CN109379044A - 一种便携式光伏直流功率计、使用方法及其应用 - Google Patents

Abstract

一种便携式光伏直流功率计，包括可拆卸表头、负载箱；所述可拆卸表头放入负载箱的凹槽中，可拆卸表头的电流信号接触面与负载箱的凹槽内电流信号接触点接触连接，可拆卸表头上的电压连接插孔的正极与负载箱的凹槽中电压连接插头的正极插合、可拆卸表头上的电压连接插孔的负极与电压连接插头负极插合；所述可拆卸表头包括数据采集模块、显示模块、A/D转换模块、乘法器、电源模块；本发明还公开了一种便携式光伏直流功率计的使用方法及其应用。

Description

一种便携式光伏直流功率计、使用方法及其应用

技术领域

本发明涉及光伏领域，特别是涉及一种便携式光伏直流功率计、使用方法及其应用。

背景技术

光伏组件是一种直流电源。多个光伏组件通过串、并联的方式构成光伏列阵，将光伏列阵、光伏逆变器、保护电路等设备通过导线连接构成光伏系统，单个或多个光伏系统组成光伏电站。随着光伏电站在发电技术上的不断提升和并网规模的逐渐增大，光伏电站设备运行的优化、故障的检测等问题也随之凸显出来，光伏电路故障检测的低效性严重影响了光伏的发电量，并且在检测过程中人力巡查会耗费大量的时间。光伏电站组成设备众多，主要包括光伏列阵、光伏逆变器、汇流箱等设备，其中光伏列阵和光伏逆变器是整个光伏电站的核心部件。光伏列阵占地面积大，分布广泛，光伏列阵长期运行容易出现“裂片”、“线路老化”、“热斑现象”“电路短接”等故障，为了防止因故障造成更严重的事故，降低电站的效益损失量，及时发现光伏电站存在的故障，有助于光伏电站稳定高效运行，提高运维人员的工作效率。

光伏电站的发电功率是影响光伏电站收益的关键因素。现今光伏运维依靠并网来检测，在正常的光伏电站施工查验的过程中，实际系统电压可由万用表直接测得，但实际系统电流必须依靠光伏逆变器并入公网后测量，而在没有接通负载的情况下(如施工过程中、未并网前或发现故障断网后)无法测得系统电流，所以很难排查出故障点。在这样的设备条件下，如果光伏电站并网运营之后逆变器反映发电功率不足，这时光伏组件之间连接处可能有“接触不良”、“并联支路断开”等故障，使得电路中出现“有压无流”的情况，因为光伏组件的工作电压和开路电压存在较大的差别，所以在这种情况下使用一般的方法排查(如万用表)很难准确发现故障点，同时容易造成运维人员的误判。

现有技术中的光伏组件功率测试仪，通过一定的技术条件，采集光伏组件的电压、电流、外界光照强度，经过模拟计算，得出该光伏组件的实际技术参数是否达到该产品的出厂技术要求，然而，这种光伏组件功率测试仪是质量检测工具，不是施工检修运维工具，不能用于实际施工过程中查验光伏列阵线路故障；此外，英国推出的一款钳形太阳能功率计，该功率计将钳形表档位扭至功率档，表钳环绕单支直流导线，接头与逆变器接口并联，显示屏出现功率示数，然而，该产品的测量依赖光伏逆变器并要求并入公网，并不能实现脱离逆变器和离网的查验操作。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种便携式光伏直流功率计/使用方法及其应用，以解决背景技术中的不足。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种便携式光伏直流功率计，包括可拆卸表头、负载箱；其特征为：所述可拆卸表头放入负载箱的凹槽中，可拆卸表头的电流信号接触面与负载箱的凹槽内电流信号接触点接触连接，可拆卸表头上的电压连接插孔的正极与负载箱的凹槽中电压连接插头的正极插合、可拆卸表头上的电压连接插孔的负极与电压连接插头负极插合；所述可拆卸表头包括数据采集模块、显示模块、A/D转换模块、乘法器、电源模块；所述数据采集模块将采集的数据传输给A/D转换模块实现采集数据的模数转换，所述A/D转换模块将转换的数据通过显示器显示；所述数据采集模块采集的信号传输给乘法器计算出功率值，并将功率值反馈给A/D转换模块后通过显示器显示。

优选的：所述可拆卸表头为长方体结构；其正面设置一数字显示器、一表头开关；其上部设置电流信号接触面；其背面设置正、负电压连接插孔；所述表头开关用于开启可拆卸表头内部供电的开关；所述数字显示器用于显示光伏直流功率值。

