CN111756325A - 一种基于dsp的光伏组件监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于DSP的光伏组件监测系统及方法，包括用于作为监测主控的DSP芯片，所述DSP芯片还与用于作为辅助控制的外围电路相连接，其还依次通过电源模块、通讯模块与上位机相连接，所述DSP芯片还通过数模转换模块分别与用于收集检测信号数据的电压传感器、电流传感器、温度传感器和光照强度传感器相连接，此外，该系统的监测方法，包括以下步骤：步骤1：初始化整体DSP系统及各模块部分并配置数模模块；步骤2：通过中断运行以调用各功能子模块实现对光伏组件的监测与数据运输；步骤3：根据各子模块的监测数据处理后建立最优运行模型并得出针对光伏组件的监控控制结果以实现健康运行。与现有技术相比，本发明具有修改调试简便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电监测技术领域，尤其是涉及一种基于DSP的光伏组件监测系统及方法。
背景技术
如今光伏发电系统的运行一般发生在无人职守的情况下，维护也大多采用人力巡检方式，逐块查看光伏组件的电气参数来判断组件状态正常与否，对于地面上很分散的光伏系统，通常光伏组件多装备在高处或户外恶劣环境中，监测维护和清洗的工作是十分困难繁琐的，人工维护方式费时且时效性差，需要耗费很多不必要的时间和人力物力，不能满足系统快速实时检修的要求和及时清洗由机会引起的发电效率下降的光伏组件。
因此，搭建监测系统是光伏组件远程运行状态在线监测中亟需处理的重要部分。组件发电效率受环境因素影响大，影响系统的准确检测。现有监测系统对采集到的光伏数据准确度不好，利用率低。针对组件的热斑监测准确率低，对光伏设备故障，没有有效的预防措施，缺少专门面向光伏故障的预测模型；系统监测到的大部分异常和故障情况，跟设备实际所处状态不符。
发明内容
本发明的目的就是为了实现对光伏组件运行监测，并根据采集的数据计算出发电效率低的部分，对大面积光伏组件，进行分区处理，快速准确的实现对光伏组件热斑的故障诊断，为光伏组件更换提供参考而提供一种基于DSP的光伏组件监测系统及方法，利用基于DSP的光伏组件监测系统采集的数据作为模型输入，拟采用神经网络智能算法对模型进行求解，得到诊断结果，实现对光伏组件的热斑故障诊断。建立基于DSP的光伏组件监测系统，实现对光伏组件运行参数的监测与可靠传输。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于DSP的光伏组件监测系统，包括用于作为监测主控的DSP芯片，所述DSP芯片还与用于作为辅助控制的外围电路相连接，其还依次通过电源模块、通讯模块与上位机相连接，所述DSP芯片还通过数模转换模块分别与用于收集检测信号数据的电压传感器、电流传感器、温度传感器和光照强度传感器相连接。
进一步地，所述的DSP芯片采用型号为TM320F2812。
进一步地，所述的电压传感器、电流传感器、温度传感器和光照强度传感器均集成与信号采集模块芯片中。
进一步地，所述的信号采集模块芯片的型号为AD7656。
本发明还提供一种采用所述基于DSP的光伏组件监测系统的监测方法，包括以下步骤：
步骤1：初始化整体DSP系统及各模块部分并配置数模模块；
步骤2：通过中断运行以调用各功能子模块实现对光伏组件的监测与数据运输；
步骤3：根据各子模块的监测数据处理后建立最优运行模型并得出针对光伏组件的监控控制结果以实现健康运行。
优选地，所述步骤2中的中断运行包括：光伏组件现场保护并进行数据采集后判断是否收到服务器的响应，收到服务器的响应后判断ZigBee主机是否收到服务器的响应，ZigBee主机收到服务器的响应后由其进行数据传输并中断返回。
优选地，所述步骤2中的中断运行还包括当ZigBee主机没有收到服务器的响应时返回判断光伏组件现场保护并进行数据采集后是否收到服务器的响应，当没有收到服务器的响应时将数据存至SD卡。
优选地，所述步骤2中的中断运行还包括当光伏组件现场保护并进行数据采集后没有直接收到服务器的响应时将数据存至SD卡。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)修改简便易于调试，本发明基于DSP的光伏监测系统，并考虑分区管理，提高监测数据的准确性，DSP能够调用功能子模块实现预功能，各自模块之间可以通过中断方式实现，这种模块化思想，不仅简化了程序，而且便于修改和调试。整套系统在数据采集监测光伏组件的基础上，分析热斑故障，对光伏组件的管理意义重大。
(2)拓展性强，本发明由于采用DSP作为主控，因此具有很强的适应性和拓展性，用户可以根据光伏组件的实际情况灵活地进行改变设置以匹配工况。
附图说明
图1为本发明的系统架构示意图；
图2为本发明的中断运行流程示意图；
图3为本发明的监测方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明的概括原理为：
通过光伏电站已有的采集系统，获取相应的光电组件输出电压、电流、功率，以及环境温度、太阳辐照等气象数据，达到基于数据在线监测的目的；进而采用简便有效的电气测量法，绘制光伏组件的I-V曲线，比较测量值与理论曲线的差异，完成光伏组件输出效率的分析，采取分区管理策略，依据数据分区后的实时监测完成光伏组件准确性提升的监测升级，同时利用神经网络算法，完成因遮挡造成的热斑分析，可实现热斑识别和预警，完成监测系统的设计，从而达到提高光伏组件发电效率的目的。
