CN108964608A - 组串式光伏阵列单板电压采集系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种组串式光伏阵列单板电压采集系统，用于检测组串式光伏阵列中单个太阳能面板的电压，包括：一组PV电压采集切换开关，每个PV电压采集切换开关对应一个太阳能面板；一组开关驱动模块，每个开关驱动模块用于驱动一个PV电路采集切换开关；PV电压差分采样模块，可选择的通过所述PV电压采集切换开关连接至一个太阳能面板；微处理器，按照预先设定的顺序每次通过一个所述开关驱动模块驱动一个所述PV电压采集切换开关闭合，将一个太阳能面板与所述PV电压差分采样模块连接进行电压检测。本发明提供的组串式光伏阵列单板电压采集系统，能够快速判断出是哪块PV面板故障，减轻了维护的工作量。
Description
技术领域
本发明涉及一种组串式光伏阵列单板电压采集系统和方法。
背景技术
随着人类社会和技术的发展，对能源的需求越来越大，光伏发电作为目前技术趋于成熟的可再生清洁能源，一直是实现可持续发展的重要手段之一，受到各国的广泛重视。
分布式光伏发电是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。分布式光伏发电遵循因地制宜、分散布局的原则，充分利用当地太阳能资源，替代和减少化石能源的消费。
PV面板（太阳能面板）是指利用半导体材料在光照条件下发生的光生伏特效应（photovoltaic）将太阳能直接转换为电能的器件，是光伏发电系统中重要的组成部分。PV面板将太阳能转换为电能，很一组PV面板组成组串式光伏阵列，并被连接到一台光伏并网逆变器的直流输入端，光伏并网逆变器则将直流电转换为交流电并入电网。目前的光伏并网逆变器一般可以监测组串式光伏阵列的总电压、总电流、日发电量、总发电量等参数，但没有办法对每个PV面板进行单独的监测。当某一个PV面板发生故障时，无法确认具体哪一个PV面板故障。要确认确切的失效面板，需要逐一排查，维护的工作量非常巨大，急需改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组串式光伏阵列单板电压采集系统和方法。
为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种组串式光伏阵列单板电压采集系统，用于检测组串式光伏阵列中单个太阳能面板的电压，包括：一组PV电压采集切换开关，每个PV电压采集切换开关对应一个太阳能面板；一组开关驱动模块，每个开关驱动模块用于驱动一个PV电路采集切换开关；PV电压差分采样模块，可选择的通过所述PV电压采集切换开关连接至一个太阳能面板；微处理器，按照预先设定的顺序每次通过一个所述开关驱动模块驱动一个所述PV电压采集切换开关闭合，将一个太阳能面板与所述PV电压差分采样模块连接进行电压检测。
作为本发明的进一步改进，所述微处理器包括一组IO口，每个IO口连接至一个所述开关驱动模块。
作为本发明的进一步改进，所述组串式光伏阵列单板电压采集系统还包括隔离通讯模块，所述隔离通讯模块将检测到电压数据传输至存储器。
作为本发明的进一步改进，所述存储器为服务器，所述电压数据通过网络上传至所述服务器。
作为本发明的进一步改进，所述太阳能面板的负极与所述PV电压差分采样模块的地线电性连接。
作为本发明的进一步改进，所述PV电压采集切换开关包括可以双向关断的电子开关。
为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种组串式光伏阵列单板电压采集方法，用于检测组串式光伏阵列中单个太阳能面板的电压，其特征在于，所述组串式光伏阵列单板电压采集方法包括如下步骤：a.初始化微处理器，将所有IO端口设置为低电平；b.通过微处理器其中一个IO端口输出检测信号；c.通过微处理器AD数据采集端口检测当前数据；d.计算出太阳能面板的电压数据；e.停止当前IO端口检测信号的输出，换另一个之前未输出过检测信号的IO端口输出检测信号，进行电压数据的检测和计算；f.判断是否所有IO端口均已输出过检测信号，如均已输出过检测信号，重新启动新一轮的检测。
作为本发明的进一步改进，所述步骤b中，检测信号为高电平。
作为本发明的进一步改进，所述组串式光伏阵列单板电压采集方法还包括，将检测到电压数据传输至存储器。
作为本发明的进一步改进，所述存储器为服务器，所述电压数据通过网络上传至所述服务器。
