CN107436413A - 一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，包括系统监控单元、可视化显示单元、数据存储单元以及辅助电源单元。本装置采用可视化显示单元的LED状态指示灯对错误状态、正常运行状态、通讯状态等关键状态进行指示，提高了显示的效率；本发明还公开一种光伏逆变器运行状态可视化监测的方法，其利用可视化监测装置强大的处理能力和大屏显示的优势，对众多运行状态及参数以图表形式进行显示，可视化显示光伏逆变器运行状态的量化数据。

Description

一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置及方法
技术领域
本发明涉及光伏逆变器领域，尤其涉及一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置及方法。
背景技术
目前市场上的逆变器运行状态基本上是采用LED指示灯进行显示，没有具体详细的显示项目和内容，且人机交互并不友好。
发明内容
为了克服现有技术提及的缺点，本发明提供一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，其采用LED指示灯对基本运行状态进行显示、LCD显示屏显示运行状态相关参数与详细信息，同时采用高效有条理的显示内容组织方式，通过相关图表显示和分页面显示，对运行状态简单直观地进行显示，且交互友好。
本发明解决其技术问题所采用技术方案为：一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，包括系统监控单元、可视化显示单元、数据存储单元以及辅助电源单元，所述辅助电源单元给所述系统监控单元、可视化显示单元以及数据存储单元供电；所述系统监控单元包括光伏输入监控模块、直流母线监控模块、并网运行监控模块和主从DSP控制模块，所述可视化显示单元 包括LCD运行状态显示模块、LED状态指示模块和状态显示控制模块，主从DSP控制模块分别通过光伏输入监控模块、直流母线监控模块、并网运行监控模块对逆变器的对应功能单元进行状态监视与控制；所述主从DSP控制模块、状态显示控制模块和数据存储单元之间信息通讯连接；主从DSP控制模块将运行状态的相关数据传输至数据存储单元进行长时间存储，并传输至状态显示控制模块通过LCD运行状态显示模块与LED状态指示模块进行运行状态可视化显示；所述主从控制模块和状态显示控制模块均可对所述数据存储单元进行读写操作。
所述光伏输入监控模块对光伏逆变器的电池板的输入电压和输入电流进行信号采样和控制，所述光伏输入监控模块将采样结果输送至主从DSP控制模块产生控制信号控制DC/DC模块，实现对光伏输入的最大功率跟踪，即MPPT。
所述直流母线监控模块对光伏逆变器的直流母线的母线电压、正极对母线中点电压、负极对母线中点电压、母线电压不平衡度进行实时采样和调理控制，保持母线电容电压稳定和功率平衡。
所述并网运行监控模块对光伏逆变器的电网电压、电网频率、当前电网电压相位、并网电流、当前并网电流相位进行信号采样和控制，所述并网运行监控模块将采样结果输送至主从DSP控制模块，经过主从DSP控制模块运算处理后输出控制指令控制逆变器功能单元的DC/AC模块，使并网电流与电网电压同 为正弦波，且频率相同，当前相位相同。
所述主从DSP控制模块包括主机DSP控制芯片和从机DSP控制芯片，主机DSP控制芯片选用TI公司的TMS320F28335,从机DSP控制芯片选用TI公司的TMS320F28035。
所述数据存储单元采用储存运行状态相关数据的EEPROM。
所述状态显示控制模块采用ATMEL公司的ATSAM4E8C控制芯片，其包含5个人机交互轻触开关用于输入显示切换指令。状态显示控制模块根据显示指令和显示内容切换指令更新LCD运行状态显示模块和LED状态指示模块所显示的内容。
所述LCD运行状态显示模块包括LCD显示屏和显示屏控制器，LCD运行状态显示模块实现运行状态的可视化功能，以及通过相关图表显示和分页面显示方式使众多运行状态及参数更加有序、直观地显示。