优选的：所述负载箱背面接出一对用于连接被测光伏系统光伏连接器；所述负载箱顶部设置一凹槽，所述凹槽大小与可拆卸表头匹配，该凹槽内设置三个连接口，其中，凹槽侧面设置一个电流信号接触点，凹槽底面有一对正负电压连接插头；所述负载箱箱体两侧设置开孔散热，保证内部电路正常工作运行。

优选的：所述负载箱正面还设置阻值调节旋钮以及负载箱开关。

优选的：所述负载箱内部包括：滑动变阻器、内置电流传感器、温度传感器、继电器、散热风扇、供电电源；当负载箱内温度过高时，打开负载箱开关，负载箱供电电源给散热风扇和继电器进行供电，通过调节阻值调节旋钮对滑动变阻器调节；温度传感器监测滑动变阻器温度，当其温度达到设定阈值时，继电器接通散热风扇，当其温度低于设定阈值时，继电器关闭散热风扇。

优选的：所述负载箱背面接出的一对光伏连接器采用MC4连接器。

优选的：所述凹槽侧面设置的电流信号接触点的触点可弹。

优选的：所述数据采集模块包括电压采集模块；所述负载箱内滑动变阻器两端各接一根导线通过与凹槽内电压连接口连接，通过接口的两根导线中一根导线与可拆卸表头内的电压采集模块连接，另一根导线与表头内电源模块的负极连接，经过电压采集模块将采集到的连续的电压模拟量进行降压处理，得到的电压模拟信号经过以下两个处理：一个通过A/D芯片处理，将微小电压模拟信号输入到A/D芯片进行模数转换处理，得到电压数字量，驱动显示器显示电压的数值；一个将得到的电压模拟量输入到乘法器X端做功率计算处理的准备。

优选的：所述数据采集模块还包括电流采集模块；在所述负载箱内滑动变阻器两端各接一根导线从负载箱背面接出来，在两根导线的任意一条上串入电流传感器，再将电流传感器上的接触面与凹槽内的电流信号接触点相接，实现采集到的电流模拟信号可以传输到可拆卸表头内的电流采集模块内；电流采集模块对采集到的电流信号进行处理得到一微小电流模拟信号，将该微小电流模拟信号经过以下两个处理，一个经过A/D芯片处理，将微小电流模拟信号转换为电流数字量，驱动显示器显示电流的数值；一个将电流模拟量输入到乘法器的Y端做功率计算处理的准备。

本发明还公开一种采用上述便携式光伏直流功率计的使用方法及其应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该功率计可以在没有接通负载的情况下(如施工过程中、未并网前或发现故障断网后)进行故障排查，并且可以在最短的时间内排查出故障、解决故障，从而提高了光伏电站的发电效益，此外，该功率计操作简单、使用方便、节约时间，帮助光伏组件安装、运维人员快速排查故障。可以不依赖逆变器和并入公网就可以对光伏列阵、光伏系统直流侧进行查验，系统查验更灵活，查验效率更高效。

附图说明

图1是光伏直流功率计可拆卸表头部分结构；

图2是光伏直流功率计可拆卸表头部分上部电流信号接触面结构；

图3是光伏直流功率计可拆卸表头部分背面一对电压连接插孔示意图；

图4是光伏直流功率计负载箱主视图；

图5为光伏直流功率计负载箱后视图；

图6为光伏直流功率计中可拆卸表头部分工作原理结构框图；

图7为光伏直流功率计负载箱中散热装置的工作原理图结构框图；

图8为光伏直流功率计总体结构图。

其中：1、数字显示器；2、表头开关；3、电流信号接触面；4、电压连接插孔；5、电流信号接触点；6、电压连接插头(正极)；7、电压连接插头(负极)；8、阻值调节旋钮；9、负载箱开关；10、光伏连接器(负载箱与光伏系统连接接头)；11、散热条。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例1

本发明光伏直流功率计可以分为三部分：可拆卸表头部分；负载箱部分。

可拆卸表头部分：整体是一个长方体结构。长方体外部主要由以下几部分组成：正面有一数字显示器、一表头开关；上面是电流信号接触面；背面是一对电压连接插孔(左负右正)。如图1、2、3示意图所示。

负载箱部分：如图4、5示意图所示。负载箱是一个顶部有凹槽的箱体设计，顶部凹槽的大小形状与可拆卸表头是相符合的。如图4所示，负载箱正面有一阻值调节旋钮，一负载箱开关。如图5所示：负载箱背面接出一对光伏连接器(MC4)，用于连接被测光伏系统。凹槽内有三个连接口，凹槽侧面是一个电流信号接触点(触点可弹)，凹槽底面有一对电压连接插头(左正右负)，所述的电流信号接触点和一对电压连接插头与可拆卸表头上相对应连接口可完全吻合连接。负载箱整个箱体开孔散热，保证内部电路正常工作运行。

