CN111130215A - 有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统，包括：多个逆变器，配置为将从太阳光产生的直流(DC)电力转换为交流(AC)电力，并输出AC电力；多个远程终端单元(RTU)，配置为通过与每一个逆变器进行RS‑485通信来收集数据，处理数据，并通过LoRa通信传输处理后的数据；群集网络设备(CND)，配置为收集通过LoRa通信从多个RTU传输的信息，并使用有线TCP/IP通信方法传输信息；管理服务器，配置为使用有线TCP/IP通信方法接收从CND传送来的信息，并通过监控来管理信息。

Description

有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统

本申请要求于2018年10月30日提交的申请号为10-2018-0130673的韩国专利申请的权益，该韩国专利申请通过引用的方式并入本文，就如将其完全描述于此一样。

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏发电监控系统，尤其涉及一种使用远程(LoRa)无线通信和有线通信的组合来监控安装在预定距离内的太阳能光伏设施的有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统。

背景技术

近年来，诸如全球变暖之类的环境问题由于过度使用化石燃料而变得更加严重，因此迫切需要开发一种在国际上减少二氧化碳排放的方法，并且对作为其替代品的新型可再生能源的兴趣日益增加。

有利的是，绿色能源供应源以及太阳能电池都不使用在地球上数量有限的化石燃料，而且非常有利的是，它们由于不排放二氧化碳，因而最小化了环境污染，并且全球变暖和化石燃料的枯竭在未来将变得严重，而当代人需要为这样的未来做好准备，所以从当代人的角度考虑的话，上述这些优势就变得非常重要。

另外，在韩国，近来已经制定并实施了推广以太阳能光伏发电为首的新型可再生能源的激励政策，以控制二氧化碳的排放，因此，近几年来，将太阳能光伏发电系统推荐为重要的新型可再生能源的主要发电系统，已经开发出了许多发电设施和管理发电设施所需的基础设施，并且目前已经在现场安装并运行了具有几千兆瓦容量的太阳能光伏发电设施。

由于这种太阳能电池模块安装在可获得较大的太阳能辐射量的建筑物屋顶上，或者安装在容易确保阳光照射的诸如山丘之类的僻静地方以直接暴露于阳光下，操作员通常不能轻易地接触到太阳能电池模块，而在安装有发电系统的地方用肉眼直接检查模块的方法也并不现实，因此，远程监控或自动识别发电系统的故障变得更加重要。

在建立这种太阳能光伏设施的监控诊断和监控系统的过程中，通常，主要使用RS-485通信方法来与低等级设备进行通信。这是因为RS-485通信可实现1：N通信，并且覆盖高达大约1km的通信距离。

图1是示出包括多个逆变器的通用太阳能光伏发电监控系统的配置的示意图。

如图1所示，该通用太阳能光伏发电监控系统可以包括：多个逆变器110，用于将从太阳光产生的直流(DC)电力转换为交流(AC)电力，并输出AC电力；RS-485通信单元20，用于传送从每个逆变器10收集的信息；管理服务器30，用于接收通过RS-485通信单元20传送的信息，并通过监控来管理信息。

这里，管理服务器30可以具有以下功能：与每个逆变器10进行RS-485通信以收集数据，使用各种方法处理收集的数据，并在屏幕上显示数据。这样，为了收集数据，管理服务器30可以是主机，每个逆变器10可以是从机。

管理服务器30依次向诸如每个逆变器10等从属设备请求数据，并接收响应。在这种方法中，需要按顺序传输数据，因此，在逆变器10的数量增加时，如同增加的逆变器的数量一样，与所有设备完成一次通信所需的扫描时间延长了。

在特定的逆变器10发生故障并且中途未接收到响应时，管理服务器30在一段时间内处于待机状态，然后向下一个从属设备发出请求，因此，整个扫描时间大大延长，并且收集每个逆变器10的数据的时间段不可避免地延长了。

为了克服这个问题，将通信端口端口1、端口2和端口3分别配置为如图1所示。为此，管理服务器30需要多个通信端口端口1、端口2和端口3，并且需要使用通信电缆分别建立通信端口端口1、端口2和端口3，但是这种方法主要用于工业场地。