所述LED状态指示模块包括错误状态LED指示灯、正常运行状态LED指示灯和通讯状态LED指示灯，其中通讯状态指示灯为蓝色时，逆变器接收远程监控端数据，显示绿色时，逆变器向远程监控端发送相关数据，当光伏逆变器正常运行时，状态显示控制模块的显示控制芯片ATSAM4E8C发送运行指令，控制正常运行状态LED指示灯RUN点亮。当光伏逆变器出现错误时，控制错误状态LED指示灯FAULT点亮。当光伏逆变器接收远程监控端的数据时，控制通讯状态LED指示灯中的蓝灯RX_LED点亮；当光伏逆变器向远程监控端发送数据时，控制通讯状态LED指示灯中的绿灯TX_LED 点亮.通过LED状态指示灯可完成对逆变器基础运行状态的显示。
所述的人机交互轻触开关采用按键力度为250g的轻触开关,有一定防误触能力，5个人机交互轻触开关包括4个上下左右的方向键和一个功能键。点按方向键输入对应移动指令；点按功能键输入确定当前选项指令；长按功能键2秒，输入返回上一级指令。
一种光伏逆变器运行状态可视化监测方法，通过上述一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，利用所述系统监控单元对光伏逆变器的相应运行参数进行监测读取及计算后传输至所述可视化显示单元，所述可视化显示单元将运行参数分6个页面显示，分别是当前输入参数显示页、当前逆变参数显示页、历史错误显示页、当日功率及效率显示页、最近30天当天发电量显示页、最近12个月单月发电量显示页；其中所述当前输入参数显示页、当前逆变参数显示页以表格形式对运行参数进行显示，当前输入参数显示页显示的运行参数有：输入电压、输入电流、输入功率，系统监控单元对光伏逆变器的输入电压、输入电流经过进行信号采样调理后输送至主从DSP控制模块进行采样计算得到其显示值，输入功率的显示值等于输入电压的显示值乘以输入电流的显示值；当前逆变参数显示页显示的运行参数包括三相电网中的R、S、T相的电压Uac、并网电流Iac、并网功率Pac与相频率fac；系统监控单元对电网电压、电网频 率、并网电流的信号采样调理后再经过DSP控制模块运行相关程序计算得到电压Uac、并网电流Iac、与相频率fac的显示值，并网功率Pac＝Uac×Iac，将R、S、T相的并网功率相加即可得到当前功率，对当前功率进行积分运算即可得到当日发电量与总发电量；当日工作时间由主从DSP控制模块运行软件程序进行计数，将出厂以来的所有当日工作时间累加等到总工作时间，根据逆变器是处于正常运行还是出现故障，显示Normal或者Fail状态；所述历史错误显示页的历史错误记录是指软件程序计算得到输入电压、输入电流、电网电压的采样值，然后分别与其对应的最大允许值和最小允许值的正确区间相比较，超出则判断错误，所判断产生的错误类型分别有：输入过压、输入欠压、输入过流、输入欠流、电网过压、电网欠压6种错误；所述当日功率及效率显示页以曲线图实线与虚线的形式显示当日并网功率及效率随时间的变化情况，其中效率＝当前功率/输入功率。折线图的横坐标为当前日期的早上5点至晚上7点。左侧纵坐标为当前功率，单位为kW，右侧纵坐标为效率。所述最近30天当天发电量显示页、最近12个月单月发电量显示页以柱状图的形式显示最近30天每天日发电量和最近12个月每个月月发电量，当前逆变参数显示页中的当日发电量数据会存储在数据存储单元，单月发电量以一个自然月为周期，通过将此自然月中每天的当日发电量进行累加后得到。分别通过读取数据存储单元中最近30天当天发电量数据、最近12个月单月 发电量数据、通过状态显示控制模块将这些数据转换成柱状图的形式进行显示。
本方法采用高效有条理的显示内容组织方式，通过相关图表显示和分页面显示，对运行状态简单直观地进行显示，且交互友好。
本发明的有益效果是：本装置采用LED状态指示灯对错误状态、正常运行状态、通讯状态等关键状态进行指示，提高了显示的效率；利用ATMEL的ATSAM4E8C强大的处理能力和LCD显示屏大屏显示的优势，本发明还提供一种光伏逆变器运行状态可视化监测方法，对其众多运行状态及参数以图表形式进行显示，可视化显示光伏逆变器运行状态的量化数据。
附图说明
图1为本发明的结构系统框图；
图2为本发明的LED状态指示模块电路简图；
图3是当前逆变参数表格形式显示方法示意图；
