CN202384835U - 分布式光伏并网发电逆变器的监控系统 - Google Patents

分布式光伏并网发电逆变器的监控系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型是有关于一种分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，包括：监控管理设备和多个数据采集终端；监控管理设备和多个数据采集终端均与互联网连接，且一个数据采集终端与至少一个光伏并网发电逆变器连接；数据采集终端包括：PLC模块和GPRS-GPS模块；PLC模块通过电力线与至少一个光伏并网发电逆变器连接，输出其从光伏并网发电逆变器处采集到的采集数据；GPRS-GPS模块向互联网发送基于GPS获得的地理位置信息以及PLC模块输出的采集数据。本实用新型提供的监控系统提高了光伏并网发电逆变器的可维护性，并简化了分布式光伏并网发电逆变器的监控系统的结构，提高了分布式光伏并网发电逆变器的监控系统的健壮性。

Description

分布式光伏并网发电逆变器的监控系统
技术领域
本实用新型涉及智能电网技术，特别是涉及一种分布式光伏并网发电逆变器的监控系统。
背景技术
在当今社会，能源问题越来越引起人们的重视。传统能源如石油和煤炭等的消耗速度的逐年递增使人们产生了能源危机感。新型可再生能源由于其具有可再生性以及环境污染小等优点而引起了人们的日益关注，而太阳能光伏发电是新型可再生能源中的一个重要组成部分。
目前，世界各国的太阳能光伏发电主要采用分布式光伏并网发电的形式，而光伏并网发电逆变器是分布式光伏并网发电系统中的重要元件。随着科学研究的不断深入，现有的光伏并网发电逆变器已经具有体积小、寿命长、可靠性高以及维护方便等优点，而这些优点进一步扩大了分布式光伏并网发电系统的应用规模。
分布式光伏并网发电系统应用规模的扩大使光伏并网发电逆变器的分散程度越来越高。为了对分布范围广泛的光伏并网发电逆变器进行统一管理，通常需要利用Internet网络。目前对光伏并网发电逆变器的管理方式通常为：将光伏并网发电逆变器与数据采集终端通过电力线连接，将数据采集终端与路由器连接，这样，数据采集终端通过电力线通讯采集到的光伏并网发电逆变器的工作参数会通过路由器以及Internet网络传输至监控管理设备，监控管理设备根据接收到的采集数据对各个光伏并网发电逆变器进行统一管理。
发明人在实现本实用新型过程中发现：上述管理方式主要存在四个问题，问题一、安装方式不够简洁，即每一个数据采集终端都需要与路由器连接，从而分布式光伏并网发电系统的规模会对布线的复杂程度产生直接的影响；问题二、很难实现准确的故障定位，即由于监控管理设备并不能够获知每一个光伏并网发电逆变器的地理位置信息，因此，监控管理设备通常只能根据光伏并网发电逆变器的编号进行故障排查，这对大规模的分布式光伏并网发电系统中的故障定位是非常不利的；问题三、会出现通信失效节点(光伏并网发电逆变器)，即由于环境或网络结构等的变化，长时间运行的电力线载波通讯环境会变差，从而导致各个节点与主机(数据采集终端)的有效通讯距离范围变短，甚至节点与主机的通讯距离超过有效范围，最终导致节点通信失效；问题四、通讯带宽利用率低，即路由器与Internet网络之间的带宽利用率低，通讯效率差，影响了监控系统的功耗。
有鉴于上述现有的光伏并网发电逆变器的管理技术存在的问题，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，能够改进现有的光伏并网发电逆变器的管理技术存在的问题，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
发明内容
本实用新型的目的在于，克服现有的伏并网发电逆变器的管理技术存在的问题，而提供一种新的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，所要解决的技术问题是，安装方便、能够进行准确的故障定位、避免出现通讯失效节点以及减小监控系统的功耗，并避免带宽消耗，非常适于实用。
本实用新型的目的以及解决其技术问题可以采用以下的技术方案来实现。
