CN204287910U - 用于光伏电站的智能监控装置 - Google Patents

Abstract

一种用于光伏电站的智能监控装置，包括主CPU模块和箱变监控CPU模块，主CPU模块扩展出了多个串口、以太网口及光纤以太网口，用于对光伏电站的光伏发电单元的其它设备进行通讯，并通过光纤以太网接口在多个装置之间直接构成光纤自愈环网与后台监控系统通讯。与箱变监控CPU模块相连的有电流电压输入模块、传感器输入模块、开关量输入模块、继电器输出模块，实现对每个光伏发电单元的箱式变电站进行监控和保护。两个CPU模块之间采用双端口存储器交换数据。由于本装置集多种功能为一体，从而用单一的设备替代了目前光伏电站每个发电单元监控所需的箱变测控装置、通讯管理机及光纤网络设备等多个设备，降低了光伏电站的造价，减少了通讯环节，提高了通讯可靠性，适合大面积推广。

Description

用于光伏电站的智能监控装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力监控装置，尤其涉及一种集系统集成、箱式变电站监控、光纤组网通讯为一体的电力监控装置，用于在光伏电站中为每个光伏发电单元提供智能监控终端。

背景技术

现有的光伏电站中，一般将太阳能电池板陈列划分为若干单元，每个单元均有汇流箱、逆变器和箱式变电站对电池板进行汇流、逆变和升压，为了能对每个单元的汇流箱、逆变器、及箱式变电站等电气设备进行远方集中监控，所采用的设备均为智能式设备，具有通讯功能，在每个单元的逆变器室设有一台通讯管理机负责对本单元的设备进行通讯集成，最后通过网络设备和通讯网传输至监控中心。现有的监控模式中，不仅需要的设备多，而且还需要专门的光纤网络设备进行组网，即增加了投资成本又增加了工程的施工调试工作量。

另外，用于升压的箱式变电站中的设备较为复杂，为了能够实现对箱式变电站的监控，在箱式变电站中均安装有专门用于箱式变电站的智能监控装置，采集箱变中的电流、电压、温度、开关位置等信号，并可对箱变进行保护和远方控制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种集多种功能为一体的监控保护装置，即具有对箱式变电站的监控功能，又具有通讯管理机的功能，可以对其它的具有通讯功能的智能设备进行通讯集成，同时还具有组网功能，不需要借助其它的网络设备，多个装置之间就可以直接组成光纤自愈环网与监控中心进行通讯。

为实现上述功能，本实用新型采用了双CPU技术，由一个主CPU通过总线扩展出12路串口及3路以太网口和两路光纤以太网口，用以实现与其它智能设备的通讯及通讯协议的转换和装置之间的组网与监控中心通讯。另一个CPU(箱变监控CPU)负责对箱式变电站进行的各种模拟量、开关量进行采样、计算及提供控制和保护功能，对箱式变电站采用单独的CPU进行监控而不采用主CPU的主要原因是为满足对箱式变电站的监控及保护实时性要求。两个CPU之间通过一块双端口存储器(双端口RAM)进行数据交换。

本实用新型还包括了12路电流、电压采集模块，22路开关量采集模块，3路传感器采集模块，6路继电器输出模块，与箱变监控CPU相连，用于对箱式变电站的监控。

本实用新型还包括了显示模块，与主CPU模块连接，用于显示CPU模块处理结果。存储模块，与CPU模块连接，包括铁电存储器(FRAM)，时钟电路和外部开门狗电路。FRAM用于保存定值，记录事件信息。外部看门狗提供了可靠的程序运行，防止程序跑飞。

本实用新型技术方案实现的有益效果：

降低光伏电站的设备成本，采用本实用新型技术方案由于减少了设备，平均每个光伏发电单元比现有方案节约设备资金5000-10000元。以100MW的光伏发电项目为例，一般划分为约200个左右的光伏发电单元，约节约资金100-200万元。

减少施工光伏电站的施工及调试工作量，本实用新型技术方案减少了设备种类，因而相应地减少了施工工作量和调试的工作量。

附图说明

图1为本实用新型用于光伏电站的智能监控装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本实用新型的技术方案。本实用新型实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

图1为本实用新型具体实施例的结构示意图，如图1所示的光伏电站监控装置，包括主CPU模块1、显示模块2、键盘输入模块3、主CPU总线4、多串口扩展模块5、以太网接口模块6、光纤以太网接口模块7、双端口存储器8、箱变监控CPU模块9，电流电压输入模块10、传感器输入模块11、开关量输入模块12、继电器输出模块13。其中显示模块2和键盘输入模块3通过主CPU模块1的I/O接口直接与主CPU模块1相连，作为装置的人机界面，用于显示装置的运行状态及对装置进行各种设置等。多串口扩展模块5、以太网接口模块6、光纤以太网接口模块7通过主CPU总线4与主CPU模块1相连。箱变监控CPU模块9通过与主CPU模块1之间的数据交换是通过一个双端口存储器8相连，各自通过总线对双端口存储器进行读、写操作。电流电压输入模块10、传感器输入模块11、开关量输入模块12、继电器输出模块13分别与箱变监控CPU模块9相连，用于对箱式变电站进行监控和保护。