与现有技术相比，本发明提供的组串式光伏阵列单板电压采集系统和方法，当某一个PV面板发生故障时，能够通过单块PV面板的电压检测数据快速的判断出具体是哪一个PV面板故障，无需要逐一排查，极大的减轻了维护的工作量。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的组串式光伏阵列单板电压采集系统的示意图；
图2是本发明实施方式提供的组串式光伏阵列单板电压采集系统的电路图；
图3是本发明实施方式提供的组串式光伏阵列单板电压采集方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
请参见图1，是本发明实施方式提供的组串式光伏阵列单板电压采集系统的示意图。组串式光伏阵列单板电压采集系统用于监测组串式光伏阵列中单个太阳能面板的电压，包括PV电压采集切换开关，开关驱动模块， PV电压差分采样模块，微处理器以及隔离通讯模块。PV电压采集切换开关用于将PV面板接入电压差分采样模块，进行电压的检测。开关驱动模块用于接收来自微处理器的控制信号，驱动所述PV电压采集切换开关断开或者闭合。PV电压差分采样模块用于检测PV面板的电压并传输至微处理器。微处理器接收PV电压差分采样模块检测到的电压数据，并通过隔离通讯模块将电压数据传输至存储器。
请一并参见图2，是本发明实施方式提供的组串式光伏阵列单板电压采集系统的电路图。组串式光伏阵列包括N块太阳能面板，其编号为PV1、PV2、PV3…一直至PVN。每个太阳能面板的 PV电压采集切换开关以及开关驱动模块电路设计都是相同的，在此以第一个太阳能面板为例进行说明。
开关驱动模块连接至微处理器的1号IO口，包括电阻R1、R2，以及NPN三极管Q1。电阻R1的一端连接至微处理器的1号IO口DRV_DSP_IO1，另一端连接至三极管Q1的基极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接至三极管Q1的发射极及V-。三极管Q1的集电极连接PV电压采集切换开关。PV电压采集切换开关为继电器K1，三极管Q1的集电极连接继电器K1工作线圈的一端，继电器K1工作线圈的另一端连接至5V电源。继电器K1双刀的其中一刀的一端接PV1的负端-，另外一端连接AD采样电路的总线呃V-；继电器K1双刀的另外一刀的一端接PV1的正端+，另外一端接连接AD采样电路的总线的V+。
当组串式光伏阵列中有N块太阳能面板时，即有N组开关驱动模块和PV电压采集切换开关，将太阳能面板接入AD采样电路的总线。
PV电压差分采样模块包括电阻R252、R253、R254、R255、R256，以及差分运算。电阻R252的一端连接AD采样电路的总线的V+，另一端连接差分运放的正向输入端及电阻R253的一端。电阻R253的另外一端接地V-。电阻R254的一端连接AD采样电路的总线的V-，另外一端连接差分运放的反向输入端及电阻R255的一端，电阻R255的另外一端连接差分运放的输出端。差分运放的输出经电阻R256连接至微处理器的AD采样端口VPV_AD。
组串式光伏阵列单板电压采集系统中，一串组件仅使用一个AD端口。每一个开关驱动模块连接至微处理器不同的IO端口，微处理器通过IO端口发出信号，控制PV电压采集切换开关进行所要采集的单个PV面板的电压的切换，解决了微处理器AD口不足的问题。
在本实施方式中，PV电压采集切换开关为继电器，当然，本领域技术人员能够想到的是，PV电压采集切换开关可以使用双向关断的电子开关。在进行检测前，微处理器先将所有IO口置低，此时所有PV面板均未接入AD采样电路的总线。当开始检测时，微处理器依次通过IO端口发出信号，当轮到采集某一个PV面板的电压数据时，微处理器将该PV面板对应的IO口输出高电平，驱动PV电压采集切换开关闭合，将该路对应的PV面板的正负及极连接到AD采样电路的总线V+、V-上。PV电压差分采样模块对AD采样电路的总线V+、V-的电压进行差分运放传送到微处理器的AD采样口VPV_AD计算处理，微处理器计算出来的电压即为这块PV面板的电压。当这块PV面板的检测完成后，微处理器将此IO端口置低，再将另一个IO端口置高，重复之前的检测动作，如此这样重复，直至所有的PV面板均经过电压检测时，再重新从第一个PV面板开始检测。
微处理器检测到的电压数据，通过隔离通讯模块保存到本地的存储器，或者被上传到服务器，以便于后续对于PV面板的检查和维修。
本发明提供的组串式光伏阵列单板电压采集方法包括以下步骤：
步骤S0：初始化系统。系统上电以后，微处理器初始化，将所有连接有PV面板的IO口设置为低电平。此时所有的PV电压采集切换开关均处于不导通状态，所有的PV面板均未进行电压检测。