依据本实用新型提出的一种分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，包括：监控管理设备，与互联网连接；多个数据采集终端，一个数据采集终端与至少一个光伏并网发电逆变器连接，所述数据采集终端还与互联网连接；且所述数据采集终端包括：PLC模块，通过电力线与至少一个光伏并网发电逆变器连接，输出其从光伏并网发电逆变器处采集到的采集数据；GPRS-GPS模块，与所述PLC模块连接，向互联网发送基于GPS获得的地理位置信息以及所述PLC模块输出的采集数据。
本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
较佳的，前述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其中该监控管理设备包括：服务器、计算机和移动电话中的至少一个。
较佳的，前述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其中所述计算机包括：台式计算机、笔记本计算机和平板电脑中的至少一个。
较佳的，前述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其中所述数据采集终端还包括：显示模块，与所述PLC模块连接。
较佳的，前述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其中所述显示模块包括：液晶显示LCD模块。
较佳的，前述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其中所述系统还包括：多个光伏并网发电逆变器，通过电力线与所述数据采集终端连接。
较佳的，前述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其中与同一个数据采集终端连接的多个光伏并网发电逆变器以总线连接方式与所述同一个数据采集终端连接。
较佳的，前述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其中与同一个数据采集终端连接的多个光伏并网发电逆变器中的光伏并网发电逆变器接收数据采集终端广播发送来的一类指令，并发送包含有一类指令的二类指令，接收到所述二类指令的光伏并网发电逆变器发送包含二类指令的三类指令，依此类推，直到与同一个数据采集终端连接的所有光伏并网发电逆变器接收到一个指令。
借由上述技术方案，本实用新型的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统至少具有下列优点及有益效果：本实用新型通过在数据采集终端中设置PLC模块和GPRS-GPS模块，使数据采集终端可以将其通过电力线从光伏并网发电逆变器处采集到的采集数据直接向互联网发送，避免了数据采集终端与路由器之间的布线连接、路由器的带宽消耗以及路由器的功耗，同时，由于GPRS-GPS模块可以获取到数据采集终端的地理位置信息，并可以向互联网发送该地理位置信息，因此，监控管理设备可以获知数据采集终端的地理位置，方便了光伏并网发电逆变器的故障排查操作；本实用新型通过使接收到一类指令的光伏并网发电逆变器发送二类指令，直到使每个光伏并网发电逆变器均接收到一个指令，可以有效建立光伏并网发电逆变器与数据采集终端之间的有效传输路径，避免了节点通讯失效的现象；从而本实用新型的监控系统可以在低功耗的前提下，提高光伏并网发电逆变器的可维护性，并简化分布式光伏并网发电逆变器的监控系统的结构，提高分布式光伏并网发电逆变器的监控系统的健壮性。
综上所述，本实用新型在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统结构图；
图2为本实用新型的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统功能框图；
