CN203761331U - 标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置，所述装置采用毫欧电阻分流器和双通道模数转换器ADC的一个采样通道采样组串电流，采用电压采样电阻和所述双通道模数转换器ADC的另一个采样通道采样组串电压，采用双通道模数转换器ADC自带的温度传感器测量熔断器的工作温度，并采用自激隔离电源供电。本实用新型实施例装置克服了现有技术存在多种缺陷，可对光伏电池组串的电压、电流、熔断器状态、温度等多种参数进行监测，具有采集精度高，电流测量零点无偏移，温度漂移小，高精度电压测量，空间占用小，安装简单等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路以及光伏电池组串监测技术领域，具体涉及一种标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置。
背景技术
目前市场上光伏汇流箱测控模块通常采用霍尔电流互感器（CT）对光伏电池组串的电流进行测量，并且，为了降低成本，采用单一的cpu系统，将前向通道电流互感器输出通过电子开关切换采样，由于CT厂家为了增加价格竞争优势和获取更多的利润，往往通过降低元器件的品质来降低成本，使得同一测控模块上的CT一致性差，温度漂移大，零点偏移严重。部分CT在使用一段时间后出现测量不准确，使测控模块频繁误报“支路不平衡”警报；而且由于采样电路使用统一的参考点，使得对组串电压的采样难于实现，需要增加若干个隔离采样电路或者使用专用的电压采集单元方可实现对组串电压的采样；所以在需要对熔断器状态监测、组串电压采集、或组串功率计算的工程应用，必须增加额外的软硬件开发成本。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置，以解决现有光伏汇流箱测控模块存在的上述多种缺陷。
本实用新型实施例提供的一种标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置，所述装置采用毫欧电阻分流器和双通道模数转换器ADC的一个采样通道采样组串电流，采用电压采样电阻和所述双通道模数转换器ADC的另一个采样通道采样组串电压，采用双通道模数转换器ADC自带的温度传感器测量熔断器的工作温度，并采用自激隔离电源供电。
由上可见，本实用新型实施例技术方案中，采用毫欧电阻分流器取代传统霍尔电流传感器对组串电流进行采样，可以有效克服传统CT出现的一致性不好、零点严重漂移、温度漂移大、线性度不好等缺点；采用独立的自激隔离电源供电，可以很容易实现对组串电压的采样；利用ADC自带的温度传感器可以间接测量熔断器的工作温度；并且，采用标准卡轨安装模式，缩小了测控模块对汇流箱内部空间的站用，减少了传统产品由于型号的多样性导致的生产管理成本的增加；可见，本实用新型实施例装置克服了现有技术存在上述多种缺陷，可对光伏电池组串的电压、电流、熔断器状态、温度等多种参数进行监测，具有采集精度高，电流测量零点无偏移，温度漂移小，高精度电压测量，空间占用小，安装简单等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本实用新型实施例提供的标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置的电路原理图；
图2是本实用新型实施例提供的标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置的的外观和接口示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供一种标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置，以解决现有光伏汇流箱测控模块存在的上述多种缺陷。为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供一种标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置，所述装置采用毫欧电阻分流器和双通道模数转换器ADC的一个采样通道采样组串电流，采用电压采样电阻和所述双通道模数转换器ADC的另一个采样通道采样组串电压，采用双通道模数转换器ADC自带的温度传感器测量熔断器的工作温度，并采用自激隔离电源供电。
