CN114285371A - 高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱及方法 - Google Patents

Abstract

一种高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱及方法，它包括光伏组件、汇流箱和负载回路；汇流箱与光伏组件和直流负载电性连接；汇流箱包括直流回路连接的负载回路，防雷设备连接于负载回路中，数据采集模块和通讯模块连接并采集负载回路信息和控制负载回路；负载回路与直流回路中的直流断路器连接，直流回路中的防反二极管与光伏组件连接；针对通讯基站使用的光伏系统，能够进行光伏组串汇流连接，直流熔断保护，直流断路保护的功能，且具有防雷保护，数据采集显示，远程通讯传输，故障检测系统功能，能够数据精确采集远程可视化，抗干扰通讯，防逆流防孤岛实时检测预警切除。

Description

高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱及方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及一种高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱及方法。

背景技术

在光伏发电系统中，基本设备通常包括光伏板、光伏支架、汇流箱、直流配电柜、逆变器、交流配电柜等。汇流箱在光伏发电系统中，起到保证光伏组件安全有序连接汇流的作用。在汇流箱中，用户可以将光伏板串联起来组成光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入并汇流后，通过控制器依次安全连接至直流配电柜、逆变器、交流配电柜，从而与市电并网，构成完整的光伏发电系统。因此，汇流箱在光伏系统中是重要的接线装置。

光伏发电系统的安全稳定性对于发电与传输设备，并网的市电，直连负荷均至关重要，雷击产生的过电压，电网失压时产生的孤岛效应等都会严重损害系统。因此，汇流箱起接线作用的同时，避免孤岛效应，减少过电压损害，对提高整个系统的安全稳定性有重要作用。

光伏发电具有较大的随机性和波动性，需要进行有效的数据监控，获取准确的温度电压电流等数据，通常在逆变器处进行数据采集，实时获取设备的运行状况并传输至平台，确保所有设备都在最优条件下运行，一旦发生故障，实时报告并切除故障将最大程度的减小损失。

当前汇流箱的一个弊端在于：汇流箱通常在逆变器处采集数据并传输至显示器上，为直流负载供能时，使用逆变器增加了整个系统的建设成本，降低了电能传输效率外，采集到的数据不够精准，且不能实时上传至平台服务器，缺少数据监控能力和故障分析手段，不利用系统保护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱及方法，针对通讯基站使用的光伏系统，能够进行光伏组串汇流连接，直流熔断保护，直流断路保护的功能，且具有防雷保护，数据采集显示，远程通讯传输，故障检测系统功能，能够数据精确采集远程可视化，抗干扰通讯，防逆流防孤岛实时检测预警切除。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，它包括直流回路连接的负载回路；所述汇流箱与光伏组件和直流负载电性连接；汇流箱内部电路包括直流回路连的负载回路，防雷设备连接于负载回路中，数据采集模块和通讯模块连接并采集负载回路信息和控制负载回路；负载回路与直流回路中的直流断路器连接，直流回路中的防反二极管与光伏组件连接。

所述直流回路包括直流断路器连接的正极铜排和负极铜排，负极铜排与其中一组防反二极管连接，正极铜排与直流熔断器连接后与另一组防反二极管连接。

所述负载回路主要包括直流负载或直流配电柜，其与直流断路器的输出端连接。

所述数据采集模块包括直流电压传感器、直流电流传感器和温度数据传感器连接的数字显示器，储能电池与数字显示器连接；数字显示器与通讯模块连接；直流电压传感器和直流电流传感器与负载回路连接。

所述通讯模块主要包括储能转换电源连接的状态显示器和RS485通讯端子，状态显示器和RS485通讯端子连接，状态显示器还与数据采集模块的数字显示器连接。

所述RS485通讯端子还与负载回路和远程平台连接。

所述远程平台包括远程服务器、数据分析系统、数据可视化网站和数据可视化APP。

所述数据分析系统包括数据监控系统、防孤岛检测系统、温度检测系统、远程控制系统和故障报警系统。

所述防孤岛检测系统包括保护装置的检测算法和动作算法。

如上所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱的控制方法，它包括如下步骤：

S1，故障检测，

保护装置的检测算法根据数据采集模板的数据，包括线电压中的最大线电压、最小线电压、延时时间与过电压延时关系，二次逆功率值、频率变化率、有功功率和无功功率进行故障检测；检测到过电压、低电压、频率过高、频率过低、频率突变、逆功率、外部联跳、系统失电、频率突变闭锁低频、速断、限时速断和过电流情况时发出跳闸指令；检测到零序过流时，发出告警信号并发出跳闸预警指令；

S2，电压异常判断，

根据通讯模块传入数据，判断线电压是否超出额定值；如果线电压大于过电压定值，判断延时与过电压延时的关系；如果延时大于过电压延时，确认需要进行过电压保护，平台进行故障报警通知，并向汇流箱的通讯模块发出跳闸信号，同时记录故障数据，故障时间信息；

