CN108183682A - 一种居民屋顶光伏板端电压自动对线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，它包括机箱、工作电源、电压接线柱、与电压接线柱绑定的两个显示管，原电压线回路、并接电压线回路、继电器线圈回路，主控制器板。主控制器板配置为两个循环，第一个循环对象是原电压线回路继电器，第二个循环对象是并接电压线回路继电器；第一二循环都是接通循环序号对应继电器线圈回路；主控制器板将电压值数组各项在唯一一组单调升序排序中的位置数输出控制到对应的显示管显示这些位置数。制作与各显示管二位数一致的数码标签并贴附于电压接线柱光伏板端电压电缆线上，抛掷地面的光伏板端电压电缆线具有与屋顶光伏板排列安装一一对应编号。本发明是保障居民屋顶光伏电站稳发电重要措施。

Description

一种居民屋顶光伏板端电压自动对线装置

技术领域

本发明涉及一种居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，更具体说是涉及一种运用降压转换器、双循环通断、电压值数组单调排序措施实现的自动对线装置。

背景技术

光伏发电经历了三个阶段。第一阶段是光伏发电应用于航空航天、灯塔、西藏无电区域，多采用离网结构，突出可靠性。第二阶段是占地面积十几平方公里几十平方公里的西部坡地、丘陵、矿区塌陷区域的大型地面电站，光伏板及电气设备贴近地面安装，运维工或徒步或驾驶工具车沿指定路径目测巡视。第三阶段是分布式光伏电站阶段，尤其是居民屋顶光伏电站快速推进。5kwp居民电站还成为国家精准扶贫主要措施。

如图1所示，居民屋顶光伏电站具备规模小、分散、离地面高达10米特点，如何稽查居民屋顶光伏电站故障及灰尘、遮挡、阴影、异物、热斑等异常并及时进行处置，是居民屋顶光伏电站实现稳发电的核心问题。

目前在电气检测领域，主要有模拟电网电气设备故障的继电保护测试仪，核实电度表的标准源电能仪，检测直流屏蓄电池组的直流检测仪等。

继电保护检测仪包括了4路交流电压接线柱4回路交流电流八根接线柱，模拟各种瞬间突变电流电压值变化及相位间变化。

标准源电能仪包括了3路交流电压接线柱3回路交流电流六根接线柱，产生高精度100V电压、5A电流及电压电流间指定相位的交流电源。以上两类检测仪是主动产生交流电气变化供外部使用。

蓄电池组配置110节每节2V电池，110节串接起来形成220V，蓄电池组与直流检测仪在同一个房间同一个平面上，2V电池的每节有编号，直流检测仪接线端子与电池组2V电池之间通过直接目测对线、现场施工人员近距离喊话对线等措施完成正确接线。

本发明接线柱全部为直流电压接线柱并是检测外部电压值大小，这与继电保护测试仪、标准源电能仪之间仅仅是“接线柱”三个字名称类似，但本发明的功能目标与继电保护测试仪、标准源电能仪的功能作用完全不同。

如图2所示，农村居民屋顶光伏电站选择11块光伏板串接后单相并网，城郊居民屋顶光伏电站选择22块光伏板串接后三相并网。单相并网时光伏板串接后电压是370V左右，三相并网时光伏板串接后电压是750V左右。串接光伏电站最大特征是一块光伏板故障异常将导致整个居民屋顶光伏电站损坏，必须及时发现故障及灰尘、遮挡、阴影、异物、热斑等异常是在哪块光伏板。监测每一块光伏板端电压是发现故障及异常的最好措施。

但居民屋顶光伏电站离开地面高，光伏板设备安装与巡检运维设备安装时间先后不一、责任单位不一，屋顶光伏板串连排列顺序是真实存在的，当地面巡检装置出现光伏板端电压电缆线接线错位时，运维工根据地面巡检装置做出的判断结果，安排专门车辆工具登上屋顶隔离更换一块光伏后，发现故障异常依据存在，原来这是因为张冠李戴了，这个故障异常的光伏块还处于串联回路之中而把完好的光伏块隔离更换了。

