到电压信号和电流信号。
5.根据权利要求1所述的屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，通讯模块包括短距无线通信和GPRS无线通信，所述短距无线通信用于各模块之间的信号的传输；所述GPRS无线通信用于与外部的通讯，负责接收天气情况和传输光伏板判断结果。
6.根据权利要求5所述的屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，短距无线通讯的频率为470MHz，满足电压、电流信号的实时性传输要求。
7.根据权利要求1所述的屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，数据综合处理模块中的数据处理单元采集的天气信息包括天气状况和环境温度，所述天气状况分为晴天、多云和雨天；所述环境温度分为高温、中温和低温。
8.根据权利要求7所述的屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，数据综合处理模块中的SQL数据库中存储有所述光伏板在晴天、高温，晴天、中温，晴天、低温，多云、高温，多云、中温，多云、低温，雨天、高温，雨天、中温以及雨天、低温九种情况下的24h典型电压、电流数据，同时能够存储当日24h所有光伏板的电压、电流数据。
9.根据权利要求1所述的屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，数据综合处理模块中的故障判断单元采用两项故障判断原则，所述判断原则一：根据当日天气状况和环境温度，从所述SQL数据库中选择当日所对应的光伏板24h典型电压、电流数据，与所述光伏板的实际电压、电流数据进行对比，当两组数据相似度大于等于0.8，输出为1，当两组数据相似度小于0.8，输出为0；所述判断原则二：与当日其他光伏板电压、电流数据进行对比，当两组数据相似度大于等于0.8，输出为1，当两组数据相似度小于0.8，输出为0。
10.根据权利要求9所述的屋顶光伏板的电压和电流检测装置，其特征在于，数据综合处理模块中的故障判断单元采用双门限复合判据，即两个故障判断原则同时输出为0时，判断该光伏电板故障，否则认为该光伏电板为正常。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 210000 Suyuan Avenue, Jiangning District, Nanjing, Jiangsu Province, -5 58 Applicant after: STATE GRID JIANGSU ELECTRIC POWER Co.,Ltd. MAINTENANCE BRANCH Applicant after: STATE GRID JIANGSU ELECTRIC POWER Co. Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: 210000 Suyuan Avenue, Jiangning District, Nanjing, Jiangsu Province, -5 58 Applicant before: MAINTENANCE DIVISION OF STATE GRID JIANGSU ELECTRIC POWER Co. Applicant before: STATE GRID JIANGSU ELECTRIC POWER Co. Applicant before: State Grid Corporation of China |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |