CN110138081A - 一种基于zigbee的太阳能串组智能关断系统及关断方法 - Google Patents

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黄海金
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Abstract

本发明涉及一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统及关断方法。一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，包括太阳能组件、智能接线盒、太阳能逆变器和服务器；每个太阳能组件的输出端与其对应的智能接线盒连接，所述智能接线盒的输出端依次串连，多个太阳能组件通过智能接线盒依次串接组成太阳能串组，太阳能串组的输出端与太阳能逆变器连接，服务器与智能接线盒可进行数据交互和远程控制。本发明采用检测主回路的电压和电流的方式，在太阳能系统发生火灾时，每一块太阳能组件的输出均能被切断，从而切断太阳能串组的高压，避免二次伤害，解决了太阳能电站失火后，由于消防用水会导电，无法直接水枪灭火，消防灭火较为困难的问题。

Description

一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统及关断方法
技术领域
本发明属于太阳能组件技术领域，特别是涉及一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统及关断方法。
背景技术
在太阳能系统中，传统的太阳能接线盒通过连接二极管输出电压电流，这种接线盒仅起到续流作用。单块太阳能组件通过串联组成太阳能串组，此时太阳能串组的正负两端电压上千伏特，然后通过线缆连接至太阳能逆变器。当发生火灾或其他故障时，有可能损坏线缆的绝缘层，使导电部分裸露在环境中，存在漏电隐患，并且该漏电隐患不易排查，当维修员或消防员接触到漏电区域时，极易发生触电危险。
发明内容
本发明提供了一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，解决了太阳能电站失火后，由于消防用水会导电，无法直接水枪灭火，消防灭火较为困难的问题，也可以在服务器通过ZIGBEE无线通信切断太阳能串组，保证进入太阳能电站人员的安全，具有很高的商业价值。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，包括太阳能组件，其特征在于：
还包括智能接线盒、太阳能逆变器和服务器；
所述太阳能组件的数量为多个；
每个太阳能组件对应一个智能接线盒，每个太阳能组件的输出端与其对应的智能接线盒连接，所述智能接线盒的输出端依次串连，多个太阳能组件通过智能接线盒依次串接组成太阳能串组，所述太阳能串组的输出端与太阳能逆变器连接，所述服务器与智能接线盒可进行数据交互和远程控制。
进一步地，上述智能接线盒包括智能触发装置、ZIGBEE系统、关断系统；
所述智能触发装置用于检测太阳能组件的电压和电流；所述ZIGBEE系统获取智能触发装置检测到的太阳能组件电压和电流数据，ZIGBEE系统与服务器实现数据交互；所述服务器通过ZIGBEE系统可控制智能触发装置的关断系统。
进一步地，上述智能触发装置包括电压检测电路、电流检测电路、辅助电源和主控MCU；
所述电压检测电路、电流检测电路分别用于检测太阳能组件的电压和电流；
所述辅助电源用于对智能接线盒进行供电，主控MCU用于获取电压检测电路、电流检测电路测得的电压和电流。
进一步地，上述ZIGBEE系统包括板载天线和匹配网络。
进一步地，上述关断系统包括单刀双掷继电器。
进一步地，上述主控MCU选用的型号为CC2538SF23RTQR。
进一步地，上述板载天线为蛇形PCB天线，用于与服务器进行ZIGBEE无线通信。
进一步地，上述匹配网络为50欧姆π型阻抗匹配电路、无源带通滤波电路和巴伦电路，用于为主控MCU发射和接受的无线信号进行选频和功率分配。
进一步地，上述单刀双掷继电器选用的型号为SRA-05VDC-CL，用于接通和切断输入端和输出端。
另外，本发明还提出一种上述基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统的关断方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)获取太阳能组件的电流和电压；
2)判断步骤1)中的电压和电流是否超过设定阈值；
3)若超过设定阈值，则通过ZIGBEE系统将步骤1)中的数据和步骤2)中的判断结果发送至服务器；
4)服务器接收ZIGBEE系统的数据，判断是否需要打开关断系统，
5)服务器通过ZIGBEE系统控制关断系统。
进一步地，上述步骤1)中获取太阳能组件的电流和电压，具体是通过电压检测电路、电流检测电路检测太阳能组件的电压和电流。