因此，居民屋顶光伏电站其光伏板安装在10米高的屋顶而其巡检装置安装在地面，如何正确无误地判定从屋顶抛掷到地面的一根根光伏板端电压电缆线与屋顶光伏板排列安装之间一一对应关系，然后对地面上一根根光伏板端电压电缆线进行编码贴附，是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明涉及一种居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，更具体说是涉及一种运用降压转换器、双循环通断、电压值数组单调排序措施实现的自动对线装置。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，它包括

外壳，用金属塑料制作的长500cm宽400cm高300cm六面体，六面体顶面为开启关闭面；工作电源，

包括24VDC容量为10AH免维护电池，向装置内供电；

它还包括接线柱显示板，电压线缆预处理板，主控制器板；

所述接线柱显示板包括开始按钮、退出按钮、电压接线柱、与电压接线柱绑定的显示管；

所述电压线缆预处理板包括原电压线回路、并接电压线回路、降压转换器，继电器，继电器线圈回路、电压线汇集公共端；

所述主控制器板由单片机或嵌入式控制器组成；

所述主控制器板模拟量输入回路与所述电压线缆预处理板电压线汇集公共端电气连接，所述主控制器板输出回路与所述电压线缆预处理板继电器线圈回路电气连接；所述主控制器板输出回路与所述接线柱显示板的显示管电气连接；

所述主控制器板配置为两个循环，第一个循环对象是电压线缆预处理板原电压线回路继电器，第二个循环对象是电压线缆预处理板并接电压线回路继电器，两个循环从1到N，第一个循环为外循环，第二个循环为内循环；第一个循环第二个循环控制行动是接通循环序号对应继电器线圈回路；主控制器板采集模拟量回路、计算模拟量回路电压值并生成电压值数组、排序电压值数组，在最多N次排序电压值数组中查找唯一一组单调升序排序，主控制器板将电压值数组各项在唯一一组单调升序排序中的位置数输出控制到与电压接线柱绑定的显示管，从而显示这些位置数。

作为优选，所述接线柱显示板的电压接线柱最多为22个。

作为优选，所述接线柱显示板的与电压接线柱绑定的显示管为两支八字型数码管。

作为优选，所述电压线缆预处理板的降压转换器为750V降低5V。

作为优选，所述电压线缆预处理板的串入继电器后的原电压线回路汇并为一个公共端。

作为优选，所述电压线缆预处理板的串入继电器后的并接电压线回路汇并为另一个公共端。

作为优选，所述主控制器板输出控制所述接线柱显示板的所有显示管后，人工制作与所述显示管二位数一致的数码标签并贴附于所述电压接线柱光伏板端电压电缆线上，全部光伏板端电压电缆线都贴附数码标签后，地面光伏板端电压电缆线具有与屋顶光伏板排列安装一一对应的完整编号，地面光伏板端电压电缆线可独立用于后续巡检应用。

本发明具有的优点和积极效果是：屋顶光伏板设备安装过程中，可为每块光伏板并接端电压电缆线并抛掷地面，利用本发明装置可快速将一根根光伏板端电压电缆与屋顶光伏板排列安装之间建立正确无误的一一对应关系，随后将一根根光伏板端电压电缆接入地面固定安装的巡检装置端子排，检查居民屋顶每块光伏板的故障与异常，正确操作居民屋顶故障异常光伏板的隔离更换，以此保障居民屋顶光伏电站稳发电。

附图说明

图1为居民屋顶光伏板安装示意图

图2为光伏板组串连接、安装排序与端电压线布列示意图

图3为接线柱显示板示意图

图4为电压线缆预处理板原电压线回路变换示意图图

图5为电压线缆预处理板并接电压线回路变换示意图

图6为主控制器板端口接线示意图

图7为主控制器板双循环流程图

图中：1-电压接线柱、2-与电压接线柱绑定的显示管、3-光伏板端电压电缆。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功能，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图7，本发明一种居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，它包括外壳，用金属塑料制作的长500cm宽400cm高300cm六面体，六面体顶面为开启关闭面，六面体左右面安装便于搬运的辅助手环。

在所述六面体机箱底部安放工作电源，包括24VDC容量为10AH免维护电池，向装置内供电；由此，本装置无需从外部得到交流电源供电而是本装置可独立工作。

本发明居民屋顶光伏板端电压自动对线装置不固定安装于一个具体的居民屋顶光伏电站，所述居民屋顶光伏板端电压自动对线装置适合运维工拥有，从一个居民屋顶电站现场工作之后搬运到另一个居民屋顶电站现场继续工作。

