CN202171616U - 光伏阵列汇流测控装置 - Google Patents

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夏向阳
孟庆辉
唐卫波
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Abstract

本实用新型公开了一种光伏阵列汇流测控装置，包括电流检测模块、检测显示模块、通讯模块、声光报警模块及其电源模块，整个装置由微处理器协调控制实现。所述的微处理器为单片机(MCU)。本实用新型能实时准确测量太阳能光伏电池串列的各路电流，监控光伏电池串列的运行状态，通过与上位机通信将测量数据实时显示并保存，同时具备故障报警功能，能够方便的用于太阳能光伏并网发电系统工程应用。

Description

光伏阵列汇流测控装置
技术领域
本实用新型涉及一种光伏阵列汇流测控装置。 
背景技术
经济的发展，能源的紧缺，以及环境的污染使得人们越来越重视新能源的开发与应用，太阳能光伏并网发电已成为新能源开发利用领域的一个重要方向。随着太阳能发电在能源中的比例的提升，必将出现越来越多的太阳能电站。由于单体光伏电池的输出电压、电流和功率都很小，一般只有0.5V左右，因而不能满足作为电源应用的要求。为了提高输出功率，需要将多个单体电池合理的串、并联后封装成组件，再将多个组件组成方阵，以提供数值更大的电流、电压的输出。为了节约电缆，简化系统结构，提高可靠性和可维护性等原因，实际安装工程中需要把多路阵列汇成一路再输入到逆变器。由于光伏阵列区域特性受众多因素影响，光伏组件以及阵列的标定参数往往与实际情况有很大的出入，因此单靠厂家提供的太阳电池特性参数不能准确反映光伏阵列的实际工作情况，在实现应用中，光伏阵列的电流受温度、日照强度等环境因素影响较大，因此有必要对光伏阵列输出电流进行精确地测量与监控，为光伏阵列性能评估、检修及太阳能电站的运行提供重要的依据。同时对提高光伏发电效率，降低成本具有重要的意义。目前常见的汇流测控装置一般较为简单，存在检测精度不够高等问题，同时在光伏串列故障时缺乏报警功能，给光伏阵列的维护与检修带来了不便，而且维护成本较大。所以发明一种光伏阵列汇流测控装置对于太阳能光伏并网发电的应用具有重要的现实意义。 
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种光伏阵列汇流测控装置，能实时监测光伏阵列的运行状态并显示各光伏串列实际电流值，同时能准确快速的判断出光伏阵列是否故障，实现现场维护和远程监控。 
本实用新型所述的一种光伏阵列汇流测控装置主要包括电流检测模块、检测显示模块、通讯模块、声光报警模块及其电源模块，整个装置由微处理器协调控制实现。所述的微处理器为单片机(MCU)。其特征在于电流检测模块、检测显示模块和声光报警模块均与微处理器I/O口相连接，通讯模块与微处理器串口相连接，而电源模块则与微处理器电源端连接。 
本实用新型的技术内容为：光伏阵列汇流测控装置，其特征在于所述的微处理器为单片机(MCU)。具体型号为STC89C58RD+。 
本实用新型的进一步技术内容为：光伏阵列汇流测控装置，其特征在于电流检测模块每一路均包括一个电流传感器，能同时实现24路光伏电池串列的测量。 
附图说明
图1为本实用新型的系统硬件电路结构框图。 
图2为本实用新型的电流检测电路原理图。 
图3为本实用新型的系统程序流程图。 
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施过程对本实用新型作进一步详细说明： 
实施例： 
参见图1，一种光伏阵列汇流测控装置，主要包括电流检测模块、检测显示模块、通讯模块、声光报警模块及其电源模块，整个装置由微处理器协调控制实现。所述的微处理器为单片机(MCU)。MCU具体型号为STC89C58RD+。 