进一步地，上述步骤2)中，检测步骤1)中的电压和电流是否超过设定阈值具体为：用主控MCU用于获取电压检测电路、电流检测电路测得的电压和电流，并和设定阈值进行比较后得到。
进一步地，上述步骤2)中，设定阈值具体为：服务器通过ZIGBEE系统把阈值信息发送到智能接线盒，智能接线盒把阈值信息保存到主控MCU中。
本发明的优点：
1)本发明的智能接线盒用于引出太阳能组件主回路电流，智能接线盒中的智能触发装置可以实时检测太阳能组件的电压和电流，并通过关断系统控制智能接线盒的输出回路电路来触发太阳能组件的导通。
2)本发明采用检测主回路的电压和电流的方式，在太阳能系统发生火灾、需要维修、安装维护等异常状态下，每一块太阳能组件的输出电压均能被切断，从而切断太阳能串组的高压，避免二次伤害，解决了太阳能电站失火后，由于消防用水会导电，无法直接水枪灭火，消防灭火较为困难的问题，也可以在服务器通过ZIGBEE无线通信切断太阳能串组，保证进入太阳能电站人员的安全，具有很高的商业价值。
附图说明
图1为本发明实施例1的系统框图。
图2为本发明实施例1的智能接线盒结构图。
其中：1-太阳能组件、2-智能接线盒、21-电压检测电路、22-电流检测电路、23-辅助电源、24-主控MCU、25-板载天线、26-匹配网络、27-单刀双掷继电器、3-太阳能逆变器、4-太阳能串组、5-服务器、6-ZIGBEE系统、7-关断系统、8-智能触发装置。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，包括太阳能组件1、智能接线盒2、太阳能逆变器3和服务器5；所述太阳能组件1的数量为多个；每个太阳能组件1对应一个智能接线盒2，每个太阳能组件1的输出端与其对应的智能接线盒2连接，所述智能接线盒2的输出端依次串连，多个太阳能组件1通过智能接线盒2依次串接组成太阳能串组4，所述太阳能串组4的输出端与太阳能逆变器3连接，所述服务器5与智能接线盒2可进行数据交互和远程控制。
所述智能接线盒2包括智能触发装置8、ZIGBEE系统6、关断系统7；
所述智能触发装置8用于检测太阳能组件1的电压和电流；所述ZIGBEE系统6获取智能触发装置8检测到的太阳能组件1电压和电流数据，ZIGBEE系统6与服务器5实现数据交互；所述服务器5通过ZIGBEE系统6可控制智能触发装置8的关断系统7。
如图1所示，以3个太阳能组件举例说明，一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，包括3个太阳能组件1，每个太阳能组件1的输出端均与一个智能接线盒2连接，3个智能接线盒3的输出端依次串接(即PV1-与PV2+、PV2-与PV3+连接)，3个太阳能组件1通过智能接线盒2依次串接组成太阳能串组4，所述太阳能串组4的输出PV+(即PV1+)、PV-(即PV3-)与太阳能逆变器3连接。
如图2所示，所述智能触发装置8包括电压检测电路21、电流检测电路22、辅助电源23、主控MCU24、检测电阻R1、检测电阻R2；所述辅助电源23输入端与太阳能组件1输出端连接，为智能接线盒2整个系统供电；所述电压检测电路21输入端分别与检测电阻R1两端连接，输出端与主控MCU24连接；所述电流检测电路22输入端分别与检测电阻R2两端连接，输出端与主控MCU24连接；所述检测电阻R1两端分别与太阳能组件1输出端连接；所述检测电阻R1串联在太阳能组件1负输出端。
如图2所示，所述ZIGBEE系统6包括板载天线25、匹配网络26；所述匹配网络26输入端与板载天线25输出端连接，匹配网络26输出端与主控MCU24连接。
如图2所示，所述关断系统7包括单刀双掷继电器27；所述单刀双掷继电器27控制端与主控MCU24连接，输入端与检测电阻R2输出端连接，输出端即为PV-。
所述太阳能组件1包括多个相互串联的太阳能组件子串。
本发明实施例中，所述辅助电源23选用MPS(美国芯源系统有限公司)生产法的型号为MP2456GJ-Z的辅助电源，可直接从太阳能组件1取电，经过电压转换后，给整个系统供电；所述主控MCU24选用TI(德州仪器)生产的型号为CC2538SF23RTQR的MCU，芯片内部自带电压检测模块、电流检测模块；
所述板载天线25为蛇形PCB天线，主要作用为与服务器5进行ZIGBEE无线通信。
所述匹配网络26为50欧姆π型阻抗匹配电路、无源带通滤波电路和巴伦电路，主要为主控MCU发射和接受的无线信号进行选频和功率分配。
所述单刀双掷继电器27选用松乐公司生产的型号为SRA-05VDC-CL的继电器，主要作用为接通和切断输入端和输出端。
如上实施例中的一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统的关断方法，包括如下步骤：
1)获取太阳能组件1的电流和电压，具体为：是通过电压检测电路21、电流检测电路22检测太阳能组件1的电压和电流。
2)判断步骤1)中的电压和电流是否超过设定阈值，具体为：检测步骤1)中的电压和电流是否超过设定阈值具体为：用主控MCU24用于获取电压检测电路21、电流检测电路22测得的电压和电流，并和设定阈值进行比较后得到，其中，设定阈值具体为：服务器5通过ZIGBEE系统6把阈值信息发送到智能接线盒2，智能接线盒2把阈值信息保存到主控MCU24中。
