CN116436155A - 一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，本发明涉及光伏逆变器信息采集、监测控制技术领域，包括：光伏设备总单元、通信单元、终端平台和监测控制单元，所述光伏设备总单元与通信单元相连，所述通信单元与终端平台相连，所述终端平台与监测控制单元相连。该光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，通过通信单元的信息采集硬件系统与信息采集软件系统相配合对光伏设备总单元的光伏逆变器进行无线信息数据采集，从而在信息采集硬件系统与信息采集软件系统上都加强了通信单元的信息采集能力；通过监测控制单元对光伏设备总单元进行监测控制，由此降低降低逆变器故障率，提前预知逆变器运行状态趋势走向。

Description

一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法
技术领域
本发明涉及光伏逆变器信息采集、监测控制技术领域，具体为一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法。
背景技术
随着能源转型的稳步推进，风电、水电、核电、太阳能等新能源产业蓬勃发展。太阳能作为新能源典型代表，也是实现能源转型的关键环节之一。其中光伏逆变器号称太阳能光伏电站的“大脑”，承担着连接光伏阵列及电网的重要职责，因此，对于太阳能光伏逆变器运行数据的实时监测、快速传输、智能分析也至关重要；
如申请号为CN202111474704.9，一种基于采集终端的光伏逆变器监测控制系统及方法，主要应用于电力系统领域中的低压配电台区。所述系统主要包括：采集终端、载波转Modbus转换器、光伏逆变器、分布式光伏，其特点在于各个系统之间可以通过电力线进行互相通讯并可以实现对光伏逆变器的本地控制；所述方法于采集终端在收到主站下发的限值参数后进行限值判断，将周期采集到的光伏逆变器运行参数与限值参数作比对，采集终端在收到主站下发的预测参数后进行预测判断，将统计的光伏逆变器光伏发电量与预测发电量作比对，最终根据控制策略执行控制，并上报相关控制事件到主站；但是一种基于采集终端的光伏逆变器监测控制系统及方法的实时信息采集和监测控制系统不够完善，从而导致不能够及时的掌握光伏发电过程中大面积的光伏发电异常，并且针对恶劣天气对光伏逆变器的影响不能及时的把控，从而不能更好的降低逆变器故障率，提前预知逆变器运行状态趋势走向。
于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提出一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，包括：光伏设备总单元、通信单元、终端平台和监测控制单元，所述光伏设备总单元与通信单元相连，所述通信单元与终端平台相连，所述终端平台与监测控制单元相连；
所述方法如下：
步骤一：通过光伏设备总单元包含的设备可以进行光伏发电作用，其中光伏逆变器是光伏发电和储能系统的核心部件，且光伏逆变器是光伏设备总单元中重要的系统平衡(BOS)之一，可以配合一般交流供电的设备使用；
步骤二：基于4G无线网关通过通信单元采集光伏逆变器数据，通过4G远程分发光伏电站的各项数据到中心平台，打造智慧光伏监测物联网；
步骤三：终端平台与底端设备的通信协议配置完成后，根据各个需要传送数据的服务器的IP地址，继续配置IP相关参数，从而终端平台可对光伏设备总单元进行接获数据，对数据进行分析和展示；
步骤四：监测控制单元基于Si4432无线数传芯片和GPRS无线网络可以对光伏设备总单元中的光伏逆变器监测控制；
步骤五：监测光伏设备总单元是否正常进行工作，将监测后的数据信息结果反馈给终端平台。
进一步的，所述光伏设备总单元中的光伏逆变器可以将光伏(PV)太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电(AC)的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。
进一步的，所述通信单元还包括：信息采集硬件系统和信息采集软件系统，所述信息采集硬件系统包括BMG500系列4G智能网关、485串口线、电源、4G SIM卡和服务器，且信息采集软件系统包括业务数据平台、网关管理平台和WIN2012系统。