设计一个接线柱显示板其包括开始按钮、退出按钮、电压接线柱、与电压接线柱绑定的显示管；

从屋顶抛掷地面的一根根光伏板端电压电缆线任意地引至或插入电压接线柱。

全部屋顶光伏板端电压电缆线引至或插入电压接线柱完毕后，开按【开始按钮】，让所述居民屋顶光

伏板端电压自动对线装置开始工作。

每个电压接线柱独立绑定了两个八字型显示管，开始工作时，显示管为00空白状态。

接线柱显示板表面侧电压接线柱绑接了一根根光伏板端电压电缆线，而接线柱显示板下端侧则与电压线缆预处理板，主控制器板相连接。

如图4所示，设计一个电压线缆预处理板，接线柱显示板电压接线柱下端侧直接连接到所述电压线缆预处理板形成了原电压线回路。

居民屋顶两根光伏板端电压电缆线越靠近，相互之间电压越低；居民屋顶两根光伏板端电压电缆线越靠相距越远，则相互之间电压越高，最低是35V，最高则达750V，在所述原电压线回路中串入降压转换器DC\DC其额定参数为750V转换为5V精度1％，降压转换后的回路与主控制器板模拟量5V输入回路额定参数一致。

降压转换器长期处于工作状态，在降压转换器低压侧串接继电器常开回路，如果该继电器线圈不得电则该继电器处于常开状态，对应的光伏板端电压电缆线是断开的，只有回路中继电器线圈得电工作时该继电器其常开回路闭合，则此根光伏板端电压电缆线接通。原电压线回路串接的继电器以自然数编号，从1到N。

继电器1到继电器N的线圈一端与主控制器板输出回路相连接，继电器1到继电器N的线圈另一端与GND连接。

当主控制器板输出回路置高电平时，继电器线圈两端形成压降，继电器得电处于工作状态，此时继电器常开回路闭合畅通。当主控制器板输出回路置低电平时，继电器线圈两端电压一致，继电器则不动作，常开回路依就是开断状态。

原电压线回路所配置的继电器最多一个继电器处于得电工作状态。

原电压线回路所配置的继电器导通与否由主控制器板配置确定。

如图5所示，所述设计的电压线缆预处理板的原电压线回路都并接一根线缆，并接线缆形成的回路称为并接电压线回路。原电压线回路有N个回路，相应的并接电压线回路也有N个回路。

在并接电压线回路中串入降压转换器DC\DC其额定参数是750V转换为5V其精度1％，降压后的回路与主控制器板模拟量5V输入回路额定参数一致。

降压转换器是长期处于工作状态，在降压转换器低压侧串接继电器常开回路，如果该继电器线圈不得电则处于常开状态则此并接电压线缆是断开的，只有该继电器线圈得电工作时其常开回路闭合，则此根并接电压线缆接通。并接电压线回路串接的继电器以自然数及添加符b两个字符联合编号，从1b到Nb。

继电器1b到继电器Nb的线圈一端与主控制器板输出回路相连接，继电器1b到继电器Nb的线圈另一端与GND连接。

并接电压线回路所配置的继电器最多一个继电器得电处于工作状态。

并接电压线回路所配置的继电器导通与否由主控制器板配置确定。

如图4、5所示，全部原电压线回路全部并接电压线回路各自汇成了一个汇集点。由于原电压线回路继电器及并接电压线回路继电器都仅仅只有一个处于工作状态，因此各汇集点在一个确定时刻也只有一个回路是通畅的。作为更严格的技术措施，而继电器线圈与GND之间可串入二极管，以防反方向接通继电器。

原电压线回路有N条从1到N，并接电压线回路也有N条从1到N，原电压线回路上继电器编号从1到N,并接电压线回路继电器编号从1b到Nb，可规定原电压线回路及继电器为一个循环，并接电压线回路及继电器为另一个循环，确切的讲，规定原电压线回路及继电器为外循环而并接电压线回路及继电器为内循环。

