CN204498066U

CN204498066U - 一种模块化智能光伏汇流数据采集装置

Info

Publication number: CN204498066U
Application number: CN201520193575.XU
Authority: CN
Inventors: 殷建强; 邵建国; 孙芝雨
Original assignee: Changshu Switchgear Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Changshu Switchgear Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2025-04-01

Abstract

一种模块化智能光伏汇流数据采集装置，属于光伏电池智能监控技术领域。包括主采集模块和从采集模块，主采集模块和从采集模块通过至少包括一通信线路的内部总线进行连接，主采集模块包括第一微处理器、通信电路、第一接口电路、开入电路以及一个及以上的电流采集电路，第一微处理器分别与通信电路、第一接口电路、开入电路及各电流采集电路连接，从采集模块包括第二微处理器、第二接口电路、采集电路及开出电路，第二微处理器分别与第二接口电路、采集电路及开出电路连接，第一接口电路与第二接口电路为实现主采集模块和从采集模块之间数据交换的内部总线通信接口。优点：采用模块化设计，电路精简、数据传输可靠；功能选用方便、使用灵活性高。

Description

一种模块化智能光伏汇流数据采集装置

技术领域

本实用新型属于光伏电池智能监控技术领域，具体涉及一种光伏汇流数据采集装置，特别涉及一种模块化智能光伏汇流数据采集装置。

背景技术

随着新能源技术的不断发展，太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。基于太阳能的光伏发电技术逐步得到推广，光伏汇流箱的需求正逐渐增强。智能光伏汇流采集装置作为光伏汇流箱的重要元件，在太阳能光伏发电系统中得到了广泛的应用。智能光伏汇流采集装置主要对光伏阵列的电流、电压、功率进行测量，还提供对辐照、风速、温度、湿度等环境条件的测量，同时还对断流、过流等进行报警；还具有开关量输入、输出、通信等功能。

中国实用新型专利授权公告号CN201966832U介绍了“一种多回路光伏直流汇流采集装置”，该装置包括电源电路、恒流激励电路、信号调理电路、信号切换电路一、信号放大电路、模拟数字转换电路、内部温度测量电路、CPU处理电路、显示/按键电路、开关量输入和拨码设置电路、继电器输出电路、485通讯电路、通道输入电路、霍尔测量电路、信号切换电路二、模数转换电路、数据存储电路、通道状态显示电路以及信号输入电路，该专利通过在CPU电路外围配置通讯电路和显示设置电路以实现更多的功能；且由于信号输入电路可采用多种方式输入，因此大大提高了应用范围，但它在实际应用时仍被发现存在以下几个缺陷：1.模数转换输出与数据存储电路复用后连接至微处理器的通用IO口，无法实现采集数据的软件校验，数据传输易受干扰，可靠性低；2.设计了信号放大电路、模拟数字转换电路、数据存储电路、内部温度测量电路，设计成本较高；3.对光伏发电系统的环境参数作测量的功能电路集中在核心板上，但目前多数用户不需要此功能，因此增加了用户的使用成本。

鉴于上述已有技术，有必要对现有的光伏汇流采集装置的结构加以改进，为此，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种模块化智能光伏汇流数据采集装置，采用模块化设计，电路精简、可靠性高；功能选用方便、使用灵活性高。

本实用新型的目的是这样来达到的，一种模块化智能光伏汇流数据采集装置，其特征在于：包括主采集模块和从采集模块，所述的主采集模块和从采集模块通过至少包括一通信线路的内部总线进行连接，所述的主采集模块包括第一微处理器、通信电路、第一接口电路、开入电路以及一个及以上的电流采集电路，所述的第一微处理器分别与通信电路、第一接口电路、开入电路以及各电流采集电路连接，所述的从采集模块包括第二微处理器、第二接口电路、采集电路以及开出电路，所述的第二微处理器分别与第二接口电路、采集电路以及开出电路连接，所述的第一接口电路与第二接口电路为实现主采集模块和从采集模块之间数据交换的内部总线通信接口。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的主采集模块还包括用于显示测量值的显示电路以及用于提供人机操作界面的按键电路，所述的显示电路和按键电路分别与第一微处理器连接。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的从采集模块中的采集电路包括DC0～1000V采集电路、DC0（4）～20mA采集电路、DC0～100mV采集电路、DC0～10V采集电路以及PT100温度采集电路中的任意一个或多个电路。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的内部总线的通信线路为I²C、SPI、RS485总线中的一种或一种以上，在数据交换中采用CRC校验。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的主采集模块还包括用于为第一微处理器、通信电路、开入电路以及各电流采集电路提供电源的辅助电源电路；所述的从采集模块还包括用于为第二微处理器、采集电路以及开出电路提供电源的电源电路，所述的辅助电源电路经由第一接口电路和第二接口电路为电源电路提供电源。

