CN108564777A - 一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，属于太阳能技术领域，包括太阳能板、采集终端层、数据传输层和应用管理层，所述采集终端层包括一组蓄电池采集箱，所述蓄电池采集箱与太阳能板连接，所述采集终端层通过数据传输层将将数据传输给应用管理层；其中，所述蓄电池采集箱中设有二极管故障监测模块，所述数据传输层采集监控二极管故障监测模块的二极管温度，并将数据上传至应用管理层。本发明ZigBee数据传输层在整个系统中用于实现数据传输通道的建立，当ZigBee设备从采集终端层接收到数据或者通过ZigBee采集到数据后，通过自组建的无线网络传输发送到应用管理层，同时，应用管理层也可以通过ZigBee网络对各个监控节点发出控制指令。

Description

一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统及其工作方法
技术领域
本发明属于太阳能发电领域，特别涉及一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统。本发明还涉及一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统的工作方法。
背景技术
太阳能(也称光伏)电站大多是由数以百计、千计的光伏电池板组成的。光伏电站工作的稳定性和输出功率与光伏阵列是相关的，甚至与每一块光伏电池板的工作状态相关。如何对庞大的光伏阵列进行监测和故障诊断是维持光伏电站正常工作的首要问题。目前，光伏阵列的主要问题是热斑现象。所谓的热斑现象就是光伏电池板中部分光伏电池单体由于长时间被遮挡，导致其产生的电流小于其他没被遮挡的光伏电池单体产生的电流，根据基尔霍夫电压定律，这些被遮挡的光伏电池单体会带负电压，成为电路中的负载，并以热量形式消耗其他正常工作的光伏电池单体产生的功率，这种热量的长时间积累会损坏光伏电池板的封装材料，甚至破坏光伏电池板的物理结构，并将造成永久损坏。
目前，光伏阵列的监测方法主要有直接法和间接法。直接法是直接测量每块电池板的电压和电流，用总线技术将数据送入计算机判断。该方法存在规划布线、预设接口、线路检测、线路扩容等一系列与传输路径有关的问题。间接法是通过测量电池的温差来判断电池的工作状态。然而此种方法存在一些缺陷，如不能区分温度相差不明显的状态，实时性差，故障检测的精度和效率取决于检测设备(红外热像仪)的等级，不易实现在线故障分析和报警等等。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，对比上述两种监测方法，利用无线传感器网络对光伏阵列进行监测具有无可比拟的优越性。无线传感器网络向三维空间传送数据，中间无需导体介质，节省人力和维护费。网络自组织性和容错性高，易于重新布网。监测数据无人为干扰，所获数据资料原始准确，有利于科学研究及系统后续改进与优化。
技术方案：一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，包括太阳能板、采集终端层、数据传输层和应用管理层，所述采集终端层包括一组蓄电池采集箱，所述蓄电池采集箱与太阳能板连接，所述采集终端层通过数据传输层将将数据传输给应用管理层；其中，所述蓄电池采集箱中设有二极管故障监测模块，所述数据传输层采集监控二极管故障监测模块的二极管温度，并将数据上传至应用管理层。
进一步的，上述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，所述采集终端层包括监测节点和中心节点，所述监测节点采集数据，并且以多跳的形式传递至中心节点，所述中心节点将数据传输至数据传输层。
进一步的，上述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，所述采集终端层包括光伏组件电压模块、电流采样模块、温度模块、湿度模块和光照模块。
进一步的，上述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，所述应用管理层包括服务器和控制系统。
进一步的，上述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，所述控制系统包括主运行模块、直流电流模块、直流电压模块、交流电压模块、交流电流模块、运行数据库模块和故障数据库模块。
本发明的一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统的工作方法，包括以下步骤：
1）采集终端层采集监控光伏系统总的数据；
2）采集终端层将ZigBee监测区域子网内的数据传递给数据传输层；
3）应用管理层接收到传输层发送来的数据后，对数据进行分析，并根据分析结果向采集终端层发出控制指令。
一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统的工作方法，所述应用管理层包括以下步骤：
1）控制系统接收采集终端层的数据，并清空缓冲区数据；
2）控制系统运行状态识别；
3）将数据显示在控制系统的监控界面上，同时将数据存入运行数据库模块和故障数据库模块。
一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统的工作方法，所述数据传输层包括以下步骤：
1）数据传递至数据传输层，判断数据的地址码；
2）地址码正确，数据传输层读取下一位的数据；
3）数据符合要求，对数据进行校验；
4）校验正确，对数据进行解析，判断需要进行的操作；
5）将数据发送至控制系统，等待控制系统作出回应。