参见图2，光伏电池串列电流检测的具体过程为：首先光伏电池串列经测量孔通过霍尔传感器，然后经运算放大器将信号放大为符合要求的值后与CD4052BCM相连，再经经过A/D转换器与单片机P0口相连，最后由单片机来处理并保存数据。该设计电路体积小、功耗低、数据采集速度快、精度高，抗干扰能力强。因此，该电路能很好的完成电流检测的目的。 
根据上述原理，设计了一种光伏阵列汇流测控装置，本装置的核心是单片机(MCU)，如图1所示，光伏阵列汇流测控装置包括电流检测模块、检测显示模块、通讯模块、声光报警模块及其电源模块。以MCU芯片为控制电路的核心，通过控制接口电路时序，对采样数据进行处理并与主机通信，将结果送于PC机处理。控制电路主要包括单片机STC89C58RD+、12位串行A/D转换器TLC2543以及双路四选一选择开关CD4052BCM；电流检测电路包括霍尔传感器TBC25D、运算放大器TL084D及其电阻、电容等元器件等组成，系统包括串行通信接口一个，通讯方式为RS485，还包括液晶显示器(LCD)。 
上述芯片的连接描述如下： 
电流检测电路：光伏电池串列电流通过霍尔传感器TBC25D采样后经TL084D将信号放大后与CD4052BCM相连。 
主控制电路：以单片机(MCU)为核心，通过将传感器采集的电流数据经A/D转换器TLC2543与单片机STC89C58RD+的P0口相连。 
通讯电路：通信接口设计中把PC机作为上位机，单片机作为下位机，单片机通过芯片MAX485CPA把采集的数据传给PC机，以便进行处理。 
声光报警电路：报警装置采用报警灯与蜂鸣器实现。 
键盘电路：带有4只按键的外扩键盘与MCU的I/O口相连。 
显示电路：液晶显示器与单片机的显示驱动口连接。 
软件的核心是通过对光伏电池串列电流信号的采集和处理，并通过LCD模块显示，整个系统的软件要求实现的功能包括： 
i初始化，读取A/D转换的数据。 
ii根据A/D转换的数据，通过单片机处理并与上位机通信，实现远程监控。 
iii液晶显示器显示参数，方便现场维护。 
为了实现这些功能，将软件分为三大功能模块：采样模块、数据处理模块、通讯及显示模块。其中，采样模块是完成对各光伏电池串列电流的采集。数据处理模块完成读数据的操作并将所得到的数据送入RAM进行一系列的处理。通讯及显示模块主要实现与上位机通信并实时显示各路光伏电池串列实际电流值。 
本装置的工作程序用C语言编写。程序结构框图见图3。 
本实用新型的工作过程： 
光伏电池串列输出的直流通过测量孔接入以霍尔传感器为主的电流检测模块，将所采集的数据经A/D转换器并送入单片机处理，通过LCD实时显示所测的各路光伏串列电流值，进而方便现场维护；同时单片机通过MAX485CPA将采集的数据传给PC机，通过上位机界面实时显示各路光伏电池串列的电流值，从而实现远程监控。当光伏串列故障时，则通过声光报警电路报警，于是工作人员则可通过测控装置的地址定位，准确快速的判断出故障的光伏阵列。整个系统的控制由MCU芯片协调完成。 
实例：为了验证这种光伏阵列汇流测控装置的可行性，通过现场长期运行试验，其测量结果精度达到0.5％，当某路光伏串列电流值超过阀值时便触发电路报警，工作人员则可以通过测控装置的地址定位，准确快速的判断出故障的光伏电池阵列，及时对其进行检修或更换，基本达到工程实际运行的要求。 
本实用新型的特定方案已经对本实用新型进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种光伏阵列汇流测控装置，包括电流检测模块、检测显示模块、通讯模块、声光报警模块及其电源模块，其特征在于电流检测模块、检测显示模块和声光报警模块均与微处理器I/O口相连接，通讯模块与微处理器串口相连接，而电源模块则与微处理器电源端连接。
2.根据权利要求1所述的光伏阵列汇流测控装置，其特征在于所述的微处理器为单片机，具体型号为STC89C58RD+。
3.根据权利要求1所述的光伏阵列汇流测控装置，其特征在于电流检测模块每一路均包括一个电流传感器，能同时实现24路光伏电池串列的测量。 
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