进一步的，所述信息采集硬件系统中的BMG500系列4G智能网关涵盖的工业通信接口包括：3路LAN口、1路WLAN口、2路RS232和3路RS485，且BMG500系列4G智能网关支持2路ADC、2路DI、1路CAN口可选、2路继电器可选。
进一步的，所述信息采集软件系统中的服务器可配备八核处理器，8G内存，带宽为5-10M独享，固定IP，且服务器的操作系统为WIN2012系统，并且服务器的系统环境为JAVA环境。
进一步的，所述监测控制单元还包括：监控系统、监测控制硬件系统和监测控制软件系统，所述监控系统由光伏逆变器、Si4432无线数传模块、GPRS无线网络和上位机四部分构成的，且监测控制硬件系统包括上位机GPRS模块、基站GPRS无线通信模块和逆变器无线通信模块，其中上位机GPRS模块采用STC89C52单片机进行控制，STC89C52单片机通过RS485与上位机监控中心连接，通过UART串口与GPRS模块连接，基站GPRS无线通信模块包含微处理器，Si4432无线数传模块和GPRS无线通信模块三部分，微处理器也是采用STC89C52单片机，并且监测控制软件系统包括上位机软件和单片机控制软件，其中单片机控制软件采用C语言。
进一步的，根据步骤一所述光伏设备总单元采用JGSGH光伏逆变器，且JGSGH光伏逆变器最高转换效率可达98.8％，多路MPPT可实现多个不同朝向屋顶的电力同时输入，其中MPPT是指光伏逆变器根据外界不同的环境温度、光照强度等特性来调节光伏阵列的输出功率，使得光伏阵列始终输出最大功率。
进一步的，根据步骤二所述通信单元通过MODBUS RTU协议进行数据通信，在网关也配置modbus协议的采集规则，且通信单元通过485串口线连接4G网关的485口和光伏逆变器的485。
进一步的，根据步骤三所述终端平台采用工业物联网关BL101，且工业物联网关BL101内置华为云IOT、阿里云IOT、ThingsBoard、AWS、Ignition等驱动，并且可同时采集100台设备、4000个数据点。
进一步的，根据步骤四所述监测控制单元还包括对大面积的光伏板发电异常进行监测、重大气象灾害监测和地表沉降风险监测以及功率预测，且光伏板发电异常进行监测流程包括每小时更新的发电异常监测、数据精确到每一块光伏板、县/市/省/全国四级多尺度的数据服务，并且重大气象灾害监测和地表沉降风险监测流程包括逐小时更新的历史25年风场数据服务、全域更新的风机识别与数量统计、地表沉降风险监测仅适用于陆上风电项目选址，功率预测包括未来24小时的短临功率预测、10分钟间隔的预测曲线、适用于集中/分布式光伏，陆上/海上风电场。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过通信单元的信息采集硬件系统与信息采集软件系统相配合对光伏设备总单元的光伏逆变器进行无线信息数据采集，信息采集硬件系统BMG500系列4G智能网关让用户可根据工业现场实际连接情况，配置相应的协议解析；同时用户可根据业务需求配置需要采集的数据点位以及数据采集的规则，具备良好的数据服务能力，根据要求完成转发配置，即可将采集的数据进行转发，同时支持向多个平台转发数据，具备数据共享的能力，且信息采集软件系统通过搭载八核处理器可以同时处理八个任务，比如多媒体处理、虚拟化技术、图形处理等，它可以提供更高的性能，更快的处理速度，更低的功耗，更高的效率，更低的延迟，以及更好的计算能力，从而在信息采集硬件系统与信息采集软件系统上都加强了通信单元的信息采集能力；
2.本发明通过监测控制单元中包含的监控系统、监测控制硬件系统、监测控制软件系统配合可以使监测控制单元对光伏设备总单元进行监测控制，进而进行无线网络的光伏逆变器监控系统，可对光伏电站实现远程监控，其中监测控制单元通过搭载大地量子通过气象AI与装机容量等数据，计算每一块光伏板的理论发电量，与实际发电量进行对比，即可对光伏异常运行进行有效报警，且监测控制单元与终端平台数据相结合基于风机点位，开展小区域内的重大气象灾害监测与验证和地表沉降风险监测，并且通过大地量子通过对全国进行高精度的深度学习建模，结合场站自身的历史数据，帮助场站实现SOTA精度的功率预测，由此降低降低逆变器故障率，提前预知逆变器运行状态趋势走向。
附图说明
图1为本发明系统示意图；
图2为本发明步骤示意图；
图3为本发明光伏设备总单元示意图；
图4为本发明监测控制单元示意图；
图5为本发明4G/5G智能网关示意图。
