CN109245709A - 光伏发电系统及故障监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光伏发电系统及故障监控方法，该系统包括：多个光伏发电子系统与本地服务器；各光伏发电子系统包括：优化器，与光伏组件连接，用于优化配置光伏组件输出的直流电的功率，并将光伏组件输出以及优化器输出的电流电压信息发送给子系统控制器；环境监测模块，用于将获取的环境信息发送给子系统控制器；子系统控制器，用于发送电流电压信息与环境信息到本地服务器；本地服务器，根据电流电压信息与环境信息确定各个所述光伏发电子系统的运行状态，并将运行状态发送给中央服务器。本发明提供的带有优化器的光伏发电系统，通过信息采集和传送进行故障监控，并基于网络平台通信至客户端等优点，能够提高整个光伏发电系统的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏技术领域，更具体地说，是涉及一种光伏发电系统及故障监控方法。
背景技术
目前，以煤炭、石油、天然气等化石能源为主体的世界能源结构，日益受到能源枯竭的威胁，而光伏发电作为一项新能源技术必将在未来社会扮演重要角色。如何更为科学和合理系统的使用光伏发电技术，这一方面国内却存在较大空白。
现有的光伏发电系统主要包括光伏发电组件阵列、汇流器和逆变器。一般来说，由串联和并联方式连接的光伏发电组件阵列输出的电能经汇流器集中后，通过逆变器逆变成交流电，以对特定区域的负载供电或者直接并入电网。
然而，光伏发电系统的发电量影响光伏发电系统的工作效率，光伏发电系统的工作效率低成了推广应用光伏发电系统的瓶颈。这主要是因为，目前实验室研发的单晶硅电池片的转换效率不超过25.0％，多晶硅电池片的转换效率不超过20.4％，而单晶硅光伏发电组件的整体效率不超过21％，从而使得发电量比较低，进而使得整个光伏发电系统的工作效率更低。换言之，目前光伏转换效率的难以提高，使得有必要研发其他途径来有效提高光伏发电系统的整体工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏发电系统及故障监控方法，旨在解决现有技术中，光伏发电系统工作效率低的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种光伏发电系统，包括：多个光伏发电子系统与本地服务器；各个所述光伏发电子系统均包括：光伏组件，用于将太阳能转化为直流电；优化器，与所述光伏组件连接，用于优化配置光伏组件输出的直流电的功率，并将光伏组件输出的第一电流信息、第一电压信息以及优化器输出的第二电流信息与第二电压信息发送给子系统控制器；环境监测模块，用于获取环境信息，并将所述环境信息发送给子系统控制器；子系统控制器，用于获取并发送所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息到本地服务器；所述本地服务器，用于接收并根据各个所述光伏发电子系统的子系统控制器发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息确定各个所述光伏发电子系统的运行状态，并将所述运行状态发送给中央服务器。
进一步地，所述光伏发电系统还包括：中央服务器与客户端；所述子系统控制器，还用于将预存的所述光伏发电子系统的位置信息发送给所述本地服务器；所述本地服务器，用于根据各个所述光伏发电子系统的子系统控制器发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息判断各个光伏发电子系统是否发生故障并生成故障信息，将所述故障信息与对应的光伏发电子系统的位置信息发送给所述中央服务器；所述中央服务器，用于将所述故障信息与所述位置信息发送给对应的所述客户端。
进一步地，所述优化器包括信号采集模块、控制电路与直流/直流转换电路；所述信号采集模块，用于采集所述光伏组件输出的第一电流与第一电压并发送给所述子系统控制器和所述子系统控制器；所述控制电路，根据所述第一电流与所述第一电压生成脉宽调制信号，并发送给所述直流/直流转换电路；所述直流/直流转换电路，用于根据所述脉宽调制信号输出所述第二电流与所述第二电压给负载，使得负载获得最大输出功率；所述信号采集模块，还用于采集并发送所述第二电流与所述第二电压给所述子系统控制器。
进一步地，所述光伏发电子系统还包括：逆变器，与所述优化器连接，用于将经过所述优化器优化的直流电转化为交流电；交流汇流箱，用于将所述交流电进行汇流并发送给负载，还用于将逆变器输出的第三电流信息与第三电压信息发送给所述子系统控制器；所述本地服务器，用于根据所述子系统控制器发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息、第三电流信息、第三电压信息与所述环境信息生成所述运行状态。
