CN114640174B - 一种模块化光伏电站控制管理系统 - Google Patents
一种模块化光伏电站控制管理系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种模块化光伏电站控制管理系统，包括：光伏阵列检测模块、通信模块、智能管控模块和控制管理模块；其中，光伏阵列检测模块，用于获取光伏阵列的环境参数和运行参数，并将获取光伏阵列的环境参数和运行参数传输到通信模块；通信模块，用于将接收到光伏阵列的环境参数和运行参数传输到智能管控模块；智能管控模块，用于根据接收到的光伏阵列的环境参数和运行参数进行智能化分析，并采用预设的控制策略根据光伏阵列运行分析结果对光伏阵列进行智能化控制；控制管理模块，用于对智能管控模块中的控制策略进行管理，以及根据光伏阵列运行分析结果对光伏阵列进行主动控制。本发明有助于提高了光伏电站运行的可靠性和智能化控制水平。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电站控制管理技术领域，特别是一种模块化光伏电站控制管理系统。
背景技术
随着化石能源的逐渐枯竭，清洁能源越来越受到人们的重视，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
目前，光伏电站的建设通常规模较大，设置在户外的光伏阵列容易受到季节、天气和昼夜影响较大且收到影响的随机性较强，因此，对光伏阵列进行周期性的检测和维护，有助于提高光伏阵列的可靠性，同时针对发现的情况做出及时的控制处理，例如是短路隔断或者拓扑重构等，有助于提高光伏阵列的运行效果。目前，针对大规模的光伏阵列进行检测维护和检测需要耗费大量的人力成本，同时实时性效果不佳，不能够满足现代大规模光伏电站建设的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种模块化光伏电站控制管理系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明提出一种模块化光伏电站控制管理系统，包括：光伏阵列检测模块、通信模块、智能管控模块和控制管理模块；其中，
光伏阵列检测模块，用于获取光伏阵列的环境参数和运行参数，并将获取光伏阵列的环境参数和运行参数传输到通信模块；
通信模块，用于将接收到光伏阵列的环境参数和运行参数传输到智能管控模块；
智能管控模块，用于根据接收到的光伏阵列的环境参数和运行参数进行智能化分析，得到光伏阵列运行分析结果，并采用预设的控制策略根据光伏阵列运行分析结果对光伏阵列进行智能化控制；并将光伏阵列运行分析结果传输到控制管理模块；
控制管理模块，用于对智能管控模块中的控制策略进行管理，以及根据光伏阵列运行分析结果对光伏阵列进行主动控制。
优选的，光伏阵列检测模块包括环境参数检测单元和汇流箱检测单元；其中，
环境参数检测单元包括设置在光伏阵列的多个传感器节点，传感器节点用于采集光伏阵列的环境参数和运行参数，并将采集到的光伏阵列的环境参数和运行参数传输到通信模块；
汇流箱检测单元用于采集汇流箱的电流数据和电压数据，并将采集到的电流数据和电压数据传输到通信模块。
优选的，通信模块包括网关单元，
网关单元用于汇聚接收由环境参数检测单元和汇流箱检测单元传输的数据，并统一上传至智能管控模块。
优选的，智能管控模块包括光伏阵列分析单元、汇流箱分析单元和智能控制单元；
光伏阵列分析单元能用于根据接收到的光伏阵列的环境参数和运行参数进行分析，获取光伏阵列的工作状态，得到光伏阵列运行分析结果，
汇流箱分析单元用于根据接收到的汇流箱的电流数据和电压数据进行分析，获取汇流箱输出状态，并根据汇流箱输出状态判断光伏阵列的运行情况；
智能控制单元用于根据光伏阵列运行分析结果，并采用预设的控制策略对光伏阵列进行智能化控制，包括短路隔断、阴影时拓扑重构等，并将光伏阵列运行分析结果和相应的智能化控制信息发送到控制管理模块；以及根据汇流箱输出状态出现异常时向控制管理模块发出警报信号。
优选的，控制管理模块包括权限管理单元、控制策略管理单元和主动控制单元；
权限管理单元用于对管理者的权限进行验证，当验证通过后允许管理者登录管控制管理模块；
控制策略管理单元用于对智能管控模块中预设的控制策略进行设置管理，并将更新的控制策略传输到智能管控模块；
主动控制单元用于展示接收到的光伏阵列运行分析结果和警报信号，并向相应的光伏阵列进行主动控制，包括隔断和拓扑调整等。
优选的，环境参数检测单元的传感器节点包括温湿度传感器、环境照度传感器、有效光照传感器和电流传感器等；
光伏阵列的环境参数包括光伏阵列所在环境的温湿度数据、光照数据等；
光伏阵列的运行参数包括光伏阵列中光伏板的输出电流数据等。
优选的，汇流箱检测单元包括设置在汇流箱的电流传感器和电压传感器。
优选的，环境参数检测单元的传感器节点组成无线传感器网络，各传感器节点通过直接或间接的方式将自身采集到的数据传输到设定的汇聚节点，由汇聚节点统一将从各传感器节点汇集到的数据传输到通信模块。
本发明的有益效果为：
本发明通过设置光伏阵列检测模块，能够对设置在户外的大规模光伏阵列进行实时的检测，实时采集光伏阵列的环境参数和运行参数，能够有效降低人力成本；通过通信模块收集采集到的光伏阵列的环境参数和运行参数后，统一传输到智能管控模块进行分析处理，其中智能管控模块针对接收到的光伏阵列的环境参数和运行参数进行智能化的分析，当检测到存在异常状况的时候，根据检测到的异常状况，匹配相应的控制策略来对光伏阵列进行自动化的调整和控制，能够迅速应对各种异常状况的发生，提高了光伏阵列运行的可靠性和智能化控制水平。同时，系统还是这由控制管理模块，来满足管理者对光伏阵列进行主动控制的需求，进一步弥补智能化控制过程中出现的参差，进一步提高光伏电站控制的适应性。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明一种模块化光伏电站控制管理系统的框架结构图。
附图标记：
光伏阵列检测模块1、通信模块2、智能管控模块3、控制管理模块4。
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1，其示出一种模块化光伏电站控制管理系统，包括：光伏阵列检测模块1、通信模块2、智能管控模块3和控制管理模块4；其中，
光伏阵列检测模块1，用于获取光伏阵列的环境参数和运行参数，并将获取光伏阵列的环境参数和运行参数传输到通信模块2；
通信模块2，用于将接收到光伏阵列的环境参数和运行参数传输到智能管控模块3；
智能管控模块3，用于根据接收到的光伏阵列的环境参数和运行参数进行智能化分析，得到光伏阵列运行分析结果，并采用预设的控制策略根据光伏阵列运行分析结果对光伏阵列进行智能化控制；并将光伏阵列运行分析结果传输到控制管理模块4；
控制管理模块4，用于对智能管控模块3中的控制策略进行管理，以及根据光伏阵列运行分析结果对光伏阵列进行主动控制。
上述实施方式，通过设置光伏阵列检测模块1，能够对设置在户外的大规模光伏阵列进行实时的检测，实时采集光伏阵列的环境参数和运行参数，能够有效降低人力成本；通过通信模块2收集采集到的光伏阵列的环境参数和运行参数后，统一传输到智能管控模块3进行分析处理，其中智能管控模块3针对接收到的光伏阵列的环境参数和运行参数进行智能化的分析，当检测到存在异常状况的时候，根据检测到的异常状况，匹配相应的控制策略来对光伏阵列进行自动化的调整和控制，能够迅速应对各种异常状况的发生，提高了光伏阵列运行的可靠性和智能化控制水平。同时，系统还是这由控制管理模块4，来满足管理者对光伏阵列进行主动控制的需求，进一步弥补智能化控制过程中出现的参差，进一步提高光伏电站控制的适应性。
优选的，光伏阵列检测模块1包括环境参数检测单元和汇流箱检测单元；其中，
环境参数检测单元包括设置在光伏阵列的多个传感器节点，传感器节点用于采集光伏阵列的环境参数和运行参数，并将采集到的光伏阵列的环境参数和运行参数传输到通信模块2；
汇流箱检测单元用于采集汇流箱的电流数据和电压数据，并将采集到的电流数据和电压数据传输到通信模块2。
优选的，环境参数检测单元的传感器节点包括温湿度传感器、环境照度传感器、有效光照传感器和电流传感器等；
光伏阵列的环境参数包括光伏阵列所在环境的温湿度数据、光照数据等；
光伏阵列的运行参数包括光伏阵列中光伏板的输出电流数据等。
优选的，汇流箱检测单元包括设置在汇流箱的电流传感器和电压传感器。
一种场景中，其中光伏阵列中包括至少一个光伏板；每个光伏板上均设置相应的温湿度传感器和光照传感器来监测光伏板的环境参数，同时每个光伏板配套的设置的逆变器上也设置有相应的电流传感器来监测光伏板的短路或断路情况；通过获取每个光伏板对应的光照参数，能够分析光伏阵列的整体光照情况，有助于针对阴影部分的和正常光照部分做出相应的的拓扑调整和拓扑重构控制；同时针对发生短路或者断路的光伏板，也可以进行针对性的隔离和运维提醒，有助于提高光伏阵列的运行效果和可靠性。
优选的，环境参数检测单元的传感器节点组成无线传感器网络，各传感器节点通过直接或间接的方式将自身采集到的数据传输到设定的汇聚节点，由汇聚节点统一将从各传感器节点汇集到的数据传输到通信模块2。
其中，考虑到光伏阵列分布的规模较大，数据的传输距离较远，因此将环境参数检测单元中的传感器节点组成无线传感器自组网，并设置相应的汇聚节点，能够使得网络中的各传感器节点通过直接或间接的方式进行数据传输，有助于整个环境参数检测单元中传感器节点的整体数据传输能耗，同时也有助于提高数据传输的适应性。
优选的，各传感器节点通过直接或间接的方式将自身采集到的数据传输到设定的汇聚节点，包括：
各传感器节点向自身的通信范围内的其他邻居传感器节点广播自身的节点信息，其中节点信息包括节点位置信息；
各传感器节点计算自身的汇聚节点优势值，其中采用的汇聚节点优势值计算函数为：
式中，YHJ表示传感器节点的汇聚节点优势值，Nu1表示传感器节点直接通信范围内的邻居传感器节点(即自身距离小于自身直接通信范围的邻居传感器节点)的数量，其根据接收到的邻居节点的位置信息获取；Nt1表示设定的第一邻居节点密度标准值，T1表示设定的直接通信节点密度因子；
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成立时，则有
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Nu2表示传感器节点最大通信范围内的邻居传感器节点的数量，其根据接收到的邻居节点的位置信息获取；Nt2表示设定的第二邻居节点密度标准值，T2表示设定的影响节点密度因子；/>
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R1表示传感器节点的直接通信半径，D0表示传感器节点与通信模块2之间的距离，TD表示设定的距离影响因子，
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Ran(0，1)表示0至1之间的随机数；ωa、ωb、ωc、ωd分别表示标准权重因子，其中ωa≥ωb≥ωc≥ωd；
各传感器节点将自身的汇聚节点优势值向自身最大通信范围内的其他邻居节点进行广播，并接收由邻居节点广播的邻居节点的汇聚节点优势值；
传感器节点根据自身的汇聚节点优势值与接收到的邻居节点的汇聚节点优势值进行比较，当传感器节点自身的汇聚节点优势值最大时，则该传感器节点当选为汇聚节点，同时该传感器节点将自身当选汇聚节点以及自身的节点信息进行广播；
没有当选汇聚节点的各传感器节点根据接收到的汇聚节点的信息，选择与自身距离最近的汇聚节点作为自身的汇聚节点，并通过单跳或多跳的方式将自身采集到的数据传输到该汇聚节点，由汇聚节点汇集各邻居传感器节点传输的数据后统一上传至通信模块2。
其中，汇聚节点的数量为一个或多个。
其中，当传感器节点与汇聚节点的距离小于或等于传感器节点的直接通信范围时，则传感器节点通过单跳传输的方式直接将数据传输到汇聚节点；如果传感器节点与汇聚节点之间的距离大于传感器节点的直接通信范围时，则传感器节点自身直接通信范围内的邻居节点中，随机选择一个距离汇聚节点更近的邻居节点作为下一跳节点，将自身的数据传输到下一跳节点，由下一跳节点继续将数据传输至汇聚节点。
上述实施方式，提出了一种针对无线传感器网络中传感器节点和汇聚节点的设置方案，该方案中，传感器节点能够周期性的自适应选择选择出汇聚节点，并成为当前周期的汇聚节点，其中提出了一种汇聚节点优势值计算函数，能够客观反应各传感器节点当选汇聚节点的优势情况，通过汇聚节点协助其他传感器节点完成数据传输，有助于提高无线传感器网络数据传输的可靠性和有效降低网络的整体能耗。