本实用新型由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果：

1.主采集模块采用模块化的结构，通过各电流采集电路可实现四路、八路、十二路、十六路的电流采集，方便用户的选用，提高了使用的灵活性；

2.主采集模块可选配扩展模块即从采集模块，用于对光伏发电系统的环境参数如辐照、温度、湿度、风速等进行测量，还可实现对多路电压、功率等的检测；

3.主采集模块和从采集模块之间的数据通信，具有数据校验功能，保证数据传输可靠；

4.可实现对断流、过流、开入等的报警功能，提高光伏发电系统的运行管理能力，使其具备自我诊断能力，实现光伏电站的无人值守。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框图。

图2为本实用新型所述的辅助电源电路的电原理图。

图3为本实用新型所述的开入电路的电原理图。

图4为本实用新型所述的DC0～1000V采集电路的电原理图。

图5为本实用新型所述的开出电路的电原理图。

具体实施方式

申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

请参阅图1，本实用新型涉及一种模块化智能光伏汇流数据采集装置，包括主采集模块和从采集模块，所述的主采集模块和从采集模块通过至少包括一通信线路的内部总线进行连接，实现两者之间的数据交换。所述的主采集模块主要提供多路电流的采集，包括第一微处理器、通信电路、第一接口电路、开入电路以及一个及以上的电流采集电路，还包括用于为上述各电路提供电源的辅助电源电路、用于显示测量值的显示电路以及用于提供人机操作界面的按键电路。所述的第一微处理器分别与通信电路、第一接口电路、开入电路、显示电路、按键电路以及各电流采集电路连接。通信电路提供与上位机的通信接口；开入电路进行开入量采集处理，能检测直流断路器和浪涌保护的工作状态；各电流采集电路采用霍尔传感器，可以实现四路、八路、十二路或十六路的电流采集。所述的从采集模块为扩展选配模块，可实现对电压、功率和环境参数的测量，包括第二微处理器、第二接口电路、采集电路、开出电路以及电源电路，所述的第二微处理器分别与第二接口电路、采集电路以及开出电路连接。在本实施例中，所述的采集电路包括可分别选装的DC0～1000V采集电路、DC0（4）～20mA采集电路、DC0～100mV采集电路、DC0～10V采集电路以及PT100温度采集电路。第二微处理器分别与DC0～1000V采集电路、DC0（4）～20mA采集电路、DC0～100mV采集电路、DC0～10V采集电路以及PT100温度采集电路连接，对光伏发电输出电压和环境参数如辐照、温度、湿度、风速等进行测量。开出电路提供继电器的接点输出。所述的第一接口电路与第二接口电路连接，一方面是作为实现主采集模块和从采集模块之间数据交换的内部总线通信接口，所述的内部总线的通信线路可以是I²C、SPI、RS485总线，在数据交换中采用了可靠的CRC校验，保证了数据交换的可靠性；另一方面是为从采集模块提供电源，从采集模块的电源电路对主采集模块的辅助电源电路提供的电源进行处理后，为从采集模块的第二微处理器、采集电路以及开出电路供电。所述的第一微处理器、第二微处理器均采用MSP43F系列，它们内部集成了PGA、SDAD、温度采集模块以及EEPROM FLASH等功能，因而能精简外围电路，提高系统可靠性并大大降低制造成本。

请参阅图2，所述的辅助电源电路包括二极管D1～D6、电容C1～C18、电阻R1～R15、稳压二极管FV1、FV2、MOS管V1、电感L1、L2、开关变压器T1、开关电源芯片N1、光耦N2、电压基准N3、电源芯片N4、线性降压芯片N5以及DC-DC芯片P1、P2，在本实施例中，开关电源芯片N1采用TNY27X，光耦N2采用PC817，电源芯片N4采用LM5007，线性降压芯片N5采用TPS76333，DC-DC芯片P1采用B2424，DC-DC芯片P2采用IB0505。电路的输入采用AC160～700V或DC200～1000V的外部电源，二极管D1、D2在输入直流电源时用于防反接入保护。外部电源经过开关变压器T1、MOS管V1、开关电源芯片N1后生成二路输出：一路经二极管D5、电源芯片N4以及电感L2后输出一24V直流电源＋24V1；另一路经二极管D4和电感L1后生成一5V直流电源＋5V。其中，24V直流电源＋24V1经DC-DC芯片P1生成第一直流隔离电源+24V2；5V直流电源＋5V经DC-DC芯片P2生成第二直流隔离电源VDD2；5V直流电源＋5V又经线性降压芯片N5生成3.3V直流电源+3V3。MOS管V1的作用是当输入电压超过开关电源芯片N1的耐压时，对开关电源芯片N1承受的电压进行分压，从而保证开关电源芯片N1承受的电压始终在允许范围内，保证整个电源的工作可靠性。