进一步地，所述环境信息包括：温湿度信息、日照量信息、噪声信息与风速信息。
进一步地，所述光伏发电子系统还包括：无线通信模块；所述无线通信模块，用于实现所述子系统控制器和所述本地服务器之间的通信。
进一步地，所述子系统控制器通过电力载波模块、CAN总线或RS485通信模块与所述本地服务器通信。
本发明实施例还提供一种光伏发电故障监控方法，包括：
所述优化器将所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息与所述第二电压信息发送给所述子系统控制器；
所述环境监测模块获取并发送所述环境信息给所述子系统控制器；
所述子系统控制器将所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息发送给所述本地服务器；
所述本地服务器根据各个所述光伏发电子系统的子系统控制器发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息确定各个所述光伏发电子系统的运行状态，并将所述运行状态发送给中央服务器。
进一步地，所述本地服务器根据各个所述光伏发电子系统的子系统控制器发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息确定各个所述光伏发电子系统的运行状态，并将所述运行状态发送给中央服务器，包括：
所述本地服务器根据所述环境信息，确定所述第一电流信息对应的第一期望值、所述第一电压信息对应的第二期望值、所述第二电流信息对应的第三期望值与所述第二电压信息对应的第四期望值；
所述本地服务器根据所述第一期望值与所述第二期望值判断所述第一电流信息与所述第一电压信息是否有异常：若所述第一电流信息与所述第一电压信息有异常，则判定光伏组件出现故障并生成第一故障信息；若所述第一电流信息与所述第一电压信息没有异常，则根据所述第三期望值与所述第四期望值判断所述第二电流信息与所述第二电压信息是否有异常：若所述第二电流信息与所述第二电压信息有异常，则判定优化器出现故障并生成第二故障信息；
所述本地服务器将所述第一故障信息与所述第二故障信息通过中央服务器发送给对应的客户端。
进一步地，所述环境信息包括：温湿度信息、日照量信息、噪声信息与风速信息。
本发明实施例提供的光伏发电系统及故障监控方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明实施例提供的光伏发电系统，通过设置优化器，能够优化配置光伏组件输出的直流电的功率，获取光伏组件输出的电流电压信息，通过设置所述环境监测模块能够对各光伏发电子系统的运行环境进行监测，本地服务器根据获取的环境信息与所述电流电压信息监测各个光伏发电子系统的运行状态，能够提高整个光伏系统的工作效率。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的光伏发电系统的结构框图；
图2为本发明再一实施例提供的光伏发电系统的光伏发电子系统的结构框图；
图3为本发明一个实施例提供的光伏发电故障监控方法的流程图；
图4为本发明又一实施例提供的图3中步骤104的子流程图。
附图标记：光伏发电子系统10，本地服务器20，中央服务器30，光伏组件11，优化器12，逆变器13，子系统控制器14，交流汇流箱15，环境监测模块16。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施例：
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种光伏发电系统，包括：多个光伏发电子系统10与本地服务器20；各个所述光伏发电子系统10包括：光伏组件11，用于将太阳能转化为直流电；优化器12，与所述光伏组件11连接，用于优化配置光伏组件11输出的直流电的功率，并将光伏组件11输出的第一电流信息、第一电压信息以及优化器12输出的第二电流信息与第二电压信息发送给子系统控制器14；环境监测模块16，用于获取环境信息，并将所述环境信息发送给子系统控制器14；子系统控制器14，用于获取并发送所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息到本地服务器20；所述本地服务器20，用于接收并根据各个所述光伏发电子系统10的子系统控制器14发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息确定各个所述光伏发电子系统10的运行状态，并将所述运行状态发送给中央服务器30。