图3为本实用新型的光伏并网发电逆变器之间通讯的简化示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本实用新型提供的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统包括：监控管理设备以及多个数据采集终端，监控管理设备与互联网连接，各个数据采集终端也均与互联网连接，这样，每个数据采集终端均可以通过互联网与监控管理设备进行信息交互。监控管理设备和数据采集终端之间可以采用B/S(浏览器/服务器)方式。另外，该监控系统还可以可选的包括：被监控对象即多个光伏并网发电逆变器(也可以称为分布式光伏并网发电逆变器)，每个光伏并网发电逆变器均通过电力线与数据采集终端连接，且一个数据采集终端可以与一个或者多个光伏并网发电逆变器连接，通常情况下，一个数据采集终端与多个光伏并网发电逆变器连接，如附图1中，每个数据采集终端均与n个光伏并网发电逆变器连接。
本实用新型可以在监控系统中设置一个或者多个监控管理设备。监控管理设备主要用于接收各数据采集终端传输来的采集数据和地理位置信息，并对接收到的信息进行处理，如服务器根据其接收到的地理位置信息将分布在世界各地的数据采集终端绘制在地图上，每一个数据采集终端为一个节点，每个节点可以通过不同的颜色表示其工作状态正常或者工作状态异常，该显示内容可以称为一级显示内容；进一步的，在用户通过鼠标点击节点以查看该节点的详细信息时，服务器可以根据其存储的历史数据显示该节点的数据采集终端所连接的光伏电池板以及光伏并网逆变器的各项参数信息，该显示内容可以称为二级显示内容，二级显示内容可以以表或者波形图的形式呈现给用户。二级显示内容可以用于故障定位、故障分析以及发电系统性能分析等，发电系统性能分析可以作为发电系统技术改进的依据。
监控管理设备还用于向数据采集终端下发相应的命令。从而本实用新型的监控管理设备不但可以及时获知各光伏并网发电逆变器以及其它元件(如光伏电池板)的工作状态，还能够对光伏并网发电逆变器以及其它元件(如光伏电池板)的工作状态进行实时控制。
本实用新型的监控管理设备可以具体为：服务器、计算机或者移动电话等可以接入互联网且能够进行数据处理的电子设备。图1中的监控系统仅示出了一台服务器、一台PC机以及一部移动电话。在实际应用中，可以在监控系统中设置多台服务器、多台计算机或者多部移动电话作为监控管理设备。
服务器的功能结构可以如附图2所示，图2中的服务器包括：数据库、TCP/IP、Web Server、地图服务、光伏电池阵列显示服务以及数据分析服务。服务器端可以将数据采集终端传输来的数据存储在数据库中，以便于进行后续的数据查看分析等操作。
服务器和PC机之间可以采用C/S模式，且服务器和移动电话之间也可以采用C/S模式。PC机和智能手机均可以基于服务器中存储的数据进行查询操作。
移动电话(如智能手机)可以显示简化的监控界面，该监控界面可以仅包括必要的参数。另外，本实用新型的监控系统可以设置成短信息提醒模式，在这种模式下，当某个光伏并网发电逆变器或光伏电池板出现异常状况时，数据采集终端可以基于GPRS向预设的手机号码发送告警短信，以通知用户故障地点及故障类型等信息，使故障可以得到及时处理。上述预设的手机号码可以通过服务器对所有的数据采集终端进行设置。
数据采集终端主要用于从光伏并网发电逆变器处获取采集数据，基于GPS技术产生其所在地的地理位置信息，并通过互联网向监控管理设备发送采集数据和地理位置信息。数据采集终端还用于接收监控管理设备通过互联网发送来的命令，并向光伏并网发电逆变器发送相应的命令，以实现对光伏并网发电逆变器以及其它元件的控制管理。
数据采集终端从光伏并网发电逆变器处获取的采集数据可以称为工作参数，且该采集数据可以是光伏并网发电逆变器的工作参数，也可以是其它元件的工作参数。光伏并网发电逆变器的工作参数如光伏并网逆变器的工作温度和工作状态等，其它元件的工作参数如光伏电池板的输出电压、输出电流以及工作温度等。本实用新型不限制数据采集终端从光伏并网发电逆变器处获取的采集数据具体包括的内容。
本实用新型的数据采集终端(即图2中的数据采集器)具体包括：PLC模块(图2中的PLC通信)和GPRS-GPS模块(图2中的GPRS/GPS)。该数据采集终端还可以可选的包括：显示模块(图2中的LCD)。PCL模块与GPRS-GPS模块和显示模块分别连接，如附图2所示。下面对数据采集终端包含的模块逐一进行说明。