通用太阳能光伏发电系统安装在一个区域中，并且诸如逆变器10等的设施安装在诸如电气室的预定地点处，因此，构建通信或建立监控系统并不困难，但是当设备分布距离很远时，有线方法就会存在很多局限之处。

例如，在将太阳能光伏发电系统安装在农村地区的一个村庄的各个房屋中并建立一个用于共同监控这些系统的系统时，如果将管理服务器30设置在一个诸如乡村大厅之类的地方，那么用于连接在安装于每个房屋中的逆变器和服务器之间进行通信的通信线路的构造就会具有许多限制，即线路需要穿过道路或房屋，因此，使用有线通信方法比较困难。

为此，将诸如Zigbee、Wi-fi和蓝牙之类的方法用于无线通信，但是这些方法具有大约15m至50m的较短的无线通信距离，因此，对于相邻安装设备的通信，上述技术可行，但是当设备均不相邻时，使用此方法也较为困难。

为了克服上述问题，本发明的目的是提供一种有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统，其通过使用远程(LoRa)无线通信和有线通信的组合来有效地监控呈分散式分布在预定距离内的太阳能光伏设施，来提前预防通信错误，并且也易于安装。

发明内容

因此，本发明涉及一种有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统，这种系统基本上消除了由于现有技术的局限性和缺点引起的一个或多个问题。

为了实现这些目标和其他优点，根据本发明的目的，如本文具体实施和广泛描述的，一种有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统包括：多个逆变器，配置为将从太阳光产生的直流(DC)电力转换为交流(AC)电力，并输出AC电力；多个远程终端单元(RTU)，配置为通过与每一个逆变器进行RS-485通信来收集数据，处理数据，并通过LoRa通信传输处理后的数据；群集网络设备(CND)，配置为收集通过LoRa通信从多个RTU传输的信息，并使用有线TCP/IP通信方法传输信息；管理服务器，配置为使用有线TCP/IP通信方法接收从CND传送来的信息，并通过监控来管理信息。

附图说明

附图被包括来进一步理解本发明，附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是示出包括多个逆变器的通用太阳能光伏发电监控系统的配置的示意图；

图2是示出根据本发明的有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统的配置的示意图；

图3是更详细地示出图1的远程终端单元(RTU)和群集网络设备(CND)的配置的视图；以及

图4是更详细地示出图2的管理服务器的配置的视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在所有附图中，尽可能使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。另外，在确定可能不必要地模糊了本发明的主题时，将省略已知功能和配置的详细描述。

文本使用的术语只是为了描述特定实施例，并不是为了限制本发明。除非上下文中清楚地指出，否则本文用到的单数形式也旨在包括复数形式。还应当理解，当在本说明书中使用词语"包含"和/或"包括"时，其表明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

图2是示出根据本发明的有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统的配置的示意图。

如图2所示，根据本发明的有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统可以包括：多个逆变器110，用于将从太阳光产生的直流(DC)电力转换为交流(AC)电力，并输出AC电力；多个远程终端单元(RTU)120，用于通过与每个逆变器110进行RS-485通信来收集数据，处理数据，并通过远程(LoRa)通信传输处理后的数据；群集网络设备(CND)130，用于收集通过LoRa通信从多个RTU 120传输的信息，并使用有线TCP/IP通信方法传输该信息；管理服务器140，用于使用有线TCP/IP通信方法接收从CND130传送来的信息，并通过监控来管理该信息。

这里，每个逆变器110可以连接到韩国电力公司(KEPCO)的家庭用电部分，并且用于供应由每个逆变器110产生的DC电力的太阳能光伏设施安装在每个房子的屋顶上。

每个逆变器110可以是商业电网连接，可以是具有以下功能的设备：根据太阳辐射量和温度获得最佳输出的MPPT控制功能，以及将DC电力转换为AC电力并输出与系统相关的AC电力的功能，它还可以是这种设备：即根据天气环境自主运行，并且不具有受到外部单独控制的元件。