所述光伏发电系统的工作过程为：每个光伏组件11与单个优化器12连接，各个优化器12的输出端依次串联连接，串联后的优化器12的头尾两个输出端与逆变器13连接，每个所述优化器12将所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息与所述第二电压信息发送给所述子系统控制器14；所述环境监测模块16获取并发送所述环境信息给所述子系统控制器14；所述环境监测模块16可以包括：用于获取温湿度信息的温湿度传感器、用于获取噪音信息的噪音传感器、用于获取风速的风速传感器、用于获取日照强度的日照强度传感器。所述子系统控制器14将所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息可以通过无线模块发送给所述本地服务器20；所述本地服务器20根据各个所述光伏发电子系统10的子系统控制器14发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息确定各个所述光伏发电子系统10的运行状态，并将所述运行状态通过以太网发送给中央服务器30。
本发明实施例提供的光伏发电系统，通过设置优化器12，能够优化配置光伏组件11输出的直流电的功率，获取光伏组件11输出的电流电压信息，通过设置所述环境监测模块16能够对各光伏发电子系统10的运行环境进行监测，本地服务器20根据获取的环境信息与所述电流电压信息监测各个光伏发电子系统10的运行状态，能够提高整个光伏系统的工作效率。
在一个具体的实施例中，所述光伏发电系统还包括：中央服务器30与客户端；所述子系统控制器14，还用于将预存的所述光伏发电子系统10的位置信息发送给所述本地服务器20；所述本地服务器20，用于根据各个所述光伏发电子系统10的子系统控制器14发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息判断各个光伏发电子系统10是否发生故障并生成故障信息，将所述故障信息与对应的光伏发电子系统10的位置信息发送给所述中央服务器30；所述中央服务器30，用于将所述故障信息与所述位置信息发送给对应的所述客户端。
每个客户端负责一个或多个光伏发电子系统10的监控与维护，中央服务器30包括客户端地址与光伏发电子系统10位置信息的对应关系表，中央服务器30根据所述对应关系表，将所述故障信息发送给相应的客户端。相对于将所有光伏发电子系统10的故障信息发送给每个客户端，能够方便客户端快速获悉其负责的光伏发电子系统10的故障信息及位置信息，节省从所有故障信息中人工查找有用信息的时间。
在一个具体的实施例中，所述优化器12包括信号采集模块、控制电路与直流/直流转换电路；所述信号采集模块，用于采集所述光伏组件11输出的第一电流与第一电压并发送给所述控制电路和所述子系统控制器14；所述控制电路，根据所述第一电流与所述第一电压生成脉宽调制信号，并发送给所述直流/直流转换电路；所述直流/直流转换电路，用于根据所述脉宽调制信号输出所述第二电流与所述第二电压给负载，使得负载获得最大输出功率；所述信号采集模块，还用于采集并发送所述第二电流与所述第二电压给所述子系统控制器14。
所述直流/直流转换电路包括升压转换电路和降压转换电路，所述控制器根据所述信号采集模块采集的所述第一电流与所述第一电压计算得到最大功率电压，根据所述最大功率电压，选定所述升压转换电路对所述第一电压进行升压或者选定所述降压转换电路对所述第一电压进行降压，以使得所述光伏组件11输出的功率经过所述优化器12优化配置后得到最大功率输出，提高光伏组件11的工作效率，进而提高整个光伏发电系统的工作效率。
在一个具体的实施例中，所述光伏发电子系统10还包括：逆变器13，与所述优化器12连接，用于将经过所述优化器12优化的直流电转化为交流电；交流汇流箱15，用于将所述交流电进行汇流并发送给负载，还用于将逆变器13输出的第三电流信息与第三电压信息发送给所述子系统控制器14；所述本地服务器20，用于根据所述子系统控制器14发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息、第三电流信息、第三电压信息与所述环境信息生成所述运行状态。
通过检测所述第三电流信息与所述第三电压信息，能够使所述本地服务器20监控所述逆变器13的运行状态，以便所述逆变器13出现故障时，及时采取应对措施。
在一个具体的实施例中，所述光伏发电子系统10还包括：无线通信模块；所述无线通信模块，用于实现所述子系统控制器14和所述本地服务器20之间的通信。
通过采用所述无线通信模块进行各子系统控制器14与本地服务器20之间的通信，能够减少复杂的布线工作，以及线路的维护工作。
在一个具体的实施例中，所述子系统控制器14通过电力载波模块、CAN总线或RS485通信模块与所述本地服务器20通信。通过采用电力载波技术、CAN总线技术或者RS485通信技术能够提高通信稳定度，实现快速通信，减少故障率。