本发明通过光伏电站已有的采集系统，获取相应的光电组件输出电压、电流、功率，以及环境温度、太阳辐照等气象数据，达到基于数据在线监测的目的；进而采用简便有效的电气测量法，绘制光伏组件的I-V曲线，比较测量值与理论曲线的差异，完成光伏组件输出效率的分析，采取分区管理策略；依据数据分区后的实时监测完成光伏组件准确性提升的监测升级，同时利用神经网络算法，完成因遮挡造成的热斑分析，可实现热斑识别和预警，完成监测系统的设计。
实施例：
硬件系统设计方案：
硬件部分采用DSP作为控制器，图1给出了硬件系统设计图，从硬件系统图可知，硬件主要包括数据采集模块、通信模块以及DSP芯片及其外围电路组成。
该系统的硬件电路主要包括DSP芯片以及其外围电路和通信模块，其中控制部分主要由DSP芯片，存储器，数据传输网络和IO接口构成。DSP处理器的内核先进，具有很强的数字处理能力，为光伏组件清洗系统设计数据的实时、准确地采集提高了较高的保证。
电源模块在整个系统中起着为DSP提供能量的作用，其能否提供稳定可靠电能是系统稳定工作的基础。当电源没达到要求的电平时，为了防止DSP芯片产生不受控制的状态，需设置复位电路。在控制系统的复位电路中，一般采用电压监控或者看门狗电路，低电平有效。本发明设计有手动复位功能和看门狗功能。
采用AD7656作为该系统的信号采集模块芯片，可大大简化信号调理电路，并减少器件数量、电路板面积和测量保护板的成本，采集速度快，实时性强。
与硬件系统部分搭配的软件部分的设计方案；
本系统软件部分由基于DSP的光伏组件监测系统与光伏组件健康管理与清洗系统组成。其中基于DSP的光伏组件监测系统作为下位机，实现对光伏组件运行参数的监测与可靠传输；光伏组件健康管理与清洗系统作为上位机，对监测的数据预处理后，实现积灰所致的发电效率下降预测，再根据建立的光伏组件优化策略进行优化，最终得到光伏组件的清洗计划，实现对光伏组件的健康管理。
本系统的软件编程下位机部分都是由TI公司提供的集成开发环境(CodeComposer Studio，简称CCS)开发的，由两部分组成：DSP的主程序、定时器中断控制程序。DSP的主程序能够调用功能子模块实现预功能，各自模块之间可以通过中断方式实现，这种模块化思想，不仅简化了程序，而且便于修改和调试。
主程序包括系统初始化、各模块初始化、中断初始化、配置A/D模块、启动中断和等待中断等几个部分，系统的定时器中断子程序框图如图2所示，主要包括数据采集程序、ZigBee通信模块程序、SD存储模块程序、数据预处理程序等部分。
综上所述，依托于本发明监测系统的监测方法步骤如图3所示，包括以下步骤：
步骤1：初始化整体DSP系统及各模块部分并配置数模模块；
步骤2：通过中断运行以调用各功能子模块实现对光伏组件的监测与数据运输；
步骤3：根据各子模块的监测数据处理后建立最优运行模型并得出针对光伏组件的监控控制结果以实现健康运行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于DSP的光伏组件监测系统，其特征在于，包括用于作为监测主控的DSP芯片，所述DSP芯片还与用于作为辅助控制的外围电路相连接，其还依次通过电源模块、通讯模块与上位机相连接，所述DSP芯片还通过数模转换模块分别与用于收集检测信号数据的电压传感器、电流传感器、温度传感器和光照强度传感器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的光伏组件监测系统，其特征在于，所述的DSP芯片采用型号为TM320F2812。
3.根据权利要求1所述的一种基于DSP的光伏组件监测系统，其特征在于，所述的电压传感器、电流传感器、温度传感器和光照强度传感器均集成与信号采集模块芯片中。
4.根据权利要求3所述的一种基于DSP的光伏组件监测系统，其特征在于，所述的信号采集模块芯片的型号为AD7656。
5.一种采用如权利要求1～4中任意一项所述的基于DSP的光伏组件监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：初始化整体DSP系统及各模块部分并配置数模模块；
步骤2：通过中断运行以调用各功能子模块实现对光伏组件的监测与数据运输；
步骤3：根据各子模块的监测数据处理后建立最优运行模型并得出针对光伏组件的监控控制结果以实现健康运行。
6.根据权利要求5所述的一种基于DSP的光伏组件监测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤2中的中断运行包括：光伏组件现场保护并进行数据采集后判断是否收到服务器的响应，收到服务器的响应后判断ZigBee主机是否收到服务器的响应，ZigBee主机收到服务器的响应后由其进行数据传输并中断返回。
7.根据权利要求6所述的一种基于DSP的光伏组件监测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤2中的中断运行还包括当ZigBee主机没有收到服务器的响应时返回判断光伏组件现场保护并进行数据采集后是否收到服务器的响应，当没有收到服务器的响应时将数据存至SD卡。
8.根据权利要求7所述的一种基于DSP的光伏组件监测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤2中的中断运行还包括当光伏组件现场保护并进行数据采集后没有直接收到服务器的响应时将数据存至SD卡。
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