图中：光伏设备总单元(1)、通信单元(2)、信息采集硬件系统(201)、信息采集软件系统(202)、终端平台(3)、监测控制单元(4)、监控系统(401)、监测控制硬件系统(402)、监测控制软件系统(403)。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图5示，一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，包括：光伏设备总单元1、通信单元2、终端平台3和监测控制单元4，光伏设备总单元1与通信单元2相连，光伏设备总单元1中的光伏逆变器可以将光伏(PV)太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电(AC)的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用；通信单元2还包括：信息采集硬件系统201和信息采集软件系统202，信息采集硬件系统201包括BMG500系列4G智能网关、485串口线、电源、4G SIM卡和服务器，且信息采集软件系统202包括业务数据平台、网关管理平台和WIN2012系统；信息采集硬件系统201中的BMG500系列4G智能网关涵盖的工业通信接口包括：3路LAN口、1路WLAN口、2路RS232和3路RS485，且BMG500系列4G智能网关支持2路ADC、2路DI、1路CAN口可选、2路继电器可选；信息采集软件系统202中的服务器可配备八核处理器，8G内存，带宽为5-10M独享，固定IP，且服务器的操作系统为WIN2012系统，并且服务器的系统环境为JAVA环境；通信单元2与终端平台3相连，终端平台3与监测控制单元4相连，监测控制单元4还包括：监控系统401、监测控制硬件系统402和监测控制软件系统403，监控系统401由光伏逆变器、Si4432无线数传模块、GPRS无线网络和上位机四部分构成的，且监测控制硬件系统402包括上位机GPRS模块、基站GPRS无线通信模块和逆变器无线通信模块，其中上位机GPRS模块采用STC89C52单片机进行控制，STC89C52单片机通过RS485与上位机监控中心连接，通过UART串口与GPRS模块连接，基站GPRS无线通信模块包含微处理器，Si4432无线数传模块和GPRS无线通信模块三部分，微处理器也是采用STC89C52单片机，并且监测控制软件系统403包括上位机软件和单片机控制软件，其中单片机控制软件采用C语言；
方法如下：
步骤一：通过光伏设备总单元1包含的设备可以进行光伏发电作用，其中光伏逆变器是光伏发电和储能系统的核心部件，且光伏逆变器是光伏设备总单元1中重要的系统平衡(BOS)之一，可以配合一般交流供电的设备使用；根据步骤一光伏设备总单元1采用JGSGH光伏逆变器，且JGSGH光伏逆变器最高转换效率可达98.8％，多路MPPT可实现多个不同朝向屋顶的电力同时输入，其中MPPT是指光伏逆变器根据外界不同的环境温度、光照强度等特性来调节光伏阵列的输出功率，使得光伏阵列始终输出最大功率；
步骤二：基于4G无线网关通过通信单元2采集光伏逆变器数据，通过4G远程分发光伏电站的各项数据到中心平台，打造智慧光伏监测物联网；根据步骤二通信单元2通过MODBUS RTU协议进行数据通信，在网关也配置modbus协议的采集规则，且通信单元2通过485串口线连接4G网关的485口和光伏逆变器的485；
步骤三：终端平台3与底端设备的通信协议配置完成后，根据各个需要传送数据的服务器的IP地址，继续配置IP相关参数，从而终端平台3可对光伏设备总单元1进行接获数据，对数据进行分析和展示；根据步骤三终端平台3采用工业物联网关BL101，且工业物联网关BL101内置华为云IOT、阿里云IOT、ThingsBoard、AWS、Ignition等驱动，并且可同时采集100台设备、4000个数据点；
步骤四：监测控制单元4基于Si4432无线数传芯片和GPRS无线网络可以对光伏设备总单元1中的光伏逆变器监测控制；根据步骤四监测控制单元4还包括对大面积的光伏板发电异常进行监测、重大气象灾害监测和地表沉降风险监测以及功率预测，且光伏板发电异常进行监测流程包括每小时更新的发电异常监测、数据精确到每一块光伏板、县/市/省/全国四级多尺度的数据服务，并且重大气象灾害监测和地表沉降风险监测流程包括逐小时更新的历史25年风场数据服务、全域更新的风机识别与数量统计、地表沉降风险监测仅适用于陆上风电项目选址，功率预测包括未来24小时的短临功率预测、10分钟间隔的预测曲线、适用于集中/分布式光伏，陆上/海上风电场；
