CN112286094A - 一种分布式光伏数据高精度采集装置及系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种分布式光伏数据高精度采集装置及系统，属于分布式光伏数据监测技术领域，该装置包括控制器模块、高速模拟量采集模块、电能参数计算模块、数据存储模块以及无线温度数据采集模块；所述控制器模块分别与高速模拟量采集模块、电能参数计算模块、数据存储模块、无线温度数据采集模块通过总线连接，并实时读取这些模块内的实时数据。

Description

一种分布式光伏数据高精度采集装置及系统

技术领域

本公开属于分布式光伏数据监测技术领域，具体是涉及一种分布式光伏数据高精度采集装置及系统。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

近年来，随着政府鼓励、增量配电网规划实施等，部分地区分布式光伏爆发式增长，呈现出高密度、多点接入电网薄弱地区。受限于通讯手段及成本因素，分布式光伏信息采集手段缺失、数据质量较差等，带来潮流反送、负荷预测不准确、监控分析手段欠缺等问题，从而导致电网盲调问题普遍存在。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本公开提供了一种分布式光伏数据高精度采集装置及系统。

本公开至少一实施例提出了一种分布式光伏数据高精度采集装置，该装置包括控制器、高速模拟量采集模块、电能参数计算模块、数据存储模块以及无线温度数据采集模块；所述控制器分别与高速模拟量采集模块、电能参数计算模块、数据存储模块、无线温度数据采集模块通过总线连接，并实时读取这些模块内的实时数据。

进一步地，所述高度模拟量模块包括依次连接的量程切换电路、模数转换器以及DSP控制器；所述DSP控制器通过U-bus总线与控制器连接。

进一步地，所述模数转换器采用16位8通道同步采样模数转换器。

进一步地，所述量程切换电路通过两个AD采集同一路信号，这两个AD可通过拨动开关实现切换。

进一步地，所述电能参数计算模块包括依次连接的采集调理电路、电能计量芯片及外围电路以及MCU微控制单元；所述采集调理电路将采集的模拟量送至电能计量芯片及外围电路中进行参数计算；所述MCU微控制单元将计算后的参数送至控制器中。

进一步地，所述数据存储模块包括若干个呈阵列分布的闪存存储器；这些闪存存储器通过闪存驱动芯片与控制器连接。

进一步地，所述采集装置还包括高速开关量模块；所述高速开关量模块包括依次连接的光耦隔离器和DSP控制器，所述DSP控制器通过U-bus总线与控制器连接。

进一步地，所述温度数据采集模块包括无线通讯单元以及MCU微控制单元；所述无线通讯单元用于将采集的温度信息传送给MCU微控制单元；所述MCU微控制单元将采集的温度信息通过USB纵向发送给控制器。

进一步地，所述总线由高速数据域和通用数据域组成。

进一步地，高速数据域和通用数据域集成在同一接口内，高速数据域以PCI总线为标准进行设计；通用数据域以USB为标准进行设计。

本公开至少一实施例还提出了一种分布式光伏数据高精度采集系统，该系统包括上述任一项所述一种分布式光伏数据高精度采集装置。

本公开的有益效果如下：

本公开的分布式光伏数据高精度采集装置通过实现高速模拟量采集、电能参数计算、数据存储、无线温度数据采集等功能，完善分布式光伏的基础信息管理、运行监测、单点及区域功率预测等辅助分析手段，对提高分布式光伏调度运行管理水平、解决监控手段缺失问题、保障电网安全经济运行具有重要意义。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例提供的分布式光伏数据高精度采集装置结构图；

图2是本公开实施例提供的高速模拟量采集模块结构图；

图3是本公开实施例提供的高速模拟量采集模块中量程切换电路结构示意图；

图4是本公开实施例提供的电能参数计算模块结构图；

图5是本公开实施例提供的大容量数据存储模块结构图；

图6是本公开实施例提供的无线温度数据采集模块结构图；

图7是本公开实施例提供的高速开关量模块结构图；

图8是本公开实施例提供的控制器与模块通过PCI总线连接的示意图；

图9位本公开实施例提供的控制器与模块的USB总线连接的示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

如图1所示，本实施提供的分布式光伏数据采集装置功能模块主要包含高速模拟量采集模块、电能参数计算模块、大容量数据存储模块、无线温度数据采集模块和通用数据接口总线以及控制器。其中模块与模块、模块与控制器间采用U-Bus连接。控制器可通过该总线操作功能模块的运行，并可高速读取功能模块内的实时数据。