数据采集终端中的PLC模块除了与GPRS-GPS模块和显示模块连接之外，还通过电力线与至少一个光伏并网发电逆变器连接。PLC模块主要用于基于PLC协议与光伏并网发电逆变器进行信息交互，以便于数据采集终端从光伏并网发电逆变器处获取采集数据，或者数据采集终端向光伏并网发电逆变器发送相应的命令。也就是说，PLC模块是数据采集终端与光伏并网发电逆变器进行信息交互的重要元件。
GPRS-GPS模块与PLC模块连接，GPRS-GPS模块主要用于基于GPS技术对数据采集终端进行定位，并基于GPRS技术使数据采集终端与监控管理设备通过互联网进行信息交互，以便于数据采集终端将其采集到的采集数据和其定位获得的地理位置信息通过互联网传输给监控管理设备，并接收监控管理设备通过互联网传输来的相应命令。GPRS-GPS模块是数据采集终端与监控管理设备进行信息交互的重要元件。
在实际应用中，GPRS-GPS模块可以为GPRS元件和GPS元件集成设置在一起的形式，也可以为GPRS元件和GPS元件相互分离设置并连接的形式。本实用新型可以采用现有的多种型号的GPRS-GPS模块，且本实用新型不限制GPRS-GPS模块的具体实现方式。
显示模块与PLC模块连接，显示模块主要用于显示PLC模块采集到的采集数据，且显示模块可以仅显示PLC模块采集到的部分采集数据，如仅显示采集数据中的基本工作状态信息。显示模块可以具体为LCD(液晶显示)模块或者其它显示类型的元件。
光伏并网发电逆变器与数据采集终端连接。在一个数据采集终端与多个光伏并网发电逆变器连接的情况下，可以采用总线连接方式将多个光伏并网发电逆变器与一个数据采集终端连接。光伏并网发电逆变器主要用于向数据采集终端发送采集数据，并执行数据采集终端发送来的命令。如附图2所示，本实用新型的光伏并网发电逆变器(即图2中的分布式并网逆变器)同样包括PLC模块，以便和数据采集终端通过电力线进行信息交互。
本实用新型可以利用指令发送来建立光伏并网发电逆变器与数据采集终端之间的有效传输路径，之后，数据采集终端和光伏发电逆变器之间可以基于该有效传输路径进行信息交互。
具体的，本实用新型的数据采集终端和光伏并网发电逆变器之间的信息传输存在两种状态：
状态1：主机(即数据采集终端)向所有节点(即光伏并网发电逆变器)广播发送I类指令，各节点接收到I类指令后，将本节点的地址以及I类指令编成II类指令发往其它节点，其它节点如果已经接收到主机发来的I类指令则不接收II类指令，没有接收到主机发送来的I类指令的节点则接收II类指令，并从II类指令所携带的地址信息获得其到主机的通讯路径。接收到II类指令的节点将本节点地址以及II类指令编成III类指令，并发往其它节点，其它节点如果已经接收到主机发送来的I指令和II类指令，则不接收III类指令，而未接收到I类指令和II类指令的节点接收III类指令，并从III类指令所携带地址获得其到主机的通讯路径......，以此类推，直至所有节点均获得本节点到主机的通讯路径。通过以上过程，每个节点都会获得其与主机相互通信的准静态路径，该准静态路径在主机检测到存在丢失的通讯节点后可以重新建立。
状态2：根据状态1获得的与主机之间相互通信的准静态路径，各节点在进行正常的数据传输时，通过其准静态路径将本节点的采集数据(如工作状态信息以及工作参数信息等)向主机发送，且通过其准静态路径接收主机发来的命令。当主机监测到存在丢失的通信节点，则进入状态1。
下面结合附图3对上述两个状态进行详细说明。
图3中，A为主机(数据采集终端)，B、C、D、F、...和G为节点(光伏并网发电逆变器)。主机A和各个节点均连接在同一对电力线上。
具体的，A、B和C在范围I内，B、C、D和E在范围II内，D、E和F在范围III内。主机A向所有节点发送I类指令，由于某些原因，只有范围I内的节点B和C接收到I类指令，节点B、C可以确定其与主机的通信路径分别为：B-A，C-A。节点B和C分别将本节点地址和接收到的I类指令编成II类指令，然后向其它节点发送。同样的，只有范围II内的节点D和E能接收到节点B或C发送的II类指令，且节点D、E仅接收到节点B和C中的一个节点发来的II类指令，在本实施例中，节点D和E先接收到节点C发来的II类指令，则不再接收节点B发来的II类指令，根据II类指令，节点D和E分别确定其与主机的通信路径为：D-C-A，E-C-A。节点D和E接收到节点C发来的II类指令后，分别将本节点地址与接收到的II类指令编成III类指令，然后向其它节点发送，只有范围III内的节点F能接收到III类指令，在本实施例中，节点F接收到了节点E发来的III类指令，则不再接收节点D发来的III类指令。同样的，节点F可以根据III类指令确定其与主机的通信路径：F-E-C-A。按照上述过程，系统中的所有节点都能确定出其与主机之间的通信路径。