图4是历史错误分栏形式显示方法示意图；
图5是当日功率及效率曲线图显示方法示意图；
图6是最近12个月单月发电量柱状图显示方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
如图1所示，一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，包括系统监控单元、可视化显示单元、数据存储单元以及辅助 电源单元，所述辅助电源单元给所述系统监控单元、可视化显示单元以及数据存储单元供电；所述系统监控单元包括光伏输入监控模块、直流母线监控模块、并网运行监控模块和主从DSP控制模块，所述可视化显示单元包括LCD运行状态显示模块、LED状态指示模块和状态显示控制模块，主从DSP控制模块分别通过光伏输入监控模块、直流母线监控模块、并网运行监控模块对逆变器的对应功能单元进行状态监视与控制；所述主从DSP控制模块、状态显示控制模块和数据存储单元之间信息通讯连接；主从DSP控制模块将运行状态的相关数据传输至数据存储单元进行长时间存储，并传输至状态显示控制模块通过LCD运行状态显示模块与LED状态指示模块进行运行状态可视化显示；所述主从控制模块和状态显示控制模块均可对所述数据存储单元进行读写操作。
所述光伏输入监控模块对光伏逆变器的电池板的输入电压和输入电流进行信号采样和控制，所述光伏输入监控模块将采样结果输送至主从DSP控制模块返回控制信号控制DC/DC模块，实现对光伏输入的最大功率跟踪，即MPPT。
所述直流母线监控模块对光伏逆变器的直流母线的母线电压、正极对母线中点电压、负极对母线中点电压、母线电压不平衡度进行信号采样和控制，保持母线电容电压稳定和功率平衡。
所述并网运行监控模块对光伏逆变器的电网电压、电网频率、当前电网电压相位、并网电流、当前并网电流相位进行信号采样和控制，所述并网运行监控模块将采样结果输送至主从DSP控制模块，经过主从DSP控制模块运算处理后输出控制指令控制逆变器功能单元的DC/AC模块，使并网电流与电网电压同为正弦波，且频率相同，当前相位相同。
所述主从DSP控制模块包括主机DSP控制芯片和从机DSP控制芯片，主机DSP控制芯片选用TI公司的TMS320F28335,从机DSP控制芯片选用TI公司的TMS320F28035。采样对象通过相应的监控模块进行信号调理之后输送至主从DSP控制模块进行AD转换。并经过相关数字控制算法运算后控制结果通过PWM作用于逆变器功能单元对应模块。
所述数据存储单元采用储存运行状态相关数据的EEPROM,EEPROM的型号采用AT24C256C，通过SCL、SDA两根信号线与主从DSP控制模块、状态显示控制模块进行I2C协议通讯，可进行读写操作，保存主从DSP控模块采集到的数据以及运行状态的历史错误及其发生时间。
所述状态显示控制模块采用ATMEL公司的ATSAM4E8C控制芯片，其包含5个人机交互轻触开关用于输入显示切换指令。状态显示控制模块根据显示指令和显示内容切换指令更新LCD运行状态显示模块和LED状态指示模块所显示的内容。
所述LCD运行状态显示模块包括LCD显示屏和显示屏控制器，LCD运行状态显示模块实现运行状态的可视化功能，以及通过相关图表显示和分页面显示方式使众多运行状态及参数更加有序、直观地显示。
如图2所示，所述LED状态指示模块包括错误状态LED指示灯、正常运行状态LED指示灯和通讯状态LED指示灯，其中通讯状态指示灯为蓝色时，逆变器接收远程监控端数据，显示绿色时，逆变器向远程监控端发送相关数据，当光伏逆变器正常运行时，状态显示控制模块的显示控制芯片ATSAM4E8C发送运行指令，控制正常运行状态LED指示灯RUN点亮。当光伏逆变器出现错误时，控制错误状态LED指示灯FAULT点亮。当光伏逆变器接收远程监控端的数据时，控制通讯状态LED指示灯中的蓝灯RX_LED点亮；当光伏逆变器向远程监控端发送数据时，控制通讯状态LED指示灯中的绿灯TX_LED点亮.通过LED状态指示灯可完成对逆变器基础运行状态的显示。
所述辅助电源单元由直流母线供电，选用双管反激拓扑，采用NCP1351控制芯片，准固定开关导通时间，改变开关关断时间的电流型控制，起动电流消耗和待机功耗极低，采用峰值电流压缩技术减少变压器噪声。生成多路独立的+3.3V,+5V,+12V,+15V,为系统监控单元、数据存储单元、可视化显示单元的各个模块供电。