步骤五：监测光伏设备总单元1是否正常进行工作，将监测后的数据信息结果反馈给终端平台3。
工作原理：在使用该光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法时，首先，通过通信单元2的信息采集硬件系统201与信息采集软件系统202相配合对光伏设备总单元1的光伏逆变器进行无线信息数据采集，信息采集硬件系统201BMG500系列4G智能网关让用户可根据工业现场实际连接情况，配置相应的协议解析，通信单元2将采集的数据传输给终端平台3，终端平台3对信息获取进行会进行存储归纳，其中终端平台3的工业物联网关BL101通过4G无线网关采集逆变器数据，通过Modbus等协议转换后，再通过4G网络上传到华为云IoT、AWS、IoT、阿里云IoT、金鸽云等云平台同时也可以接入SCADA、OPC UA、MES等上位机数据处理系统。多个平台和上位机系统可以同时上传，同时在线。远程随时查看监测光伏逆变器运行状态，一旦光伏逆变器发生任何异常，都可以辅助钡铼AO输出设备进行远程控制，关机，从而打造智慧光伏监测物联网；同时用户可根据业务需求配置需要采集的数据点位以及数据采集的规则，具备良好的数据服务能力，根据要求完成转发配置，即可将采集的数据进行转发，同时支持向多个平台转发数据，具备数据共享的能力，且信息采集软件系统202通过搭载八核处理器可以同时处理八个任务，比如多媒体处理、虚拟化技术、图形处理等，它可以提供更高的性能，更快的处理速度，更低的功耗，更高的效率，更低的延迟，以及更好的计算能力，从而在信息采集硬件系统201与信息采集软件系统202上都加强了通信单元2的信息采集能力；接着，通过监测控制单元4中包含的监控系统401、监测控制硬件系统402、监测控制软件系统403配合可以使监测控制单元4对光伏设备总单元1进行监测控制，整个监控系统401是由光伏逆变器、Si4432无线数传模块、GPRS无线网络和上位机四部分构成的，光伏逆变器的参数由含有无线通信模块的光伏逆变器控制器通过无线网络传送给GPRS基站，GPRS基站将多个逆变器的参数收集后按照一定的协议通过GPRS网络传送给上位机GPRS模块，上位机GPRS模块再通过RS485将参数传送给上位机，进而进行无线网络的光伏逆变器监控系统，可对光伏电站实现远程监控，监测控制软件系统403包括上位机软件和单片机控制软件，单片机控制软件采用C语言，其软件子程序包括GPRS通信控制模块、Si4432无线模块数据接收发送程序、光伏逆变控制程序，AD采样程序，定畤器中断程序等，且上位机监控软件采用VB，监测控制软件系统403采用主从发送方式，主机发送命令至控制器，控制器接收到地址信息后判断是否是本机地址，如果是，则继续接收后面的数据，并根据功能码及相关要求返回相应的信息，如果不是，则不应答，用GPRS模块和Si4432无线数传模块实现了对光伏系统的远程监控，充分利用现有的、成熟无线通信网络，提高了系统的可靠性和开发成本；其中监测控制单元4通过搭载大地量子通过气象AI与装机容量等数据，计算每一块光伏板的理论发电量，与实际发电量进行对比，即可对光伏异常运行进行有效报警，且监测控制单元4与终端平台3数据相结合基于风机点位，开展小区域内的重大气象灾害监测与验证和地表沉降风险监测，并且通过大地量子通过对全国进行高精度的深度学习建模，结合场站自身的历史数据，帮助场站实现SOTA精度的功率预测，由此降低降低逆变器故障率，提前预知逆变器运行状态趋势走向，这就是该光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法的工作原理。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，包括：光伏设备总单元(1)、通信单元(2)、终端平台(3)和监测控制单元(4)，其特征在于，所述光伏设备总单元(1)与通信单元(2)相连，所述通信单元(2)与终端平台(3)相连，所述终端平台(3)与监测控制单元(4)相连；
所述方法如下：
步骤一：通过光伏设备总单元(1)包含的设备可以进行光伏发电作用，其中光伏逆变器是光伏发电和储能系统的核心部件，且光伏逆变器是光伏设备总单元(1)中重要的系统平衡(BOS)之一，可以配合一般交流供电的设备使用；
步骤二：基于4G无线网关通过通信单元(2)采集光伏逆变器数据，通过4G远程分发光伏电站的各项数据到中心平台，打造智慧光伏监测物联网；