步骤S1：通过其中一个IO端口输出检测信号。系统启动后，微处理器通过其中一个IO端口，输出高电平。此IO端口对应的PV面板，通过PV电压采集切换开关连接至PV电压差分采样模块。
步骤S2：检测当前电压。PV面板的电压经过差分运放后到微处理器的AD数据采集口，微处理器此时采集到的电压就是PV面板的电压经过运放电路缩放以后的电压。
步骤S3：计算出PV面板的电压。微处理器将检测到的数据按照预先设定的方式进行计算，计算出来的电压就是PV面板两端的电压。进一步的，微处理器将检测到的数据保存到本地存储器中，或者通过网络上传到服务器，当某个PV面板发生故障失效后，其电压表现异常。维保人员根据监控数据可轻松确定其编号或位置，缩短排查时间，方便检查或者维修。
步骤S4：停止当前IO端口检测信号的输出，按照预先设定的顺序，换另一个之前未输出过检测信号的IO端口输出检测信号，并按照步骤S2和S3进行电压的检测和计算。
步骤S5：判断是否所有IO端口均已输出过检测信号，如均已输出过检测信号，重新启动新一轮的检测。
综上，本发明提供的组串式光伏阵列单板电压采集系统和方法，当某一个PV面板发生故障时，能够通过单块PV面板的电压检测数据快速的判断出具体是哪一个PV面板故障，无需要逐一排查，极大的减轻了维护的工作量。同时，本发明提供的组串式光伏阵列单板电压采集系统，通过电子开关将采样回路的地线V-同待测PV面板的负极-连接，使二者处于同一参考平面，具有共模电压不高的优点，使用普通的运算放大器就可以对其差分运算。同时，使用微处理器的一组IO口控制电子开关将组串中的一组PV面板分时切换到同一个AD口分时采样，避免了微处理器AD口不足的问题。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种组串式光伏阵列单板电压采集系统，用于检测组串式光伏阵列中单个太阳能面板的电压，其特征在于，包括：
一组PV电压采集切换开关，每个PV电压采集切换开关对应一个太阳能面板；
一组开关驱动模块，每个开关驱动模块用于驱动一个PV电路采集切换开关；
PV电压差分采样模块，可选择的通过所述PV电压采集切换开关连接至一个太阳能面板；
微处理器，按照预先设定的顺序每次通过一个所述开关驱动模块驱动一个所述PV电压采集切换开关闭合，将一个太阳能面板与所述PV电压差分采样模块连接进行电压检测。
2.根据权利要求1所述的组串式光伏阵列单板电压采集系统，其特征在于：所述微处理器包括一组IO口，每个IO口连接至一个所述开关驱动模块。
3.根据权利要求1 所述的组串式光伏阵列单板电压采集系统，其特征在于：所述组串式光伏阵列单板电压采集系统还包括隔离通讯模块，所述隔离通讯模块将检测到电压数据传输至存储器。
4.根据权利要求3所述的组串式光伏阵列单板电压采集系统，其特征在于：所述存储器为服务器，所述电压数据通过网络上传至所述服务器。
5.根据权利要求1所述的组串式光伏阵列单板电压采集系统，其特征在于：所述太阳能面板的负极与所述PV电压差分采样模块的地线电性连接。
6.根据权利要求1所述的组串式光伏阵列单板电压采集系统，其特征在于：所述PV电压采集切换开关包括可以双向关断的电子开关。
7.一种组串式光伏阵列单板电压采集方法，用于检测组串式光伏阵列中单个太阳能面板的电压，其特征在于，所述组串式光伏阵列单板电压采集方法包括如下步骤：
a.初始化微处理器，将所有IO端口设置为低电平；
b.通过微处理器其中一个IO端口输出检测信号，将一个太阳能面板，连接至PV电压差分采样模块；
c.通过微处理器AD数据采集端口检测当前数据；
d.计算出太阳能面板的电压数据；
e.停止当前IO端口检测信号的输出，按照预先设定的顺序换另一个之前未输出过检测信号的IO端口输出检测信号，进行电压数据的检测和计算；
f.判断是否所有IO端口均已输出过检测信号，如均已输出过检测信号，重新启动新一轮的检测。
8.根据权利要求7所述的组串式光伏阵列单板电压采集方法，其特征在于：所述步骤b中，检测信号为高电平。
9.根据权利要求7所述的组串式光伏阵列单板电压采集方法，其特征在于：所述组串式光伏阵列单板电压采集方法还包括，将检测到电压数据传输至存储器。
10.根据权利要求9所述的组串式光伏阵列单板电压采集方法，其特征在于：所述存储器为服务器，所述电压数据通过网络上传至所述服务器。
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