在另一个实施例中，主机A向所有节点发送I类指令，范围I内的节点B和C接收到I类指令，节点B和C可以确定其与主机的通信路径分别为：B-A，C-A。节点B和C节点分别将本节点地址与接收到的I类指令编成II类指令，然后向其它节点发送，在本实施例中，节点D和E先接收到节点B发来的II类指令，则不再接收节点C发来的II类指令，根据II类指令，节点D、E分别确定出其与主机的通信路径为：D-B-A，E-B-A。节点D和E接收到节点B发来的II类指令后，分别将本节点地址与接收到的II类指令编成III类指令，然后向其它节点发送，在本实施例中，范围III内的节点F接收到了节点D发来的III类指令，则节点F不再接收节点E发来的III类指令。同样的，节点F可以根据III类指令确定出其与主机A的通信路径为：F-D-B-A。按照上述过程，系统中的所有节点都能确定出其与主机之间的通信路径。
在成功生成了准静态通讯路径之后，节点B至节点F通过其确定出的通讯路径与主机A进行信息交互。当主机A监测到有丢失的通信节点出现时，启动准静态路径生成过程。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其特征在于，包括：
监控管理设备，与互联网连接；
多个数据采集终端，一个数据采集终端与至少一个光伏并网发电逆变器连接，所述数据采集终端还与互联网连接；且所述数据采集终端包括：
PLC模块，通过电力线与至少一个光伏并网发电逆变器连接，输出其从光伏并网发电逆变器处采集到的采集数据；
GPRS-GPS模块，与所述PLC模块连接，向互联网发送基于GPS获得的地理位置信息以及所述PLC模块输出的采集数据。
2.如权利要求1所述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其特征在于，该监控管理设备包括：服务器、计算机和移动电话中的至少一个。
3.如权利要求2所述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其特征在于，所述计算机包括：台式计算机、笔记本计算机和平板电脑中的至少一个。
4.如权利要求1所述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其特征在于，所述数据采集终端还包括：显示模块，与所述PLC模块连接。
5.如权利要求4所述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其特征在于，所述显示模块包括：液晶显示LCD模块。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其特征在于，所述系统还包括：
多个光伏并网发电逆变器，通过电力线与所述数据采集终端连接。
7.如权利要求6所述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其特征在于，与同一个数据采集终端连接的多个光伏并网发电逆变器以总线连接方式与所述同一个数据采集终端连接。
8.如权利要求7所述的分布式光伏并网发电逆变器的监控系统，其特征在于：
与同一个数据采集终端连接的多个光伏并网发电逆变器中的光伏并网发电逆变器接收数据采集终端广播发送来的一类指令，并发送包含有一类指令的二类指令，接收到所述二类指令的光伏并网发电逆变器发送包含二类指令的三类指令，依此类推，直到与同一个数据采集终端连接的所有光伏并网发电逆变器接收到一个指令。 
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