请参阅图3，所述的开入电路包括电阻R16、R17、光耦N6以及二极管D7。二极管D7的负极和光耦N6的一输入端共同连接外部开关K的一端，外部开关K的另一端接第一直流隔离电源+24V2，二极管D7的正极和光耦N6的另一输入端共同连接电阻R17的一端，光耦N6的一输出端与电阻R16的一端共同连接第一微处理器的I/O口，电阻R16的另一端连接3.3V直流电源+3V3，电阻R17的另一端和光耦N6的另一输入端共同接地。开入电路通过光耦N6接收外部开关K的通断信号，将其送入第一微处理器的I/O口进行开入量采集处理。

请参阅图4，所述的DC0～1000V采集电路包括电压传感器T2以及电阻R18～R20，所述的电压传感器T2采用KB-14b。电阻R18的一端连接DC0～1000V测量输入源的一端，电阻R18的另一端连接电压传感器T2的1脚，电压传感器T2的2脚连接DC0～1000V测量输入源的另一端，电压传感器T2的3脚连接电阻R19的一端，电阻R19的另一端和电阻R20的一端共同连接第二微处理器的AD口，电压传感器T2的5脚连接5V直流电源＋5V，电压传感器T2的4脚和电阻R20的另一端共同接地。DC0～1000V采集电路通过电压传感器T2采集DC0～1000V直流电压信号，并经电阻R19、R20分压后送入第二微处理器的AD口进行相关处理。

请参阅图5，所述的开出电路包括继电器K1、二极管D8、三极管V2以及电阻R21、R22。电阻R22的一端与三极管V2的基极共同连接所述的第二微处理器的I/O，三极管V2的集电极与继电器K1线圈的一端以及二极管D8的正极连接，继电器K1线圈的另一端与二极管D8的负极以及电阻R21的一端连接，继电器K1触点的两端为电路的输出端，电阻R21的另一端连接24V直流电源＋24V1，三极管V2的发射极和电阻R22的另一端共同接地。第二微处理器的I/O口与该开出电路连接，通过控制继电器K1吸合与释放来提供继电器的接点输出。

Claims

1.一种模块化智能光伏汇流数据采集装置，其特征在于：包括主采集模块和从采集模块，所述的主采集模块和从采集模块通过至少包括一通信线路的内部总线进行连接，所述的主采集模块包括第一微处理器、通信电路、第一接口电路、开入电路以及一个及以上的电流采集电路，所述的第一微处理器分别与通信电路、第一接口电路、开入电路以及各电流采集电路连接，所述的从采集模块包括第二微处理器、第二接口电路、采集电路以及开出电路，所述的第二微处理器分别与第二接口电路、采集电路以及开出电路连接，所述的第一接口电路与第二接口电路为实现主采集模块和从采集模块之间数据交换的内部总线通信接口。

2.根据权利要求1所述的一种模块化智能光伏汇流数据采集装置，其特征在于所述的主采集模块还包括用于显示测量值的显示电路以及用于提供人机操作界面的按键电路，所述的显示电路和按键电路分别与第一微处理器连接。

3.根据权利要求1所述的一种模块化智能光伏汇流数据采集装置，其特征在于所述的从采集模块中的采集电路包括DC0～1000V采集电路、DC0（4）～20mA采集电路、DC0～100mV采集电路、DC0～10V采集电路以及PT100温度采集电路中的任意一个或多个电路。

4.根据权利要求1所述的一种模块化智能光伏汇流数据采集装置，其特征在于所述的内部总线的通信线路为I ² C、SPI、RS485总线中的一种或一种以上，在数据交换中采用CRC校验。

5.根据权利要求1所述的一种模块化智能光伏汇流数据采集装置，其特征在于所述的主采集模块还包括用于为第一微处理器、通信电路、开入电路以及各电流采集电路提供电源的辅助电源电路；所述的从采集模块还包括用于为第二微处理器、采集电路以及开出电路提供电源的电源电路，所述的辅助电源电路经由第一接口电路和第二接口电路为电源电路提供电源。