所述电压线缆预处理板包括原电压线回路、并接电压线回路、降压转换器，继电器，继电器线圈回路、电压线汇集公共端。

如图6所示，设计一个主控制器板其核心部件是单片机或嵌入式控制器。

主控制器板配置输入回路，所述接线柱显示板开始按钮、退出按钮分别接入输入回路。

当输入回路接通或断开时对应电平发生跳变，所述主控制器板以此确定进入工作状态或退出运行。

主控制器板配置了模拟量采集通道，选择双输入差分模式，差分模拟量回路一个接线端口接所述电压线缆预处理板原电压线汇集公共端，该差分模拟量回路另一个接线端口接并接电压线汇并后另一个公共端，由此形成对压差的采集测量计算。

主控制器板配置充分多输出回路以与所述电压线缆预处理板继电器线圈回路电气连接。

所述电压线缆预处理板继电器包括了原电压线回路串接的继电器，从1到N；以及并接电压线回路串接的继电器，从1b到Nb。

选择所述主控制器板输出回路A组N个端口引脚与原电压线回路串接的继电器线圈连接；

选择所述主控制器板输出回路B组N个端口引脚与并接电压线回路串接的继电器线圈连接。

主控制器板配置另外输出回路C组如16个引脚通过八字型数码管驱动译码与八字型数码管连接。

一片驱动译码器件可连接驱动16片八字数码管，选配三片驱动译码器件。主控制器板每次控制输出两片八字数码管的显示，循环22次即可控制输出完成全部数码管的显示。

通过上述技术措施，为本发明居民屋顶光伏板端电压自动对线装置设计了机箱框架结构与电池，三个功能板分别是接线柱显示板，电压线缆预处理板，主控制器板，对主控制器板输入输出回路进行了分配与初始化配置，对主控制器板模拟量回路进行了配置。

自动对线是指光伏板端电压电缆线接入或插入所述电压接线柱，【开始按钮】按下后，所述居民屋顶光伏板端电压自动对线装置就启动了自动工作流程。

如图7所示，所述主控制器板配置为两个循环，第一个循环对象是电压线缆预处理板原电压线回路继电器，第二个循环对象是电压线缆预处理板并接电压线回路继电器，两个循环从1到N,第一个循环为外循环，第二个循环为内循环。

第一个循环为外循环是通过让所述主控制器板输出回路A组N个端口引脚的仅仅一个确定引脚置5V高电平而A组N个端口其它所有引脚保持低电压，让对应的一个继电器线圈得电动作，常开回路闭合通畅；第二个循环为内循环是通过让所述主控制器板输出回路B组N个端口引脚的仅仅一个确定引脚置5V高电平而B组N个端口其它所有引脚保持低电压，让对应的一个继电器线圈得电动作，常开回路闭合通畅。

外循环指针从1起，增加直到N结束。

内循环指针也是从1起，增加直到N结束。

外循环内循环的一次联合动作是原电压线回路一个导通，并接电压线回路其中一路导通，

主控制器板模拟量输入回路采集计算电压值并存储到电压值数组U[]中，外循环指针一次新值会激活内循环从1到N运转N次，电压值数组U[]也就能到U[0]、U[1]、……U[n-1]的确定数值，这个电压值数值U[]仅暂时保存缓冲。

电压值数组U[]排序后可能是0、1m、1m、2m、2m、3m、3m、4m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、11m，……；表明电压值数组U[]中存在多对相等值，遇此情形，就让外循环指针增加1，内循环继续从1到N完整循环一次，再次填满覆盖电压数组U[]。

当出现唯一一组单调上升的排序0、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、11m，12m、13m、14m、15m、16m、17m、18m、19m、20m、21m，则保存电压值数组U[]，并设置一个新数组Lcd[]，该Lcd[]数组是电压值数组每一项U[0]、U[1]、……U[n-1]在单调上升的排序中的位置数。U[0]对应Lcd[0]、U[1]对应Lcd[1]、U[2]对应Lcd[2]、……U[n-1]对应Lcd[n-1]。

此时终结外循环内循环并转入显示对线结果流程。

主控制器板以Lcd[0]、Lcd[1]、Lcd[2]……Lcd[n-1]为每次调用的数值，循环N次，分别输出控制Lcd[0]到第1根接线柱对应显示管进行显示，输出控制Lcd[1]到第2根接线柱对应显示管进行显示,……输出控制Lcd[i]到第(i+1)根接线柱对应显示管进行显示,……输出控制Lcd[n-1]到第n根接线柱对应显示管进行显示。至此，每根与电压接线柱绑定的显示管都从原来空白状态变成显示确定数值。