优选的，通信模块2包括网关单元，
网关单元用于汇聚接收由环境参数检测单元和汇流箱检测单元传输的数据，并统一上传至智能管控模块3。
优选的，智能管控模块3包括光伏阵列分析单元、汇流箱分析单元和智能控制单元；
光伏阵列分析单元能用于根据接收到的光伏阵列的环境参数和运行参数进行分析，获取光伏阵列的工作状态，得到光伏阵列运行分析结果，
汇流箱分析单元用于根据接收到的汇流箱的电流数据和电压数据进行分析，获取汇流箱输出状态，并根据汇流箱输出状态判断光伏阵列的运行情况；
智能控制单元用于根据光伏阵列运行分析结果，并采用预设的控制策略对光伏阵列进行智能化控制，包括短路隔断、阴影时拓扑重构等，并将光伏阵列运行分析结果和相应的智能化控制信息发送到控制管理模块4；以及根据汇流箱输出状态出现异常时向控制管理模块4发出警报信号。
优选的，智能管控模块3可以基于光伏电站的本地处理终端或者云计算平台进行搭建，实现数据的智能分析，同时智能管控模块3与光伏阵列的控制系统相连接，能够自动、智能化地对光伏阵列进行控制。
一种场景中，光伏阵列分析单元根绝接收到的光伏阵列的光照数据分析光伏阵列的阴影部分(当有阴影发生时,阵列中的光伏组件会相互影响,导致光伏阵列的输出功率减少)，并根据实时的光伏阵列光照情况进行拓扑重构，调整光伏阵列中各光伏板的拓扑关系，由智能控制单元根据重构后的拓扑关系对实际的光伏阵列中光伏板的连接方式，提高光伏阵列的输出功率。
另一种场景中，光伏阵列分析单元根据接收到的光伏阵列的电流数据进行分析，分析光伏阵列中各光伏板的短路和开路情况，当检测到存在光伏板出现异常(发生短路或开路)时，由智能控制单元对光伏阵列进行调整控制，对出现异常的光伏板进行隔离，有助于提高光伏阵列运行的可靠性。
另一种场景中，汇流箱分析单元根据接收到的汇流箱的电流数据和电压数据进行分析，当分析到汇流箱的输出电流、输出电压或输出功率超出设定的标注范围时，由智能控制单元向控制管理模块4发出警报信号，提醒汇流箱发生的异常情况，以使得管理者能够及时安排进行运维或维修处理，有助于提高汇流箱系统检测的实时性，当出现异常状况时第一时间发现并处理，提高了光伏电站的整体可靠性水平。
优选的，控制管理模块4包括权限管理单元、控制策略管理单元和主动控制单元；
权限管理单元用于对管理者的权限进行验证，当验证通过后允许管理者登录控制管理模块4；
控制策略管理单元用于对智能管控模块3中预设的控制策略进行设置管理，并将更新的控制策略传输到智能管控模块3；
主动控制单元用于展示接收到的光伏阵列运行分析结果和警报信号，并向相应的光伏阵列进行主动控制，包括隔断和拓扑调整等。
一种场景中，控制管理模块4基于管理终端进行搭建，管理者通过权限管理单元完成验证之后，能够登录控制管理模块4，包括通过控制策略管理单元修改或设置应对不同情况的控制策略和直接对光伏阵列进行直接的控制，有助于提高系统的模块化管理水平。
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种模块化光伏电站控制管理系统，其特征在于，包括：光伏阵列检测模块、通信模块、智能管控模块和控制管理模块；其中，
光伏阵列检测模块，用于获取光伏阵列的环境参数和运行参数，并将获取光伏阵列的环境参数和运行参数传输到通信模块；
通信模块，用于将接收到光伏阵列的环境参数和运行参数传输到智能管控模块；
智能管控模块，用于根据接收到的光伏阵列的环境参数和运行参数进行智能化分析，得到光伏阵列运行分析结果，并采用预设的控制策略根据光伏阵列运行分析结果对光伏阵列进行智能化控制；并将光伏阵列运行分析结果传输到控制管理模块；
控制管理模块，用于对智能管控模块中的控制策略进行管理，以及根据光伏阵列运行分析结果对光伏阵列进行主动控制；
光伏阵列检测模块包括环境参数检测单元和汇流箱检测单元；其中，
环境参数检测单元包括设置在光伏阵列的多个传感器节点，传感器节点用于采集光伏阵列的环境参数和运行参数，并将采集到的光伏阵列的环境参数和运行参数传输到通信模块；