上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，ZigBee以其灵活、可靠、易于布置等特点在许多领域得到了广泛的应用。将其应用于光伏阵列监测系统的优点在于：
1、无线化，减少光伏阵列监测系统的连线的复杂度。
2、成本低，ZigBee协议简单且免收专利费。
3、智能化，各ZigBee节点自动搜索建立连接。
4、支持星型，树型，网型网络等多种网络拓扑结构，最大网络连接能力强，可支持65000个节点。
5、传输模块采用工业级设计，金属外壳，外接电源DC 12V/500mA；通信电流：<250mA (12V)；工作环境温度 -25~+65ºC；储存温度 -40~+85ºC；相对湿度 95%(无凝结)；多重软硬件看门狗设计，适用于油井野外工作。
6、ZigBee终端空旷视距离良好环境无线通信距离2000米。
7、ZigBee通讯不需要任何费，为整个项目节省大量的费用支。
8、设备配置操作简单，易懂 ，集成化程度高，技术成熟，安装方便。
附图说明
图1为本发明所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统实施例一的结构示意图；
图2为本发明所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统实施例二的结构示意图；
图3为本发明所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统电路图。
图中：1太阳能板、2采集终端层、3数据传输层、4应用管理层、5蓄电池采集箱、6二极管故障监测模块、7服务器、8控制系统。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
如图1、3所示的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，包括太阳能板1、采集终端层2、数据传输层3和应用管理层4，所述采集终端层2包括一组蓄电池采集箱5，所述蓄电池采集箱5与太阳能板1连接，所述采集终端层2通过数据传输层3将将数据传输给应用管理层4；其中，所述蓄电池采集箱5中设有二极管故障监测模块6，所述数据传输层3采集监控二极管故障监测模块6的二极管温度，并将数据上传至应用管理层4。本发明检出二极管故障、为了防止寒冷地区夜间结露在柜内加热；初期需要充电，DC间需要二极管开关；在夜间PCS单独SVC运转，无故障二极管会发热，根据检出的温度，才能确认二极管有没有故障。另外、IGBT堆栈的直流侧加上HCT，检出PV配电盘的逆电流、DC制动器出trip指令，能够保护系统。此外，所述采集终端层2包括监测节点和中心节点，所述监测节点采集数据，并且以多跳的形式传递至中心节点，所述中心节点将数据传输至数据传输层3。所述采集终端层2包括光伏组件电压模块、电流采样模块、温度模块、湿度模块和光照模块。所述应用管理层4包括服务器7和控制系统8。所述控制系统8包括主运行模块、直流电流模块、直流电压模块、交流电压模块、交流电流模块、运行数据库模块和故障数据库模块。整个系统架构划分为三层：采集终端层、数据传输层和应用管理层。
此系统的工作原理：采集终端层包含监测节点和中心节点，监测节点将采集到的数据以多跳的形式传输给中心节点。中心节点负责将ZigBee监测区域子网内的数据传递给数据传输层。数据传输层起代理人的作用，负责整合采集层上传的数据并发送至应用管理层。应用管理层主要是监控中心，负责数据的分析判断和系统的管理维护，实现远程实时监控查询和预警。
ZigBee数据传输层在整个系统中用于实现数据传输通道的建立，当ZigBee设备从采集终端层接收到数据或者通过ZigBee采集到数据后，通过自组建的无线网络传输发送到应用管理层，同时，应用管理层也可以通过ZigBee网络对各个监控节点发出控制指令，从而实现数据的双向通信以达到遥测、遥控的目的。
本发明的ZigBee数据传输设备为ZigBee的F8914时， F8914完全用ZigBee无线网来传输。
基于上述系统的基础上，一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统的工作方法，包括以下步骤：
1）采集终端层2采集监控光伏系统总的数据；
2）采集终端层2将ZigBee监测区域子网内的数据传递给数据传输层3；
3）应用管理层4接收到传输层3发送来的数据后，对数据进行分析，并根据分析结果向采集终端层2发出控制指令。
一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统的工作方法，所述应用管理层4包括以下步骤：
1）控制系统8接收采集终端层2的数据，并清空缓冲区数据；
2）控制系统8运行状态识别；
3）将数据显示在控制系统8的监控界面上，同时将数据存入运行数据库模块和故障数据库模块。
一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统的工作方法，所述数据传输层3包括以下步骤：
1）数据传递至数据传输层3，判断数据的地址码；
2）地址码正确，数据传输层3读取下一位的数据；
3）数据符合要求，对数据进行校验；
4）校验正确，对数据进行解析，判断需要进行的操作；
5）将数据发送至控制系统8，等待控制系统8作出回应。
实施例二