整体连接结构：将可拆卸表头放入负载箱的凹槽中，可拆卸表头的电流信号接触面与凹槽内电流信号接触点接触连接，可拆卸表头上的电压连接插孔正极与凹槽中电压连接插头的正极连接插合、电压连接插孔负极与电压连接插头负极连接插合。连接完毕后就构成了一种光伏直流功率计。

实施例2

可拆卸表头部分工作原理如下：该部分内部结构主要包括五大功能模块：数据采集模块、显示模块、A/D转换模块、乘法器、电源模块。数据采集模块包括电压采集模块和电流采集模块，其中，电压采集模块使用分压器法，电流采集模块使用电流传感器电磁感应原理；显示模块是一个数字显示器；转换模块A/D转换模块由ADC芯片实现模拟量向数字量的转化；乘法器实现功率的计算；电源模块给上述四个模快供电。

参见附图6，其中，输入电压是指负载箱内滑动变阻器两端的电压，当光伏组件和负载箱相连接进行工作时，电路中只有充当直流电源的光伏组件和充当用电器的滑动变阻器，所以此时输入电压＝滑动变阻器两端电压＝光伏组件两端电压。输入电流是负载箱内滑动变阻器通过负载箱侧面接出的光伏连接器与光伏组件的光伏连接器连接串联形成回路中任意一处的电流，所以此时输入电流＝通过滑动变阻器的电流＝通过光伏组件的电流。输入电压经过电压采集模块处理，电压采集模块将输入电压进行分压处理，得到表头可接受的微小电压模拟信号，微小电压模拟信号分别传输到A/D芯片和乘法器中进行处理。输入电流(是经过负载箱的内接电流传感器得到的)经过电流采集电路处理，得到表头可接受的微小电流模拟信号，同样的，微小电流模拟信号分别传输到A/D芯片和乘法器中进行处理。微小电压、电流模拟信号传输到A/D芯片中，A/D芯片对这些模拟信号经过采样、量化和编码将电压、电流模拟信号转换为数字信号并驱动显示器显示电压、电流的数值。传输到乘法器中的电压、电流模拟量(微小)，也根据乘法器内部的电路结构，运算得出两个模拟量相乘的结果(功率信号)，得到的功率信号经过A/D芯片处理并驱动显示器显示此时功率的数值。

负载箱部分内部组成及其散热原理

该部分主要由滑动变阻器、内置电流传感器、温度传感器、继电器、散热风扇、供电电源(给继电器和散热风扇供电)。其中继电器控制散热风扇的开关。

一种光伏直流功率计在进行工作时，其中负载箱内的滑动变阻器相当于一个耗能/放电装置，在短时间内会放出大量的热，会使负载箱的温度迅速升高，电阻的阻值随温度升高而变化从而影响测量结果的准确性继而影响一种光伏功率计测量的准确性。所以一种光伏直流功率计的散热是必要的。

附图7为散热装置的工作原理图，以下介绍散热装置的工作原理：

打开负载箱开关，负载箱供电电源给散热风扇和继电器进行供电，调节滑动变阻器，接入电路中阻值和时间的长短影响电阻的温度。当滑动变阻器温度升高时，温度传感器感受温度升高，当温度达到设定的“开启散热”的温度值时，继电器打开散热风扇，散热风扇进行散热保证光伏功率计正常运转；当温度降低到设定的“关闭散热”的温度值时，继电器自动关闭散热风扇停止散热。

实施例3

光伏直流功率计工作原理：

功率公式P＝UI，因此，该光伏直流功率计应该对被测负载两端的电压以及流过负载的电流进行测量。

电压测量：负载箱内滑动变阻器两端各接一根导线通过与凹槽内电压连接口连接，通过接口的两根导线中一根导线与可拆卸表头内的电压采集模块(分压器)连接，一根导线与表头内电源模块的负极连接(这样相当于在滑动变阻器两端并联了电压采集电路)，经过分压器将采集到的连续的电压模拟量进行降压处理，降低到表头可以接受的微小电压模拟信号，得到的电压模拟信号经过以下两个处理，一个通过A/D芯片处理，将微小电压模拟信号输入到A/D芯片进行模数转换处理，得到电压数字量，驱动显示器显示电压的数值；一个将得到的电压模拟量输入到乘法器X端做功率计算处理的准备。