其中所述高速模拟量采集模块主要包括依次连接的量程切换电路、模数转换器以及DSP控制器；所述DSP控制器通过总线与控制器连接，如图2所示。

具体地，如图3所示在本实施例中的量程切换电路考虑到测量信号的输入范围，在线路出现故障时仍能记录对应的波形，对AD来说在故障时测量信号不能满偏，因此在电路上需要考虑多通道切换的问题。放大电路的放大倍数可以通过拨码开关进行配置，用户可以通过调整拨码开关实现对测量CT和保护CT的配置，针对保护CT还可以实现量程的自动切换，此时，通过两路AD采集同一路信号，在上图中，K1、K3、K6闭合，K2、K4、K5断开，即可实现对CT1的动态量程调整过程。在输入信号较小时，为保证信号的采集精度，处理器采用ADC2的值作为信号值，当输入信号较大时，处理器采用ADC1的值作为信号，这样在既能保证在信号的采集精度，又能保证信号的采集范围。

进一步，所述高速模拟量采集模块中的模数转换器对模拟量采集的精度和采集时刻的控制都有很高的要求，因此在本装置中采用16位8通道同步采样模数转换器AD7606。该芯片内部含有二阶抗混叠滤波器，通过该滤波器可以有效的滤除高频干扰，使测量的相角信息更加准确。此外，该芯片可以完成8通道的绝对同步采样，这样可以保证各相采集时刻的绝对统一，从设计结构上减小相角误差。由于装置中FPGA的时钟最为精准，因此AD的开始转换触发信号由FPGA提供，AD转换完成后其Busy信号会发生跳变，DSP检测到Busy信号后开始通过16位的并行总线对转换数据进行读取。

进一步地，所述DSP控制器采用美国德州仪器公司生产的TMS320F28335型高性能32位处理器，该处理器内部集成硬件浮点处理单元(FPU)，可以大大提高对浮点数据的运算能力，以此可以解决在计算相角时的快速傅里叶变换(FFT)中的大量浮点运算。

此外该处理器具有丰富的外部接口可以和多个外部设备进行通信，其中SCIA负责与FPGA交互时标信息、时间偏差信息等；SCIB负责通过U-Bus总线与控制器通信上送运算结果。

如图4所示，所述电能参数计算模块包括依次连接的采集调理电路、电能计量芯片及外围电路以及MCU微控制单元；该模块将采集的模拟量数据通过模块内部采集PT、CT及外围电路调理后，送至电能计量芯片进行相关参数计算(有功、无功、视在、频率、功率因数、电压相序、电流相序、谐波等)，计算完成后通过串行数据总线SPI送至MCU微控制单元，最后MCU微控制单元通过U-Bus总线将电能参数发送至控制器。

进一步，如图5所示所述大容量数据存储模块主要包括若干个呈阵列设置的闪存，这些闪存统一连接到闪存驱动芯片上，所述闪存驱动芯片通过U-BUS总线连接到控制器，由控制器进行控制这些闪存的运动以及提取这些闪存内的数据。

进一步，如图6所示上述实施例中的温度数据采集模块包括依次433MHz无线通讯单元、串口单元、MCU微控制单元、DS18B20温度传感单元。DS18B20单元将采集的温度信号通过串行数据总线SPI传输给MCU微控制单元，最后MCU微控制单元通过串口将温度参数传送至433MHz无线通讯单元。

进一步，如图7所示上述实施例中的高速开关量模块中主要包含依次连接的光耦隔离器和DSP控制器。光耦隔离器将输入开关量电信号、输出侧控制器电路进行有效的电气上的隔离，避免输出侧控制器电路引入强电压冲击。

另外需要说明的就是，在本实施例中的控制器与功能模块之间采用自定义总线连接，总线设计能力应具备承载至少6种不同类型设备高速读取、响应数据的能力。并且总线整体由两个域组成分别为：高速数据域和通用数据域。域工作时做到通信互不干扰，可不支持热插拔操作(后期可升级为支持热插拔)。

进一步，所述高速数据域和通用数据域集成在同一接口内，高速数据域以PCI总线为标准进行设计，用于高速数据传输应用；通用数据域以USB为标准进行设计，用于挂载所需的商用外设如以太网、无线网络、串口、CAN总线等。