本实施例中，主CPU模块1采用Freescale公司I.MX6系列处理器内核处理器，主频可达1.2GHz，存储器采用2GB SDRAM，4GB iNAND Flash。软件采用嵌入式Linux操作系统和C语言编程。通过编程实现与箱变监控CPU模块的数据交换及与其它设备的通讯和协议转换，再通过光纤以太网接口组成的光纤环网与后台监控系统通讯。为了实现光纤自愈环网，软件还要对两对光纤以太网接口所收到的数据包进行路由处理。

显示模块2，与主CPU模块1连接，用主模块的I/O接口驱动，用于显示装置信息。本实施例中，显示模块2采用6个发光二极管，及320X240的点阵液晶，使用户在操作上更加方便和简单。

按键输入模块3，利用主CPU模块1中的8路I/O，构成4X4点阵键盘输入，满足装置的操作需求。

主CPU总线4，包括了从主CPU模块1引出的数据线、地址线及控制线，本实用新型具体实施例机箱结构采用背板式结构，主CPU总线4设计在背板之上，其它模块均以插件形式与背板相连，这种结构方便维护和扩展。

多串口扩展模块5，选用3块TG16C554串口扩展芯片，每个芯片可通过总线扩展出4路串口，总共可以扩展至12路串口。

以太网接口模块6，选用3块DM9000AB以太网控制器，该控制器集成了物理层及MAC层协议，可以直接通过总线与主CPU模块1相连。

光纤以太网接口模块7，采用两块AFBR-5103Z单模光电转换口，再分别与两块DM9000AB以太网控制器相连，以太网控制器通过总线连接到主CPU模块1。

双端口存储器8，采用美国TI生产的IDT7132双端口RAM，具有2KX8BIT存储容量，完全可以满足主CPU模块1与箱变监控CPU模块9之间的数据交换要求。

箱变监控CPU模块9，CPU采用数字信号处理芯片(DSP)，整个模块自成系统，通过软件实现对电流电压输入模块10和传感器输入模块11所输入的模拟量进行AD转换，并结合开关量输入模块12所输入的信号进行综合处理、运算，得到各种电气量及各种保护逻辑判断，并通过继电器输出模块13控制外部设备和对外部设备进行保护。

电流电压采集模块10，包括了6路电流互感器和6路电压互感器，可以分别对两条三相电力线路进行采样，并进行低通滤波及运放电路放大和信号转换，成为符合DSP的AD要求的信号。

传感器输入模块11，选用3路线性光耦对采样源进行隔离采样，经运放回路变换将传感器的4-20mA的电流转换为符合DSP的AD要求的信号送入箱变监控CPU模块9。

开关量输入模块12，选用3片74LS245作为驱动芯片，通过箱变监控CPU模块9的DSP总线进行I/O扩展，最多可扩展至24路开关量输入，各个开关量采用光电隔离电路输入，可以减少电磁干扰及对内部电路形成保护。

继电器输出模块13，通过箱变监控CPU模块9的DSP的6路I/O接口控制6路继电器。本实施例中，采用继电器(松下NAIS系列继电器)输出，继电器采用光电隔离电路控制，通过控制继电器的动作可以对电路进行分闸、合闸以或发出报警信号。

箱变监控部分的箱变监控CPU模块9，电流电压输入模块10、传感器输入模块11、开关量输入模块12、继电器输出模块13基本原理和实现与我公司的专利产品微机保护测控装置JWB200(专利号ZL201120018632.2)基本相同，本实用新型实施例完全可以采用该产品的主要电路及程序来实现。

Claims (5)

1.一种用于光伏电站的智能监控装置，其特征在于包括：

具有两个独立运行的CPU模块，一个主CPU用于实现通讯功能，并可组网与后台监控系统通讯；一个箱变监控CPU模块用于对光伏电站的箱式变电站进行实时监控和保护。

2.根据权利要求1所述的用于光伏电站的智能监控装置，其特征还包括两个CPU模块之间的数据交换采用双端口存储器实现。

3.根据权利要求1所述的用于光伏电站的智能监控装置，其特征还包括主CPU模块连接的有显示模块和按键输入模块以及通过主CPU模块总线扩展的多串口模块、以太网接口模块和光纤以太网接口模块。

4.根据权利要求1所述的用于光伏电站的智能监控装置，其特征还包括与箱变监控CPU模块相连的有电流电压输入模块、传感器输入模块、开关量输入模块、继电器输出模块。

5.根据权利要求3所述的用于光伏电站的智能监控装置，其特征所述的光纤以太网接口模块还具有路由功能，用于光伏电站的智能监控装置相互之间可以直接组成光纤自愈环网同后台监控系统通讯。