3)若超过设定阈值，则通过ZIGBEE系统6将步骤1)中的数据和步骤2)中的判断结果发送至服务器5；
4)服务器5接收ZIGBEE系统6的数据，判断是否需要打开关断系统7；
5)服务器5通过ZIGBEE系统6控制关断系统7。
进一步的，所述服务器5也可设置成主动触发模式，设置智能接线盒每日的工作时间段，设置触发电压电流阈值，读取智能接线盒2采集并保存的电流电压数据。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，包括太阳能组件(1)，其特征在于：
还包括智能接线盒(2)、太阳能逆变器(3)和服务器(5)；
所述太阳能组件(1)的数量为多个；
每个太阳能组件(1)对应一个智能接线盒(2)，每个太阳能组件(1)的输出端与其对应的智能接线盒(2)连接，所述智能接线盒(2)的输出端依次串连，多个太阳能组件(1)通过智能接线盒(2)依次串接组成太阳能串组(4)，所述太阳能串组(4)的输出端与太阳能逆变器(3)连接，所述服务器(5)与智能接线盒(2)可进行数据交互和远程控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，其特征在于：所述智能接线盒(2)包括智能触发装置(8)、ZIGBEE系统(6)、关断系统(7)；
所述智能触发装置(8)用于检测太阳能组件(1)的电压和电流；所述ZIGBEE系统(6)获取智能触发装置(8)检测到的太阳能组件(1)电压和电流数据，ZIGBEE系统(6)与服务器(5)实现数据交互；所述服务器(5)通过ZIGBEE系统(6)可控制智能触发装置(8)的关断系统(7)。
3.根据权利要求2所述的一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，其特征在于：所述智能触发装置(8)包括电压检测电路(21)、电流检测电路(22)、辅助电源(23)和主控MCU(24)；
所述电压检测电路(21)、电流检测电路(22)分别用于检测太阳能组件(1)的电压和电流；
所述辅助电源(23)用于对智能接线盒进行供电，主控MCU(24)用于获取电压检测电路(21)、电流检测电路(22)测得的电压和电流。
4.根据权利要求3所述的一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，其特征在于：所述ZIGBEE系统(6)包括板载天线(25)和匹配网络(26)。
5.根据权利要求4所述的一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，其特征在于：所述关断系统(7)包括单刀双掷继电器(27)。
6.根据权利要求5所述的一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，其特征在于：所述主控MCU(24)选用的型号为CC2538SF23RTQR；所述板载天线(25)为蛇形PCB天线，用于与服务器进行ZIGBEE无线通信；所述匹配网络(26)为50欧姆π型阻抗匹配电路、无源带通滤波电路和巴伦电路，用于为主控MCU(24)发射和接受的无线信号进行选频和功率分配。
7.根据权利要求5所述的一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统，其特征在于：所述单刀双掷继电器(27)选用的型号为SRA-05VDC-CL，用于接通和切断输入端和输出端。
8.一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统的关断方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取太阳能组件(1)的电流和电压；
2)判断步骤1)中的电压和电流是否超过设定阈值；
3)若超过设定阈值，则通过ZIGBEE系统(6)将步骤1)中的数据和步骤2)中的判断结果发送至服务器(5)；
4)服务器(5)接收ZIGBEE系统(6)的数据，判断是否需要打开关断系统(7)；
5)服务器(5)通过ZIGBEE系统(6)控制关断系统(7)。
9.根据权利要求8所述的一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统的关断方法，其特征在于：
所述步骤1)中获取太阳能组件(1)的电流和电压，具体是通过电压检测电路(21)、电流检测电路(22)检测太阳能组件(1)的电压和电流。
10.根据权利要求9所述的一种基于ZIGBEE的太阳能串组智能关断系统的关断方法，其特征在于：
所述步骤2)中，检测步骤1)中的电压和电流是否超过设定阈值具体为：用主控MCU(24)用于获取电压检测电路(21)、电流检测电路(22)测得的电压和电流，并和设定阈值进行比较后得到。
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