所述的人机交互轻触开关采用按键力度为250g的轻触开关, 有一定防误触能力，5个人机交互轻触开关包括4个上下左右的方向键和一个功能键。点按方向键输入对应移动指令；点按功能键输入确定当前选项指令；长按功能键2秒，输入返回上一级指令。
如图3至图5所示，一种光伏逆变器运行状态可视化监测方法，通过上述一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，利用所述系统监控单元对光伏逆变器的相应运行参数进行监测读取及计算后传输至所述可视化显示单元，所述可视化显示单元将运行参数分6个页面显示，分别是当前输入参数显示页、当前逆变参数显示页、历史错误显示页、当日功率及效率显示页、最近30天当天发电量显示页、最近12个月单月发电量显示页；其中所述当前输入参数显示页、当前逆变参数显示页以表格形式对运行参数进行显示，其中当前输入参数显示页显示的运行参数有：输入电压、输入电流、输入功率。其中输入电压、输入电流经过其信号采样调理后输送至主从DSP控制模块进行采样计算得到其显示值，输入功率的显示值等于输入电压的显示值乘以输入电流的显示值。当前逆变参数显示页显示的运行参数如图2所示，其中包括三相电网中的R、S、T相的电压Uac、并网电流Iac、并网功率Pac、与相频率fac；通过电网电压、电网频率、并网电流的信号采样调理后再经过DSP控制模块运行相关程序计算得到电压Uac、并网电流Iac、与相频率fac的显示值，并网功率Pac＝Uac×Iac。将R、S、T相的并网功率相 加即可得到当前功率，对当前功率进行积分运算即可得到当日发电量与总发电量。当日工作时间由主从DSP控制模块运行软件程序进行计数，将出厂以来的所有当日工作时间累加等到总工作时间。根据逆变器是处于正常运行还是出现故障，显示Normal或者Fail状态。
所述历史错误显示页以分栏形式对历史错误记录及其对应发生时间进行显示，所述的历史错误记录是软件程序计算得到输入电压、输入电流、电网电压的采样值，然后比较其采样值是否落入其对应的最大允许值个最小允许值区间内，由此判断是否存在错误，所判断产生的错误类型分别有：输入过压、输入欠压、输入过流、输入欠流、电网过压、电网欠压6种错误。所述当日功率及效率显示页以曲线图实线与虚线的形式显示当日并网功率及效率随时间的变化情况，其中效率＝当前功率/输入功率。折线图的横坐标为当前日期的早上5点至晚上7点。左侧纵坐标为当前功率，单位为kW，右侧纵坐标为效率。所述最近30天当天发电量显示页、最近12个月单月发电量显示页以柱状图的形式显示最近30天每天日发电量和最近12个月每个月月发电量，当前逆变参数显示页中的当日发电量数据会存储在数据存储单元，单月发电量以一个自然月为周期，通过将此自然月中每天的当日发电量进行累加后得到。分别通过读取数据存储单元中最近30天当天发电量数据、最近12个月单月发电量数据、通过状态显示控制模块将这些数据转换成柱状图 的形式进行显示。本方法采用高效有条理的显示内容组织方式，通过相关图表显示和分页面显示，对运行状态简单直观地进行显示，且交互友好。
以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，其特征在于，包括系统监控单元、可视化显示单元、数据存储单元以及辅助电源单元，所述辅助电源单元给所述系统监控单元、可视化显示单元以及数据存储单元供电；所述系统监控单元包括光伏输入监控模块、直流母线监控模块、并网运行监控模块和主从DSP控制模块，所述可视化显示单元包括LCD运行状态显示模块、LED状态指示模块和状态显示控制模块，主从DSP控制模块分别通过光伏输入监控模块、直流母线监控模块、并网运行监控模块对逆变器的对应功能单元进行状态监视与控制；所述主从DSP控制模块、状态显示控制模块和数据存储单元之间信息通讯连接；主从DSP控制模块将运行状态的相关数据传输至数据存储单元进行长时间存储，并传输至状态显示控制模块通过LCD运行状态显示模块与LED状态指示模块进行运行状态可视化显示；所述主从控制模块和状态显示控制模块均对所述数据存储单元进行读写操作。