如图3所示，本发明实施例还提供一种光伏发电故障监控方法，包括以下步骤：
步骤101、所述优化器12将所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息与所述第二电压信息发送给所述子系统控制器14。
具体地，所述优化器12包括信号采集模块与控制电路，通过所述信号采集模块对光伏组件11输出的第一电流信息与所述第一电压信息进行采集，以及对所述优化器12输出到所述逆变器13的所述第二电流信息与所述第二电压信息进行采集。采集到的上述电流电压信息通过所述控制电路发送给所述子系统控制器14。
步骤102、所述环境监测模块16获取并发送所述环境信息给所述子系统控制器14。可选地，所述环境信息包括：温湿度信息、日照量信息、噪声信息与风速信息。
所述温湿度信息可以通过设置在所述光伏组件11背面的温湿度传感器进行采集，所述日照量信息可以通过光强传感器与追日模块进行采集，所述噪声信息可以通过噪音传感器采集，所述风速信息可以通过风速传感器进行采集。
步骤103、所述子系统控制器14将所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息发送给所述本地服务器20。
所述子系统控制器14可以通过无线通信模块或有线通信模块与所述本地服务器20进行数据传输。
步骤104、所述本地服务器20根据各个所述光伏发电子系统10的子系统控制器14发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息确定各个所述光伏发电子系统10的运行状态，并将所述运行状态发送给中央服务器30。
如图4所示，在一个具体实施例中，步骤104，具体包括以下步骤：
步骤1041、本地服务器20根据所述环境信息，确定所述第一电流信息对应的第一期望值、所述第一电压信息对应的第二期望值、所述第二电流信息对应的第三期望值与所述第二电压信息对应的第四期望值；
例如，所述光伏组件11的发电量与日照量信息和温湿度信息相关，根据光伏组件11的自身参数或者铭牌参数指示，确定日照量和温湿度信息与光伏组件11输出的第一电流信息和第一电压信息的关系，进而得到所述第一期望值与所述第二期望值。
步骤1042、所述本地服务器20根据所述第一期望值与所述第二期望值判断所述第一电流信息与所述第一电压信息是否有异常：若所述第一电流信息与所述第一电压信息有异常，则判定光伏组件11出现故障并生成第一故障信息；若所述第一电流信息与所述第一电压信息没有异常，则根据所述第三期望值与所述第四期望值判断所述第二电流信息与所述第二电压信息是否有异常：若所述第二电流信息与所述第二电压信息有异常，则判定优化器12出现故障并生成第二故障信息；
步骤1043、所述本地服务器20将所述第一故障信息与所述第二故障信息通过中央服务器30发送给对应的客户端。
每个客户端负责一个或多个光伏发电子系统10的监控与维护，中央服务器30包括客户端地址与光伏发电子系统10位置信息的对应关系表，中央服务器30根据所述对应关系表，将所述故障信息发送给相应的客户端。相对于将所有光伏发电子系统10的故障信息发送给每个客户端，能够方便客户端快速获悉其负责的光伏发电子系统10的故障信息及位置信息，节省从所有故障信息中人工查找有用信息的时间。
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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光伏发电系统，其特征在于，包括：多个光伏发电子系统与本地服务器；
各个所述光伏发电子系统均包括：
光伏组件，用于将太阳能转化为直流电；
优化器，与所述光伏组件连接，用于优化配置光伏组件输出的直流电的功率，并将光伏组件输出的第一电流信息、第一电压信息以及优化器输出的第二电流信息与第二电压信息发送给子系统控制器；
环境监测模块，用于获取环境信息，并将所述环境信息发送给子系统控制器；
子系统控制器，用于获取所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息，并发送到本地服务器；
所述本地服务器，用于接收并根据各个所述光伏发电子系统的子系统控制器发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息确定各个所述光伏发电子系统的运行状态，并将所述运行状态发送给中央服务器。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统还包括：中央服务器与客户端；
所述子系统控制器，还用于将预存的所述光伏发电子系统的位置信息发送给所述本地服务器；