汇流箱检测单元用于采集汇流箱的电流数据和电压数据，并将采集到的电流数据和电压数据传输到通信模块；
通信模块包括网关单元，
网关单元用于汇聚接收由环境参数检测单元和汇流箱检测单元传输的数据，并统一上传至智能管控模块；
环境参数检测单元的传感器节点组成无线传感器网络，各传感器节点通过直接或间接的方式将自身采集到的数据传输到设定的汇聚节点，由汇聚节点统一将从各传感器节点汇集到的数据传输到通信模块；
其中，各传感器节点通过直接或间接的方式将自身采集到的数据传输到设定的汇聚节点，包括：
各传感器节点向自身的通信范围内的其他邻居传感器节点广播自身的节点信息，其中节点信息包括节点位置信息；
各传感器节点计算自身的汇聚节点优势值，其中采用的汇聚节点优势值计算函数为：
式中，YHJ表示传感器节点的汇聚节点优势值，Nu1表示传感器节点直接通信范围内的邻居传感器节点(即自身距离小于自身直接通信范围的邻居传感器节点)的数量，其根据接收到的邻居节点的位置信息获取；Nt1表示设定的第一邻居节点密度标准值，T1表示设定的直接通信节点密度因子；
表示条件判断函数，当条件
成立时，则有
否则
Nu2表示传感器节点最大通信范围内的邻居传感器节点的数量，其根据接收到的邻居节点的位置信息获取；Nt2表示设定的第二邻居节点密度标准值，T2表示设定的影响节点密度因子；
表示条件判断函数，当条件
成立时，则有
否则
R1表示传感器节点的直接通信半径，D0表示传感器节点与通信模块2之间的距离，TD表示设定的距离影响因子，
表示条件判断函数，当条件
成立时，则有
否则
Ran(0,1)表示0至1之间的随机数；ωa、ωb、ωc、ωd分别表示标准权重因子，其中ωa≥ωb≥ωc≥ωd；
各传感器节点将自身的汇聚节点优势值向自身最大通信范围内的其他邻居节点进行广播，并接收由邻居节点广播的邻居节点的汇聚节点优势值；
传感器节点根据自身的汇聚节点优势值与接收到的邻居节点的汇聚节点优势值进行比较，当传感器节点自身的汇聚节点优势值最大时，则该传感器节点当选为汇聚节点，同时该传感器节点将自身当选汇聚节点以及自身的节点信息进行广播；
没有当选汇聚节点的各传感器节点根据接收到的汇聚节点的信息，选择与自身距离最近的汇聚节点作为自身的汇聚节点，并通过单跳或多跳的方式将自身采集到的数据传输到该汇聚节点，由汇聚节点汇集各邻居传感器节点传输的数据后统一上传至通信模块。
2.根据权利要求1所述的一种模块化光伏电站控制管理系统，其特征在于，智能管控模块包括光伏阵列分析单元、汇流箱分析单元和智能控制单元；
光伏阵列分析单元能用于根据接收到的光伏阵列的环境参数和运行参数进行分析，获取光伏阵列的工作状态，得到光伏阵列运行分析结果，
汇流箱分析单元用于根据接收到的汇流箱的电流数据和电压数据进行分析，获取汇流箱输出状态，并根据汇流箱输出状态判断光伏阵列的运行情况；
智能控制单元用于根据光伏阵列运行分析结果，并采用预设的控制策略对光伏阵列进行智能化控制，包括短路隔断、阴影时拓扑重构，并将光伏阵列运行分析结果和相应的智能化控制信息发送到控制管理模块；以及根据汇流箱输出状态出现异常时向控制管理模块发出警报信号。
3.根据权利要求2所述的一种模块化光伏电站控制管理系统，其特征在于，控制管理模块包括权限管理单元、控制策略管理单元和主动控制单元；
权限管理单元用于对管理者的权限进行验证，当验证通过后允许管理者登录管控制管理模块；
控制策略管理单元用于对智能管控模块中预设的控制策略进行设置管理，并将更新的控制策略传输到智能管控模块；
主动控制单元用于展示接收到的光伏阵列运行分析结果和警报信号，并向相应的光伏阵列进行主动控制，包括隔断和拓扑调整。
4.根据权利要求1所述的一种模块化光伏电站控制管理系统，其特征在于，
环境参数检测单元的传感器节点包括温湿度传感器、环境照度传感器、有效光照传感器和电流传感器；
光伏阵列的环境参数包括光伏阵列所在环境的温湿度数据、光照数据；
光伏阵列的运行参数包括光伏阵列中光伏板的输出电流数据。
5.根据权利要求1所述的一种模块化光伏电站控制管理系统，其特征在于，汇流箱检测单元包括设置在汇流箱的电流传感器和电压传感器。
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