如图2、3所示的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，包括太阳能板1、采集终端层2、数据传输层3和应用管理层4，所述采集终端层2包括一组蓄电池采集箱5，所述蓄电池采集箱5与太阳能板1连接，所述采集终端层2通过数据传输层3将将数据传输给应用管理层4；其中，所述蓄电池采集箱5中设有二极管故障监测模块6，所述数据传输层3采集监控二极管故障监测模块6的二极管温度，并将数据上传至应用管理层4。本发明检出二极管故障、为了防止寒冷地区夜间结露在柜内加热；初期需要充电，DC间需要二极管开关；在夜间PCS单独SVC运转，无故障二极管会发热，根据检出的温度，才能确认二极管有没有故障。另外、IGBT堆栈的直流侧加上HCT，检出PV配电盘的逆电流、DC制动器出trip指令，能够保护系统。此外，所述采集终端层2包括监测节点和中心节点，所述监测节点采集数据，并且以多跳的形式传递至中心节点，所述中心节点将数据传输至数据传输层3。所述采集终端层2包括光伏组件电压模块、电流采样模块、温度模块、湿度模块和光照模块。所述应用管理层4包括服务器7和控制系统8。其中，应用管理层主要为中心监控系统，中心监控系统主要由服务器机组和平台软件主组成，当中心监控系统接收到传输层发送来的数据后，会对数据进行各种分析，并根据分析结果进行各种控制操作，如发出告警信息、向终端监控设备发出控制指令等。另外，所述控制系统8包括主运行模块、直流电流模块、直流电压模块、交流电压模块、交流电流模块、运行数据库模块和故障数据库模块。整个系统架构划分为三层：采集终端层、数据传输层和应用管理层。
此系统的工作原理：采集终端层包含监测节点和中心节点，监测节点将采集到的数据以多跳的形式传输给中心节点。中心节点负责将ZigBee监测区域子网内的数据传递给数据传输层。数据传输层起代理人的作用，负责整合采集层上传的数据并发送至应用管理层。应用管理层主要是监控中心，负责数据的分析判断和系统的管理维护，实现远程实时监控查询和预警。
ZigBee数据传输层在整个系统中用于实现数据传输通道的建立，当ZigBee设备从采集终端层接收到数据或者通过ZigBee采集到数据后，通过自组建的无线网络传输发送到应用管理层，同时，应用管理层也可以通过ZigBee网络对各个监控节点发出控制指令，从而实现数据的双向通信以达到遥测、遥控的目的。
本发明的ZigBee数据传输设备为带ZigBee+GPRS的F8114，F8114可先通过ZigBee无线将数据传输到中心节点，中心节点使用F8114，然后F8114再通过GPRS无线网络发送到远端应用管理层的监控中心。
根据上述实施例一和实施例二，根据应用管理层的监控中心与现场光伏电池板阵列的距离，本发明提出两种网络实施架构，当监控中心就布设在光伏电池板阵列附近时，数据传输层采用ZigBee无线直接进行短距离数据传输接入，整个ZigBee无线网络只采用F8914进行组建。
当中心监控与光伏电池板阵列的距离较远时，终端数据通过ZigBee设备F8914传输到带GPRS的中心节点F8114上，然后中心节点F8114将ZigBee数据转化为TCP/IP网络数据，然后通过GPRS运营商网传输到应用管理层的监控中心。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，其特征在于：包括太阳能板（1）、采集终端层（2）、数据传输层（3）和应用管理层（4），所述采集终端层（2）包括一组蓄电池采集箱（5），所述蓄电池采集箱（5）与太阳能板（1）连接，所述采集终端层（2）通过数据传输层（3）将将数据传输给应用管理层（4）；其中，所述蓄电池采集箱（5）中设有二极管故障监测模块（6），所述数据传输层（3）采集监控二极管故障监测模块（6）的二极管温度，并将数据上传至应用管理层（4）。
2.根据权利要求1所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，其特征在于：所述采集终端层（2）包括监测节点和中心节点，所述监测节点采集数据，并且以多跳的形式传递至中心节点，所述中心节点将数据传输至数据传输层（3）。
3.根据权利要求2所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，其特征在于：所述采集终端层（2）包括光伏组件电压模块、电流采样模块、温度模块、湿度模块和光照模块。
4.根据权利要求3所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，其特征在于：所述应用管理层（4）包括服务器（7）和控制系统（8）。
5.根据权利要求4所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统，其特征在于：所述控制系统（8）包括主运行模块、直流电流模块、直流电压模块、交流电压模块、交流电流模块、运行数据库模块和故障数据库模块。
6.根据权利要求5所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）采集终端层（2）采集监控光伏系统总的数据；
2）采集终端层（2）将ZigBee监测区域子网内的数据传递给数据传输层（3）；
3）应用管理层（4）接收到传输层（3）发送来的数据后，对数据进行分析，并根据分析结果向采集终端层（2）发出控制指令。
7.根据权利要求5所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统的工作方法，其特征在于：所述应用管理层（4）包括以下步骤：
1）控制系统（8）接收采集终端层（2）的数据，并清空缓冲区数据；
2）控制系统（8）运行状态识别；
3）将数据显示在控制系统（8）的监控界面上，同时将数据存入运行数据库模块和故障数据库模块。
8.根据权利要求5所述的检出二极管故障的光伏逆变器监控系统的工作方法，其特征在于：所述数据传输层（3）包括以下步骤：
1）数据传递至数据传输层（3），判断数据的地址码；
2）地址码正确，数据传输层（3）读取下一位的数据；
3）数据符合要求，对数据进行校验；
4）校验正确，对数据进行解析，判断需要进行的操作；
5）将数据发送至控制系统（8），等待控制系统（8）作出回应。
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