所述本地服务器，用于根据各个所述光伏发电子系统的子系统控制器发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息判断各个光伏发电子系统是否发生故障并生成故障信息，将所述故障信息与对应的光伏发电子系统的位置信息发送给所述中央服务器；
所述中央服务器，用于将所述故障信息与所述位置信息发送给对应的所述客户端。
3.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述优化器包括信号采集模块、控制电路与直流/直流转换电路；
所述信号采集模块，用于采集所述光伏组件输出的第一电流与第一电压并发送给所述子系统控制器和所述子系统控制器；
所述控制电路，根据所述第一电流与所述第一电压生成脉宽调制信号，并发送给所述直流/直流转换电路；
所述直流/直流转换电路，用于根据所述脉宽调制信号输出所述第二电流与所述第二电压给负载，使得负载获得最大输出功率；
所述信号采集模块，还用于采集并发送所述第二电流与所述第二电压给所述子系统控制器。
4.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电子系统还包括：逆变器，与所述优化器连接，用于将经过所述优化器优化的直流电转化为交流电；
交流汇流箱，用于将所述交流电进行汇流并发送给负载，还用于将逆变器输出的第三电流信息与第三电压信息发送给所述子系统控制器；
所述本地服务器，用于根据所述子系统控制器发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息、第三电流信息、第三电压信息与所述环境信息生成所述运行状态。
5.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述环境信息包括：温湿度信息、日照量信息、噪声信息与风速信息。
6.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电子系统还包括：无线通信模块；
所述无线通信模块，用于实现所述子系统控制器和所述本地服务器之间的通信。
7.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述子系统控制器通过电力载波模块、CAN总线或RS485通信模块与所述本地服务器通信。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的光伏发电系统的故障监控方法，其特征在于，包括：
所述优化器将所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息与所述第二电压信息发送给所述子系统控制器；
所述环境监测模块获取并发送所述环境信息给所述子系统控制器；
所述子系统控制器将所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息发送给所述本地服务器；
所述本地服务器根据各个所述光伏发电子系统的子系统控制器发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息确定各个所述光伏发电子系统的运行状态，并将所述运行状态发送给中央服务器。
9.根据权利要求8所述的故障监控方法，其特征在于，所述本地服务器根据各个所述光伏发电子系统的子系统控制器发送的所述第一电流信息、所述第一电压信息、所述第二电流信息、所述第二电压信息与所述环境信息确定各个所述光伏发电子系统的运行状态，并将所述运行状态发送给中央服务器，包括：
所述本地服务器根据所述环境信息，确定所述第一电流信息对应的第一期望值、所述第一电压信息对应的第二期望值、所述第二电流信息对应的第三期望值与所述第二电压信息对应的第四期望值；
所述本地服务器根据所述第一期望值与所述第二期望值判断所述第一电流信息与所述第一电压信息是否有异常：若所述第一电流信息与所述第一电压信息有异常，则判定光伏组件出现故障并生成第一故障信息；若所述第一电流信息与所述第一电压信息没有异常，则根据所述第三期望值与所述第四期望值判断所述第二电流信息与所述第二电压信息是否有异常：若所述第二电流信息与所述第二电压信息有异常，则判定优化器出现故障并生成第二故障信息；
所述本地服务器将所述第一故障信息与所述第二故障信息通过中央服务器发送给对应的客户端。
10.根据权利要求8或9所述的故障监控方法，其特征在于，所述环境信息包括：温湿度信息、日照量信息、噪声信息与风速信息。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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