步骤三：终端平台(3)与底端设备的通信协议配置完成后，根据各个需要传送数据的服务器的IP地址，继续配置IP相关参数，从而终端平台(3)可对光伏设备总单元(1)进行接获数据，对数据进行分析和展示；
步骤四：监测控制单元(4)基于Si4432无线数传芯片和GPRS无线网络可以对光伏设备总单元(1)中的光伏逆变器监测控制；
步骤五：监测光伏设备总单元(1)是否正常进行工作，将监测后的数据信息结果反馈给终端平台(3)。
2.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，其特征在于，所述光伏设备总单元(1)中的光伏逆变器可以将光伏(PV)太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电(AC)的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。
3.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，其特征在于，所述通信单元(2)还包括：信息采集硬件系统(201)和信息采集软件系统(202)，所述信息采集硬件系统(201)包括BMG500系列4G智能网关、485串口线、电源、4G SIM卡和服务器，且信息采集软件系统(202)包括业务数据平台、网关管理平台和WIN2012系统。
4.根据权利要求3所述的一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，其特征在于，所述信息采集硬件系统(201)中的BMG500系列4G智能网关涵盖的工业通信接口包括：3路LAN口、1路WLAN口、2路RS232和3路RS485，且BMG500系列4G智能网关支持2路ADC、2路DI、1路CAN口可选、2路继电器可选。
5.根据权利要求3所述的一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，其特征在于，所述信息采集软件系统(202)中的服务器可配备八核处理器，8G内存，带宽为5-10M独享，固定IP，且服务器的操作系统为WIN2012系统，并且服务器的系统环境为JAVA环境。
6.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，其特征在于，所述监测控制单元(4)还包括：监控系统(401)、监测控制硬件系统(402)和监测控制软件系统(403)，所述监控系统(401)由光伏逆变器、Si4432无线数传模块、GPRS无线网络和上位机四部分构成的，且监测控制硬件系统(402)包括上位机GPRS模块、基站GPRS无线通信模块和逆变器无线通信模块，并且监测控制软件系统(403)包括上位机软件和单片机控制软件，其中单片机控制软件采用C语言。
7.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，其特征在于，根据步骤一所述光伏设备总单元(1)采用JGSGH光伏逆变器，且JGSGH光伏逆变器最高转换效率可达98.8％，多路MPPT可实现多个不同朝向屋顶的电力同时输入。
8.根据权利要求3所述的一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，其特征在于，根据步骤二所述通信单元(2)通过MODBUS RTU协议进行数据通信，在网关也配置modbus协议的采集规则，且通信单元(2)通过485串口线连接4G网关的485口和光伏逆变器的485。
9.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，其特征在于，根据步骤三所述终端平台(3)采用工业物联网关BL101，且工业物联网关BL101内置华为云IOT、阿里云IOT、ThingsBoard、AWS、Ignition等驱动，并且可同时采集100台设备、4000个数据点。
10.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器信息采集、监测控制系统及方法，其特征在于，根据步骤四所述监测控制单元(4)还包括对大面积的光伏板发电异常进行监测、重大气象灾害监测和地表沉降风险监测以及功率预测。
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