具体的，如图1所示，所述装置包括监测电路和熔断器2以及功率回路接线端子等，且如图2所示，整合在一个标准卡轨外壳内。
请参考图1，所述监测电路包括所述双通道模数转换器（ADC）6，所述毫欧电阻分流器3，所述电压采样电阻5，所述自激隔离电源11，以及，低压差稳压器（LDO）8，单片机10，基准电源9，和隔离通讯电路12。另外，图中的标号1表示光伏电池组串。
可选的，所述毫欧电阻分流器采用1mΩ、3W贴片毫欧电阻；所述自激隔离电源采用分离元件设计的低成本、低功耗、高隔离性能的自激开关隔离电源，用于提供1W、5伏直流输出，且具有2500V耐压等级；所述双通道模数转换器ADC采用双通道差分输入模数转换器，例如24bits∑-Δ模数转换器，并通过I2C总线与单片机接口连接。所述隔离通讯电路由普通光耦将本地的收发线进行隔离。所述单片机可采用低成本工业级单片机，例如采用nuvoton公司的MINI54系列单片机。
可选的，如图2所示，所述装置之间采用排针和排母将相邻的装置电气连接至总监控系统，无需软线连接，即可组成一套功能齐全的汇流箱测控系统。
具体应用中，所述监测电路通过采用所述ADC6的一个采样通道测量所述毫欧电阻分流器3两端的电压，计算得到组串电流（即，光伏电池组串的电流）；通过采用ADC6的另一个采样通道测量所述电压采样电阻5两端的电压，计算得到组串电压（即，光伏电池组串的电压）。其中，通过电阻4和电阻5将高压（最高1000伏）分压至ADC的允许输入范围。
基准电源9是使用自激振荡原理设计的，通过利用变压器原边两个三极管的不完全对称特点，使变压器原边两个绕组产生固定频率的交变电流，变压器输出经过二极管整流滤波再使用LDO输出一个稳定的5伏电压VCC。可见，所述基准电源9可以是LDO8的输出经过精密电阻分压后得到的一个低内阻的2.5伏电压源，用于对所述双通道模数转换器（ADC）的采样通道的共模电压进行抑制，使所述共模电压不超过系统的工作电压（VDD），例如5V。
其中，所述双通道模数转换器（ADC）的电流采样通道的共模电压抑制是通过所述基准电源接在分流器正端以及所述电流采样通道的正输入端，使得正常工作时电流采样通道的共模电压不会超过2.5±10mV；
所述双通道模数转换器（ADC）的电压采样通道的共模抑制是通过一个10.1MΩ、2W的功率电阻串接一个100Ω精密电阻，并将两者跨接在组串电池的负端和熔断器与毫欧电阻分流器之间，由基准电压源确保正常工作时所述电压采样通道的共模电压不会超过2.5±10mV。
可选的，通过将一个10.1MΩ、2W的功率电阻跨接在组串电池的负端与低压差稳压器LDO的输入端，提供掉电时对共模电压的抑制功能。
下面，对所述ADC的采样通道的共模抑制方案详细解释如下：
正常工作时采样电路的电源VCC（5伏）正常，由于基准电源9的存在，对于电流采样通道（ADC的差分输入通道一）的共模电压被限制在2.5V±10mV范围内。同理电压采样通道（ADC的差分输入通道二）的共模电压也被限制在2.5V±10mV范围内。因此，低压侧单片机采样电路系统是安全的。
当装置掉电时，使用一个10.1MΩ、2W的功率电阻7（即电阻R3）连接于电池组串的负端和LDO的输入端。电池组串电压通过熔断器2，基准电压源9、系统地、变压器副边线圈、二极管以及电阻R3形成回路，因为基准电压源9是个电阻分压网络，阻值远远小于电阻R3，所以当装置掉电时系统采样通道或供电电源线路的共模电压不会超过VCC（5V），因此，当装置掉电时，电路系统也是安全可靠的。
本实用新型实施例中，所述组串电流采样是利用ADC的差分输入通道一实现的，毫欧电阻分流器采用1mΩ、3W毫欧电阻，具有良好的温度特性：5倍过载时的电阻变化不超过0.2%；所述ADC的差分输入范围是±0.5（VREF/128）V；设主回路最大电流Imax=10A，分流器上最大电压为Ushunt=Imax*Rshunt=10*0.001=10mV；ADC的基准电源使用2.5V，则ADC的差分输入范围是±10mV。ADC的有效分辨率为17位，则对电流的采集考虑到综合误差，将可获得优于0.1%采样精度。
本实用新型实施例中，所述组串电压采样是利用ADC的差分输入通道二实现的，其前向通道有一个10.1MΩ、2W的功率电阻4（即电阻R2）和一个100Ω精密电阻5（即电阻R1）分压，考虑光伏电池组串的最大端电压为Umax=1000V时，电阻R2两端的电压为UR1=（Umax*R1）/（R1+R2）=10mV，满足ADC差分输入通道的输入电压限制条件。