可以建立管理服务器140，以收集和监控安装在各个房屋中的逆变器110的信息。

可以以这样的方式配置多个CND 130：将多个RTU 120分成多组，并为每一组安装一个CND 130。在这种情况下，可以仅提取关于在CND 130中注册的RTU 120的信息，并将其传输到管理服务器140。

管理服务器140可以接收从CND 130传输的数据，可以处理数据，可以将数据存储在数据库中，并可以提供用户界面(UI)以供管理员访问网络并远程监控数据。

图3是更详细地示出图1的RTU和CND的配置的视图。

如图3所示，RTU 120可以包括：RS-485接口单元121，用于与逆变器110进行RS-485通信；协议分析单元122，用于分析相应逆变器110的协议，从而与逆变器110进行RS-485通信；MPU(微处理器)123，用于从通过协议分析单元122分析的相应逆变器110接收数据并分析该数据；传输数据生成单元124，用于生成数据，该数据用于传输通过MPU 123从逆变器110收集的信息；LoRa传输单元125，用于将经MPU 123分析的数据转换成LoRa信号，以便将数据传输到外部。

通常来说，由于太阳能光伏系统中使用的逆变器的协议对于各个制造商而言是不同的，因而通信协议对于各个制造商而言也是不同的，并且对于各个型号而言，通信协议也经常改变，因此，需要能够容易地改变协议。

因此，RTU 120包含用于各种制造商的多种协议，从而可以通过设置逆变器模型来改变协议。为此，协议分析单元122可以具有以下功能：针对设置的逆变器110来生成请求数据包，将请求信号传输给逆变器110，并解析响应信号。

传输数据生成单元124可以在生成数据的操作中，将由逆变器110收集的信息与用于在管理服务器140中进行管理的信息组合起来生成数据包，以传输到管理服务器140。

逆变器110包含大量信息，但是为了使用LoRa通信，需要将数据包的数量减到最少，因此，在有关是否操作预定设备的信息、RTU 120的唯一识别码、累积发电量、功率和错误代码形成在数据包中并传输到LoRa收发器时，LoRa收发器可以将数据包数据转换为物理RF信号，并可以传输RF信号。

在这种情况下，使用单独的过程来操作逆变器110、RS-485接口单元121和LoRa传输单元125，就这一点而言，与逆变器110进行通信的过程可以使用以下方法：一种以若干秒钟的间隔向逆变器传输请求数据包，并接收和处理响应数据包的轮询方法，还可以使用以下方法：以若干分钟的时间间隔传输由传输数据生成单元124生成的数据包的推送方法。

CND 130可以使用LoRa通信方法接收由RTU 120的LoRa传输单元125转换的呈RF无线电信号的形式的LoRa信号，可以处理数据，并且可以经由TCP/IP通信将处理后的数据传输到管理服务器140。

为此，CND 130可以包括LoRa接收单元131、设置单元132和服务器传输单元133。

LoRa接收单元131可以使用LoRa通信方法接收由LoRa传输单元125转换的呈RF无线电信号形式的LoRa信号。

设置单元132可以设置RTU 120的LoRa识别码以及管理服务器140的IP和端口信息。

LoRa接收单元131可以仅接收从注册的RTU 120传输的信号。

服务器传输单元133可以经由TCP/IP将通过LoRa接收单元131从RTU120接收的信息传输到管理服务器140。

CND 130和管理服务器140可以经由专用网络或因特网彼此连接。为了与因特网连接，还需要将公共IP分配给CND 130，在这种情况下，CND130可以使用这样一种网络，即在安装有太阳能光伏设施的家庭中使用因特网的家庭网络，从而降低网络成本。

图4是更详细地示出图2的管理服务器的配置的视图。

如图4所示，管理服务器140可以包括用于处理从CND 130接收的信息的数据采集系统(DAS)141、用于提供web服务的web应用系统(WAS)143、用于存储数据的数据库(DB)142以及struts框架144。