具体地，在本实施例中高速数据域以PCI总线为标准进行设计如图8所示，通过PCI总线可以实现以下优点：(1)高速性：PCI局部总线以33MHz的时钟频率操作，采用32位数据总线，数据传输速率可高达132MB/s，远超过以往各种总线。而早在1995年6月推出的PCI总线规范2.0已定义了64位、66MHz的PCI总线标准。因此PCI总线完全可为未来的计算机提供更高的数据传送率。另外，PCI总线的主设备(Master)可与微机内存直接交换数据(DMA)，而不必经过微机CPU中转，也提高了数据传送的效率；(2)可靠性：PCI独立于处理器的结构，形成一种独特的中间缓冲器设计方式，将中央处理器子系统与外围设备分开。这样用户可以随意增添外围设备，以扩充电脑系统而不必担心在不同时钟频率下会导致性能的下降。与原先微机常用的ISA总线相比，PCI总线增加了奇偶校验错(PERR)、系统错(SERR)、从设备结束(STOP)等控制信号及超时处理等可靠性措施，使数据传输的可靠性大为增加。(3)自动配置：PCI总线规范规定PCI插卡可以自动配置。PCI定义了3种地址空间：存储器空间，输入输出空间和配置空间，每个PCI设备中都有256字节的配置空间用来存放自动配置信息，当PCI插卡插入系统，BIOS将根据读到的有关该卡的信息，结合系统的实际情况为插卡分配存储地址、中断和某些定时信息；(4)共享中断：PCI总线是采用低电平有效方式，多个中断可以共享一条中断线，而ISA总线是边沿触发方式。(5)扩展性好：如果需要把许多设备连接到PCI总线上，而总线驱动能力不足时，可以采用多级PCI总线，这些总线上均可以并发工作，每个总线上均可挂接若干设备。因此PCI总线结构的扩展性是非常好的。

进一步，所述通用数据域采用USB总线标准，配合USB HUB设备实现功能模块之间的串联通讯如图9所示；外设种类丰富，便于后期扩充不同种类的硬件外设支持热插拔，可在系统运行情况下连接或卸载设备(由于USB总线和PCI总线集成在同一接口上，而PCI接口暂不支持热插拔技术，故此处USB也不可进行热插拔操作)传输速度快，目前最常使用的USB2.0接口总线最大极限速度为480Mbps，可使用该总线进行高速数据传输。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本公开的权利要求范围当中。

除此之外，本公开其它实施例还提出了一种分布式光伏数据高精度采集系统，该系统包括上述所述一种分布式光伏数据高精度采集装置。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种分布式光伏数据高精度采集装置，其特征在于，包括控制器、高速模拟量采集模块、电能参数计算模块、数据存储模块以及无线温度数据采集模块；所述控制器分别与高速模拟量采集模块、电能参数计算模块、数据存储模块、无线温度数据采集模块通过总线连接，并实时读取这些模块内的实时数据。

2.如权利要求1所述的一种分布式光伏数据高精度采集装置，其特征在于，所述高度模拟量模块包括依次连接的量程切换电路、模数转换器以及DSP控制器；所述DSP控制器通过U-bus总线与控制器连接。

3.如权利要求2所述的一种分布式光伏数据高精度采集装置，其特征在于，所述模数转换器采用16位8通道同步采样模数转换器。

4.如权利要求2所述的一种分布式光伏数据高精度采集装置，其特征在于，所述量程切换电路通过两个AD采集同一路信号，这两个AD可通过拨动开关实现切换。

5.如权利要求1所述一种分布式光伏数据高精度采集装置，其特征在于，所述电能参数计算模块包括依次连接的采集调理电路、电能计量芯片及外围电路以及MCU微控制单元；所述采集调理电路将采集的模拟量送至电能计量芯片及外围电路中进行参数计算；所述MCU微控制单元将计算后的参数送至控制器中。

6.如权利要求1所述一种分布式光伏数据高精度采集装置，其特征在于，所述数据存储模块包括若干个呈阵列分布的闪存存储器；这些闪存存储器通过闪存驱动芯片与控制器连接。

7.如权利要求1所述一种分布式光伏数据高精度采集装置，其特征在于，所述采集装置还包括高速开关量模块；所述高速开关量模块包括依次连接的光耦隔离器和DSP控制器，所述DSP控制器通过U-bus总线与控制器连接。

8.如权利要求1所述一种分布式光伏数据高精度采集装置，其特征在于，所述温度数据采集模块包括无线通讯单元以及MCU微控制单元；所述无线通讯单元用于将采集的温度信息传送给MCU微控制单元；所述MCU微控制单元将采集的温度信息通过USB纵向发送给控制器。

9.如权利要求1所述一种分布式光伏数据高精度采集装置，其特征在于，所述总线由高速数据域和通用数据域组成；高速数据域和通用数据域集成在同一接口内，高速数据域以PCI总线为标准进行设计；通用数据域以USB为标准进行设计。

10.一种分布式光伏数据高精度采集系统，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一项所述一种分布式光伏数据高精度采集装置。

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