或者，通讯模块接收远程平台跳闸信号至保护装置，保护装置执行跳闸动作。

本发明的主要有益效果在于：

针对通讯基站使用的光伏系统，将接线传输、安全保护、数据通讯，故障检测功能一体化，可在将多个光伏子串并联接入的汇流基础功能上，利用防反二极管、直流断路器、直流熔断器、防雷器防止出现逆流、过流现象，并进行雷击保护。

可以实时采集光伏系统的温度、电压和电流数据，并利用通讯模块传输到远程运行维护平台进行数据分析和可视化。

故障检测系统根据采集的数据进行运行状况判断，一旦出现故障可以立即发出警告并发送信号切断故障，避免孤岛效应带来损害。

汇流箱具有防雷保护，数据采集显示，远程通讯传输，故障检测系统功能，能够数据精确采集远程可视化，抗干扰通讯，防逆流防孤岛实时检测预警切除。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例中与通讯站点光伏系统及负载相连的示意图。

图2为本发明实施例中智能汇流箱的结构图。

图3为本发明实施例中数据采集与通讯组件结构图。

图4为本发明实施例中故障检测方法流程图。

图5为本发明实施例中电压异常情况判断流程图。

图中：光伏组件1，汇流箱2，直流断路器21，正极铜排22，负极铜排23，防反二极管24，直流熔断器25，直流负载3，数据采集模块4，直流电压传感器41，直流电流传感器42，温度数据传感器43，数字显示器44，储能电池45，通讯模块5，储能转换电源51，状态显示器52，RS485通讯端子53，远程平台6，防雷设备7。

具体实施方式

如图1~图5中，一种高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，外部连接为光伏组件1、汇流箱2和直流负载3；汇流箱2包括直流回路连接的负载回路，防雷设备7连接于负载回路中，数据采集模块4和通讯模块5连接并采集负载回路信息和控制负载回路；负载回路与直流回路中的直流断路器21连接，直流回路中的防反二极管24与光伏组件1连接。使用时，正负极铜排经由直流断路器后，流出汇流箱连接至外部的直流配电柜；数据采集模块在直流断路器后采集数据，采集后经由通讯模块传输至后台平台进行数据监控和数据可视化；如果故障检测系统根据实时数据发现故障，进行故障报警并将故障处理信号传输至通讯模块处，操作断路器进行故障切除。

优选地，防雷器一侧连接接地端子后连接至直流断路器，工作状态指示器实时显示防雷器状态，减少雷击产生的过电压和过电流，避免雷击造成的损害。

优选地，汇流箱电气设备外壳采用IP65标准外壳，完全防止粉尘进入，任何角度低压喷射无影响，具有较好的环境适应性。

优选的方案中，所述直流回路包括直流断路器21连接的正极铜排22和负极铜排23，负极铜排23与其中一组防反二极管24连接，正极铜排22与直流熔断器25连接后与另一组防反二极管24连接。使用时，防反二极管可以防止光伏组件不发电时，电流反过来向组件倒送，使组件发热损坏，同时可以防止各支路之间的电流倒送。

优选的方案中，所述负载回路主要包括直流负载或直流配电柜，其与直流断路器21的输出端连接。

优选的方案中，所述数据采集模块4包括直流电压传感器41、直流电流传感器42和温度数据传感器43连接的数字显示器44，储能电池45与数字显示器44连接；数字显示器44与通讯模块5连接；直流电压传感器41和直流电流传感器42与负载回路连接。使用时，直流电压传感器、直流电流传感器、温度传感器的数据传输至通讯模块后远程上传，并传输至数字显示器实时显示。

优选的方案中，所述通讯模块5主要包括储能转换电源51连接的状态显示器52和RS485通讯端子53，状态显示器52和RS485通讯端子53连接，状态显示器52还与数据采集模块4的数字显示器44连接。使用时，储能转换电源51为整个通讯模块转换电能供电，并与通讯系统相连，作为备用电源为通讯模块供电。

优选的方案中，所述RS485通讯端子53还与负载回路和远程平台6连接。使用时，通讯系统采用RS485协议，利用RS485转换器、RS485接口、RS485通讯端子将接收的传感器数据发送至远程平台。RS485利用差分传输增加噪声抗扰度，减少噪声辐射，具有较好的抗干扰性。传输速度快，数据速率高达10Mbps，传输具有高速实时性。同一总线可以连接多个驱动器和接收器，一根传输总线上最多可以挂接32个单位负载，具有较好的拓展性。通信线采用屏蔽双绞线并有效接地，消除共模干扰。