上文配置的管理服务器140可以接收从CND 130传输的信息，可以将该信息存储在DB 142中，并且可以提供各种UI。

DAS 141可以包括：TCP接收器141a，用于接收从CND 130周期性地传输的信息；解析器142b，用于对每个数据项的数据包进行分类；商业逻辑(BL)单元141c，用于使用累积发电量计算各个时间段的发电量，并将发电量存储在DB 142中。

DB 142可以使用诸如Maria、Mysql、Oracle或MSsql等商业的或免费的数据库。DB142可以包括用于存储实时信息的表、用于存储关于一定时间间隔的发电量趋势的信息的报告表或者用于管理设施容量、用户、RTU信息等的设置表。在DB 142中，其自身的调度器还可以具有以下功能：使用每个时间段的数据来生成和存储有关每一天和每个月的发电量的信息的功能。

WAS 143可以包括网络服务器和UI，以便管理者基于网络来控制WAS143。网络服务器可以使用最常用的Tomcat，UI可以使用HTML5。

Struts框架144可以是这样一种框架：其用于基于Java开发基于网络的应用程序，以便与DB连接。

根据本发明的实施例的有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统可以具有以下效果。

也就是说，通过使用LoRa无线通信和有线通信的组合来有效地监控呈分散式分布在预定距离内的太阳能光伏设施，可以提前预防通信错误，并且可以让系统安装变得容易。

在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本领域技术人员可以做出各种修改和变型，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明旨在覆盖本发明的修改和变型，只要它们落入所附权利要求及其等同项的范围内即可。

Claims (8)

1.一种有线和无线混合型太阳能光伏发电监控系统，包括：

多个逆变器，配置为将从太阳光产生的直流电力转换为交流电力，并输出所述交流电力；

多个远程终端单元，配置为通过与所述多个逆变器中的每一个逆变器进行RS-485通信来收集数据，处理所述数据，并通过远程通信传输处理后的数据；

群集网络设备，配置为收集通过远程通信从所述多个远程终端单元传输的信息，并使用有线TCP/IP通信方法传输所述信息；以及

管理服务器，配置为使用所述有线TCP/IP通信方法接收从所述群集网络设备传送来的信息，并通过监控来管理所述信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其中远程终端单元包括：

RS-485接口单元，用于与所述多个逆变器进行RS-485通信；

协议分析单元，配置为分析相应逆变器的协议，以便与所述多个逆变器进行RS-485通信；

MPU，配置为从通过所述协议分析单元分析的所述相应逆变器接收数据并分析所述数据；

传输数据生成单元，配置为生成数据，所述数据用于传输通过所述MPU从所述多个逆变器收集的信息；

远程传输单元，配置为将通过所述MPU分析的所述数据转换成远程信号，以将所述数据传输到外部。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述协议分析单元具有以下功能：针对设置的逆变器生成请求数据包，将请求信号传输给所述逆变器，并解析响应信号。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述群集网络设备使用远程通信方法接收由远程终端单元的远程传输单元转换的呈RF无线电信号形式的远程信号，处理数据，并且经由TCP/IP通信将处理后的数据传输给所述管理服务器。

5.根据权利要求2所述的系统，其中所述群集网络设备包括：

远程接收单元，配置为使用远程通信方法接收由所述远程传输单元转换的呈RF无线电信号形式的所述远程信号；

设置单元，配置为设置所述远程终端单元的远程识别码以及所述管理服务器的IP和端口信息；以及

服务器传输单元，配置为经由TCP/IP将通过所述远程接收单元从所述远程终端单元接收的信息传输到所述管理服务器。

6.根据权利要求1和2中的任一项所述的系统，其中：

使用单独的过程来操作所述多个逆变器、所述RS-485接口和所述远程传输单元；以及

与所述多个逆变器进行通信的过程使用以下方法：以若干秒钟的间隔向逆变器传输请求数据包、并接收和处理响应数据包的轮询方法；以及以若干分钟的间隔传输由所述传输数据生成单元生成的所述数据包的推送方法。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述管理服务器接收从所述群集网络设备传输的数据，处理所述数据，将所述数据存储在数据库中，并提供用户界面以供管理员访问网络并远程监控所述数据。

8.根据权利要求1所述的系统，其中为所述群集网络设备分配公共IP。

Images