电流测量：在负载箱滑动变阻器两端再各接一根导线从负载箱背面接出来，如图5所示。在两根导线的任意一条导线上串上内置电流传感器，再将电流传感器上的接触面与凹槽内的电流信号接触点相接，实现采集到的电流模拟信号可以传输到可拆卸表头内的电流采集模块内。电流采集模块对采集到的电流信号进行处理得到一个表头可处理的微小电流模拟信号，得到的微小电流模拟信号经过以下两个处理，一个经过A/D芯片处理，将微小电流模拟信号转换为电流数字量，驱动显示器显示电流的数值；一个将电流模拟量输入到乘法器的Y端做功率计算处理的准备。

功率计算：以上测量到的电压及电流的模拟量通过乘法器根据公式P＝UI进行相乘处理得到功率，功率通过A/D芯片处理、转换、驱动显示器显示功率的数值。

实施例4

本发明光伏直流功率计的测量方法如下(以测量一块光伏组件为例)：

步骤一：将可拆卸表头放在负载箱对应的凹槽中，在放入凹槽的过程中，先将可拆卸表头上的电压连接插口与凹槽内的电压连接插头相插合，在插合的同时，负载箱凹槽里面的电流信号接触点(可弹)受到可拆卸表头下压的力接触点被压回，可拆卸表头上的电流信号接触面与电流信号接触点接触相接。

步骤二：将光伏组件放在有阳光照射的地方，将从负载箱侧面接出的一对光伏连接器与光伏板的一对光伏连接器连接，此刻的光伏组件如同一个直流电源，可以给负载箱供电，负载箱如同一个用电器，消耗电能。

步骤三：将负载箱上的阻值旋钮旋顺时针旋转到阻值最大处。

步骤四：打开负载箱开关，光伏板和负载箱形成通路，负载箱内供电电源给散热风扇供电。打开表头开关，表头内供电电源给数据采集模块、显示模块、A/D转换模块、乘法器供电，可拆卸表头开始测量。

步骤五：调节负载箱上的阻值旋钮，调节旋钮的同时观察可拆卸表头上显示器的示数，观察显示器上电流值是否为0。一边调节旋钮，一边观察显示器上功率的值，当功率的值达到可调所有阻值下的功率的最大值时停止调节阻值旋钮，记下此时显示器上电压、电流及功率的数值。(注：当显示器电流值显示为0时，检查负载箱与可拆卸表头之间电路连接是否正常，负载箱与光伏板电路连接是否正常，若电路连接正常，说明光伏板上的接线可能出现“虚接”(接触不良)的现象。此时显示器显示的功率值为所测光伏能达到的最大发电功率，预估此刻光照强度下正常光伏的发电功率，将预估的发电功率与此时显示器上显示的功率进行对比，通过比较二者功率的差值推测所测光伏组件是否存在故障)。

在光伏组件没有接通负载的情况下(如施工过程中、未并网前或发现故障断网后)测得的电压是开路电压，如果电路中存在“接触不良”导致的有压无流现象，单独测量开路电压时会影响判断结果，实际上这种情况下的电路中是没有电流的，从而导致没有发电功率，所以单纯的测量开路电压无法确定电路中是否存在故障，并且光伏组件接入负载后的工作电压与开路电压有差异。现在市面上存在的其他类型的功率计无法在没有负载的情况下测光伏组件的工作电压、电流和功率，针对这种情况，一种光伏直流功率计很好地解决了这一问题，一种光伏直流功率计测量的是光伏阵列在有负载情况下的电压、电流和功率，即工作电流、工作电压、工作电功率，这些参数能很好地反映出电路当中存在的问题(包括“有压无流的”)，帮助安装或运维人员更好的解决光伏组件在安装、检测中存在的问题。

实施例5

当可拆卸表头上单独使用时，这时候进行简单的外接连接，就可以当做一个万用表或可测量并网光伏直流功率。将可拆卸表头上的电流信号接触面与外接电流传感器相连接，打开表头开关，将外接电流传感器钳在工作中电路的任意一根导线上即可测得电路中的电流并通过显示器显示电流的数值。将可拆卸表头背后的电压连接插孔与红黑表笔相接(正接正，负接负)，将红黑表笔并联在要测电压的用电器的两端，通过红黑表笔可测得用电器两端的电压并通过显示器显示电压的数值。将红黑表笔换成T形光伏连接器，将T形光伏连接器连接进光伏电路中(光伏系统与并网逆变器之间)，即可测得光伏系统两端电压。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种便携式光伏直流功率计，其特征在于：包括可拆卸表头、负载箱；所述负载箱包括电流信号接触点、电压连接插头、光伏连接器；可拆卸表头的电流信号接触面与所述负载箱的电流信号接触点接触连接，可拆卸表头上的电压连接插孔与所述负载箱的电压连接插头相配合；所述负载箱的光伏连接器用于连接被测光伏系统；所述可拆卸表头包括数据采集模块、显示模块、A/D转换模块、乘法器、电源模块；所述数据采集模块将采集的数据传输给A/D转换模块实现采集数据的模数转换，所述A/D转换模块将转换的数据通过显示器显示；所述数据采集模块采集的信号传输给乘法器计算出功率值，并将功率值反馈给A/D转换模块后通过显示器显示。