优选的方案中，所述远程平台6包括远程服务器、数据分析系统、数据可视化网站和数据可视化APP。远程平台6有利于数据实时更新显示并长期保存。

优选的方案中，所述数据分析系统包括数据监控系统、防孤岛检测系统、温度检测系统、远程控制系统和故障报警系统。

优选的方案中，所述防孤岛检测系统包括保护装置的检测算法和动作算法。使用时，保护装置的检测算法检测线电压中的最大线电压，最小线电压，延时时间与过电压延时关系，二次逆功率值，频率变化率，外部联跳信号。

优选地，通讯模块接收远程平台跳闸信号至保护装置，保护装置执行跳闸动作。

优选的方案中，如上所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱的控制方法，它包括如下步骤：

S1，故障检测，

保护装置的检测算法根据数据采集模板的数据，包括线电压中的最大线电压、最小线电压、延时时间与过电压延时关系，二次逆功率值、频率变化率、有功功率和无功功率进行故障检测；检测到过电压、低电压、频率过高、频率过低、频率突变、逆功率、外部联跳、系统失电、频率突变闭锁低频、速断、限时速断和过电流情况时发出跳闸指令；检测到零序过流时，发出告警信号并发出跳闸预警指令；

S2，电压异常判断，

根据通讯模块传入数据，判断线电压是否超出额定值；如果线电压大于过电压定值，判断延时与过电压延时的关系；如果延时大于过电压延时，确认需要进行过电压保护，平台进行故障报警通知，并向汇流箱的通讯模块发出跳闸信号，同时记录故障数据，故障时间信息；

或者，通讯模块接收远程平台跳闸信号，传递信号至保护装置，保护装置执行跳闸动作。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，其特征是：所述汇流箱（2）与光伏组件（1）和直流负载（3）电性连接；汇流箱（2）包括直流回路连接的负载回路，防雷设备（7）连接于负载回路中，数据采集模块（4）和通讯模块（5）连接并采集负载回路信息和控制负载回路；负载回路与直流回路中的直流断路器（21）连接，直流回路中的防反二极管（24）与光伏组件（1）连接。

2.根据权利要求1所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，其特征是：所述直流回路包括直流断路器（21）连接的正极铜排（22）和负极铜排（23），负极铜排（23）与其中一组防反二极管（24）连接，正极铜排（22）与直流熔断器（25）连接后与另一组防反二极管（24）连接。

3.根据权利要求1所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，其特征是：所述负载回路外部连接主要为直流负载或直流配电柜，其与直流断路器（21）的输出端直接连接。

4.根据权利要求1所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，其特征是：所述数据采集模块（4）包括直流电压传感器（41）、直流电流传感器（42）和温度数据传感器（43）连接的数字显示器（44），储能电池（45）与数字显示器（44）连接；数字显示器（44）与通讯模块（5）连接；直流电压传感器（41）和直流电流传感器（42）与负载回路连接。

5.根据权利要求1所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，其特征是：所述通讯模块（5）主要包括储能转换电源（51）连接的状态显示器（52）和RS485通讯端子（53），状态显示器（52）和RS485通讯端子（53）连接，状态显示器（52）还与数据采集模块（4）的数字显示器（44）连接。

6.根据权利要求1所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，其特征是：所述RS485通讯端子（53）还与负载回路和远程平台（6）连接。

7.根据权利要求1所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，其特征是：所述远程平台（6）包括远程服务器、数据分析系统、数据可视化网站和数据可视化APP。

8.根据权利要求7所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，其特征是：所述数据分析系统包括数据监控系统、防孤岛检测系统、温度检测系统、远程控制系统和故障报警系统。

9.根据权利要求8所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱，其特征是：所述防孤岛检测系统包括保护装置的检测算法和动作算法。

10.根据权利要求1~9任一项所述的高可靠性光伏发电系统智能监测通讯汇流箱的控制方法，其特征是，它包括如下步骤：

S1，故障检测，

保护装置的检测算法根据数据采集模板的数据，包括线电压中的最大线电压、最小线电压、延时时间与过电压延时关系，二次逆功率值、频率变化率、有功功率和无功功率进行故障检测；检测到过电压、低电压、频率过高、频率过低、频率突变、逆功率、外部联跳、系统失电、频率突变闭锁低频、速断、限时速断和过电流情况时发出跳闸指令；检测到零序过流时，发出告警信号并发出跳闸预警指令；

S2，电压异常判断，

根据通讯模块传入数据，判断线电压是否超出额定值；如果线电压大于过电压定值，判断延时与过电压延时的关系；如果延时大于过电压延时，确认需要进行过电压保护，平台进行故障报警通知，并向汇流箱的通讯模块发出跳闸信号，同时记录故障数据，故障时间信息；

或者，通讯模块接收远程平台跳闸信号，传递信号至保护装置，保护装置执行跳闸动作。

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