本实用新型实施例中，主监控通过分析监测装置的电压值、电流值，可以判断熔断器的状态。如有逆止二极管的应用中，当电流电压为零时，熔断器为开路；在无逆止二极管的应用中，当电流为零、电压为汇总电压时，熔断器为开路。
综上，本实用新型实施例提供了一种标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置，采用毫欧电阻分流器取代传统霍尔电流传感器对组串电流进行采样，可以有效克服传统CT出现的一致性不好、零点严重漂移、温度漂移大、线性度不好等缺点；采用独立的自激隔离电源供电，可以很容易实现对组串电压的采样；利用ADC自带的温度传感器可以间接测量熔断器的工作温度；并且，采用标准卡轨安装模式，缩小了测控模块对汇流箱内部空间的站用，减少了传统产品由于型号的多样性导致的生产管理成本的增加；可见，本实用新型实施例装置克服了现有技术存在上述多种缺陷，可对光伏电池组串的电压、电流、熔断器状态、温度等多种参数进行监测，具有采集精度高，电流测量零点无偏移，温度漂移小，高精度电压测量，空间占用小，安装简单等优点。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上对本实用新型实施例所提供的一种标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，不应理解为对本实用新型的限制。本技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种标准卡轨式智能光伏电池组串监测装置，其特征在于：
所述装置采用毫欧电阻分流器和双通道模数转换器ADC的一个采样通道采样组串电流，采用电压采样电阻和所述双通道模数转换器ADC的另一个采样通道采样组串电压，采用双通道模数转换器ADC自带的温度传感器测量熔断器的工作温度，并采用自激隔离电源供电。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：
所述装置包括有监测电路，所述监测电路包括所述双通道模数转换器ADC，所述毫欧电阻分流器，所述电压采样电阻，所述自激隔离电源，以及，低压差稳压器LDO，单片机，基准电源，和隔离通讯电路；
所述监测电路通过采用所述双通道模数转换器ADC的一个采样通道测量所述毫欧电阻分流器两端的电压，计算得到组串电流；通过采用所述双通道模数转换器ADC的另一个采样通道测量所述电压采样电阻两端的电压，计算得到组串电压。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于：
所述监测单元电路和熔断器以及功率回路接线端子整合在一个标准卡轨外壳内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述装置，其特征在于：
所述毫欧电阻分流器采用1mΩ、3W贴片毫欧电阻；所述自激隔离电源提供1W、5伏直流输出，且具有2500V耐压等级；所述双通道模数转换器ADC采用双通道差分输入模数转换器，通过I2C总线与单片机接口连接。
5.根据权利要求2至3中任一项所述装置，其特征在于：
所述基准电源是低压差稳压器LDO的输出经过精密电阻分压后得到的一个低内阻的2.5伏电压源，用于对所述双通道模数转换器ADC的采样通道的共模电压进行抑制，使所述共模电压不超过系统的工作电压VDD。
6.根据权利要求5所述装置，其特征在于：
所述双通道模数转换器ADC的电流采样通道的共模电压抑制是通过所述基准电源接在分流器正端以及所述电流采样通道的正输入端，使得正常工作时电流采样通道的共模电压不会超过2.5±10mV；
所述双通道模数转换器ADC的电压采样通道的共模抑制是通过一个10.1MΩ、2W的功率电阻串接一个100Ω精密电阻，并将两者跨接在组串电池的负端和熔断器与毫欧电阻分流器之间，由基准电压源确保正常工作时所述电压采样通道的共模电压不会超过2.5±10mV。
7.根据权利要求1至3中任一项所述装置，其特征在于：
通过将一个10.1MΩ、2W的功率电阻跨接在组串电池的负端与低压差稳压器LDO的输入端，提供掉电时对共模电压的抑制功能。
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