2.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，其特征在于，所述光伏输入监控模块对光伏逆变器的电池板的输入电压和输入电流进行信号采样和控制。
3.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，其特征在于，所述并网运行监控模块对光伏逆变器的电网电压、电网频率、当前电网电压相位、并网电流、当前并网电流相位进行信号采样和控制。
4.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，其特征在于，所述主从DSP控制模块包括主机DSP控制芯片和从机DSP控制芯片，主机DSP控制芯片选用TI公司的TMS320F28335,从机DSP控制芯片选用TI公司的TMS320F28035。
5.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，其特征在于，所述数据存储单元采用EEPROM。
6.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，其特征在于，所述状态显示控制模块采用ATSAM4E8C控制芯片。
7.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，其特征在于，所述LCD运行状态显示模块包括LCD显示屏和显示屏控制器。
8.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，其特征在于，所述LED状态指示模块包括错误状态LED指示灯、正常运行状态LED指示灯和通讯状态LED指示灯。
9.一种光伏逆变器运行状态可视化监测方法，其特征在于，根据权利要求1所述的一种光伏逆变器运行状态可视化监测装置，利用所述系统监控单元对光伏逆变器的相应运行参数进行监测读取及计算处理后传输至所述可视化显示单元，所述可视化显示单元将计算处理后的运行参数分6个页面显示，分别是当前输入参数显示页、当前逆变参数显示页、历史错误显示页、当日功率及效率显示页、最近30天当天发电量显示页、最近12个月单月发电量显示页；其中所述当前输入参数显示页、当前逆变参数显示页以表格形式对运行参数进行显示，所述历史错误显示页以分栏形式对历史错误记录及其对应发生时间进行显示，所述当日功率及效率显示页以曲线图实线与虚线的形式显示当日并网功率及效率随时间的变化情况，所述最近30天当天发电量显示页、最近12个月单月发电量显示页以柱状图的形式显示最近30天每天日发电量和最近12个月每个月月发电量。
10.根据权利要求9所述的一种光伏逆变器运行状态可视化监测方法，其特征在于，当前输入参数显示页显示的运行参数有：输入电压、输入电流、输入功率，系统监控单元对光伏逆变器的输入电压、输入电流经过进行信号采样调理后输送至主从DSP控制模块进行采样计算得到其显示值，输入功率的显示值等于输入电压的显示值乘以输入电流的显示值；当前逆变参数显示页显示的运行参数包括三相电网中的R、S、T相的电压Uac、并网电流Iac、并网功率Pac与相频率fac；系统监控单元对电网电压、电网频率、并网电流的信号采样调理后再经过DSP控制模块运行相关程序计算得到电压Uac、并网电流Iac、与相频率fac的显示值，并网功率Pac＝Uac×Iac，将R、S、T相的并网功率相加即可得到当前功率，对当前功率进行积分运算即可得到当日发电量与总发电量；当日工作时间由主从DSP控制模块运行软件程序进行计数，将出厂以来的所有当日工作时间累加等到总工作时间，根据逆变器是处于正常运行还是出现故障，显示Normal或者Fail状态；所述历史错误显示页的历史错误记录是指软件程序计算得到输入电压、输入电流、电网电压的采样值，然后分别与其对应的最大允许值和最小允许值的正确区间相比较，超出则判断错误，所判断产生的错误类型分别有：输入过压、输入欠压、输入过流、输入欠流、电网过压、电网欠压6种错误。
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