2.根据权利要求1所述的便携式光伏直流功率计，其特征为：所述负载箱的顶表面设置有凹槽，所述凹槽用于装配可拆卸表头。

3.根据权利要求2所述的便携式光伏直流功率计，其特征为：所述电流信号接触点设置在所述凹槽内，和/或所述电流信号接触点的触点可弹。

4.根据权利要求1所述的便携式光伏直流功率计，其特征为：所述负载箱正面还设置阻值调节旋钮以及负载箱开关；所述负载箱背面接出的一对光伏连接器采用MC4连接器。

5.根据权利要求1所述的便携式光伏直流功率计，其特征为：所述负载箱内部包括：滑动变阻器、内置电流传感器、温度传感器、继电器、散热风扇、供电电源；当负载箱内温度过高时，打开负载箱开关，负载箱供电电源给散热风扇和继电器进行供电，通过调节阻值调节旋钮对滑动变阻器调节；温度传感器监测滑动变阻器温度，当其温度达到设定阈值时，继电器接通散热风扇，当其温度低于设定阈值时，继电器关闭散热风扇。

6.根据权利要求3所述的便携式光伏直流功率计，其特征为：所述数据采集模块包括电压采集模块；所述负载箱内滑动变阻器两端各接一根导线通过与凹槽内电压连接口连接，通过接口的两根导线中一根导线与可拆卸表头内的电压采集模块连接，另一根导线与表头内电源模块的负极连接，经过电压采集模块将采集到的连续的电压模拟量进行降压处理，得到的电压模拟信号经过以下两个处理：一个通过A/D芯片处理，将微小电压模拟信号输入到A/D芯片进行模数转换处理，得到电压数字量，驱动显示器显示电压的数值；一个将得到的电压模拟量输入到乘法器X端做功率计算处理的准备。

7.根据权利要求6所述的便携式光伏直流功率计，其特征为：所述数据采集模块还包括电流采集模块；在所述负载箱内滑动变阻器两端各接一根导线从负载箱背面接出来，在两根导线的任意一条上串入电流传感器，再将电流传感器上的接触面与凹槽内的电流信号接触点相接，实现采集到的电流模拟信号可以传输到可拆卸表头内的电流采集模块内；电流采集模块对采集到的电流信号进行处理得到一微小电流模拟信号，将该微小电流模拟信号经过以下两个处理，一个经过A/D芯片处理，将微小电流模拟信号转换为电流数字量，驱动显示器显示电流的数值；一个将电流模拟量输入到乘法器的Y端做功率计算处理的准备。

8.一种光伏直流功率计的测试方法，采用权利要求1-7任一所述的便携式光伏直流功率计，其特征为：包括如下步骤：

将可拆卸表头安装至所述负载箱，其中可拆卸表头的电压连接插口与所述负载箱的电压连接插头相插合，可拆卸表头上的电流信号接触面与所述负载箱的电流信号接触点相接；

将所述负载箱的光伏连接器与光伏组件相连接，此时，光伏组件用作直流电源，给所述负载箱供电；

调节所述负载箱的阻值旋钮使得所述负载箱的阻值最大；

打开负载箱开关，使得光伏组件和负载箱形成通路，打开可拆卸表头开关，开始测量；

调节所述负载箱上的阻值旋钮，通过所述可拆卸表头的显示器电流示数，判断所述光伏组件和所述负载箱是否形成通路、满足测试条件；

若满足测试条件，当所述可拆卸表头显示的功率的值达到可调所有阻值下的功率的最大值时停止调节阻值旋钮，记录所述可拆卸表头显示器上电压、电流及功率的数值。

9.根据权利要求8所述的一种光伏直流功率计的测试方法，其特征在于：所述可拆卸表头的显示器电流示数为零，即所述光伏组件和所述负载箱处于断路状态。

10.根据权利要求1-7任一所述的便携式光伏直流功率计的应用，其特征为：将所述便携式光伏直流功率计应用于光伏故障检测、光伏发电功率的检测、直流电源的功率的检测。