人工制作与该显示管二位数一致的数码标签并贴附在所述电压接线柱对应的光伏板端电压电缆线上，全部光伏板端电压电缆线都贴附数码标签后，本发明居民屋顶光伏板端电压自动对线装置可按住【退出按钮】，完成关机。

地面光伏板端电压电缆线拥有了与屋顶光伏板排列安装一一对应的完整编号，地面光伏板端电压电缆线可独立用于后续巡检应用，如将地面光伏板端电压电缆线一一接至巡检运维装置的电压输入回路，该巡检运维装置是固定安装于居民地面。而本发明居民屋顶光伏板端电压自动对线装置跟随运维工从一座居民电站搬运到另一座居民电站继续做自动对线工作。

本发明居民屋顶光伏板端电压自动对线装置是运维工共享工具，服务于所有居民屋顶光伏电站端电压线的自动对线任务。

居民屋顶光伏电站屋顶光伏设备安装往往在先，地面巡检运维设备往往延后，时间不一，责任主体不一，施工人员不一。

居民屋顶光伏电站屋顶电气设备安装人员前期代为铺设光伏板端电压电缆线并抛掷地面包扎完好，后期巡检运维系统如何对接呢？

本发明居民屋顶光伏板端电压自动对线装置是一台可搬运的机箱，一根根光伏板端电压电缆线接至或插入电压接线柱启动【开始按钮】，自动完成屋顶光伏板排列序号与光伏板端电压电缆线一一对应关系。

在前期铺设光伏板端电压电缆线施工标准化、后期巡检运维系统快速正确对线接线方面，本发明有积极作用。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启发下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出许多形式，这些均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，它包括

外壳，用金属塑料制作的长500cm宽400cm高300cm六面体，六面体顶面为开启关闭面；工作电源，包括24VDC容量为10AH免维护电池，向装置供电；

其特征在于，它还包括接线柱显示板，电压线缆预处理板，主控制器板；

所述接线柱显示板包括开始按钮、退出按钮、电压接线柱、与电压接线柱绑定的显示管；

所述电压线缆预处理板包括原电压线回路、并接电压线回路、降压转换器，继电器，继电器线圈回路、电压线汇集公共端；

所述主控制器板由单片机或嵌入式控制器组成；

所述主控制器板模拟量输入回路与所述电压线缆预处理板电压线汇集公共端电气连接，所述主控制器板输出回路与所述电压线缆预处理板继电器线圈回路电气连接；所述主控制器板输出回路与所述接线柱显示板的显示管电气连接；

所述主控制器板配置为两个循环，第一个循环对象是电压线缆预处理板原电压线回路继电器，第二个循环对象是电压线缆预处理板并接电压线回路继电器，两个循环从1到N，第一个循环为外循环，第二个循环为内循环；第一个循环第二个循环控制行动是接通循环序号对应继电器线圈回路；主控制器板采集模拟量回路、计算模拟量回路电压值并生成电压值数组、排序电压值数组，在最多N次排序电压值数组中查找唯一一组单调升序排序，主控制器板将电压值数组各项在唯一一组单调升序排序中的位置数输出控制到与电压接线柱绑定的显示管，从而显示这些位置数。

2.根据权利要求1所述居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，其特征在于：所述接线柱显示板的电压接线柱最多为22个。

3.根据权利要求1所述居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，其特征在于：所述接线柱显示板的与电压接线柱绑定的显示管为两支八字型数码管。

4.根据权利要求1所述居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，其特征在于：所述电压线缆预处理板的降压转换器为750V降低5V。

5.根据权利要求1所述居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，其特征在于：所述电压线缆预处理板的串入继电器后的原电压线回路汇并为一个公共端。

6.根据权利要求1所述居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，其特征在于：所述电压线缆预处理板的串入继电器后的并接电压线回路汇并为另一个公共端。

7.根据权利要求1所述居民屋顶光伏板端电压自动对线装置，其特征在于：所述主控制器板输出控制所述接线柱显示板的所有显示管后，人工制作与所述显示管二位数一致的数码标签并贴附于所述电压接线柱光伏板端电压电缆线上，全部光伏板端电压电缆线都贴附数码标签后，地面光伏板端电压电缆线具有与屋顶光伏板排列安装一一对应的完整编号，地面光伏板端电压电缆线可独立用于后续巡检应用。