CN206684585U - 光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，包括光伏跟踪系统主控制器和多个光伏跟踪系统从控制器，光伏跟踪系统主控制器和光伏跟踪系统从控制器分别安装小功率第一无线通讯模块和第二无线通讯模块，光伏跟踪系统主控制器通过第一无线通讯模块与近邻的数个光伏跟踪系统从控制器进行无线数据通讯；来自光伏跟踪系统主控制器的无线通讯读写指令，能被光伏跟踪系统从控制器进行存储和转发；多个光伏跟踪系统从控制器呈分布式布置构成一个跟踪控制器组，通讯读写指令被多跳转发直至一组控制器的边界。本实用新型用小功率多跳传输无线控制系统，简化了光伏跟踪控制系统的外接线路，提高了跟踪系统通讯的性价比。

Description

光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统

技术领域

本实用新型属于光伏跟踪控制器无线通讯技术领域，具体涉及一种光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统。

背景技术

太阳能光伏发电是当前最主要的太阳能利用形式之一，为了提高光伏电站的发电量及经济效益，可以采用跟踪式太阳能光伏发电系统提升发电效率。跟踪式太阳能光伏发电系统需要配备跟踪控制器对跟踪支架进行自动控制。

为了实现自动跟踪控制，光伏跟踪控制器需要获取上位集中控制器的授时时间用于太阳位置计算，或者直接获取上位集中控制器换算好的跟踪角度信号用于跟踪支架的自动控制功能。跟踪控制器还要根据光伏电站管理系统的指令实现“自动跟踪”、“停止工作”和“避风”等等操作功能。同时跟踪控制器需要向上位机报告自身的工作状态。因此需要为每一个跟踪支架控制器配备通讯接口与上位集中控制器进行数据交互，通讯接口的种类包括有线和无线两种形式。

目前常用的光伏跟踪控制系统主要采用有线通讯接口进行数据传输，电缆敷设难度大，成本较高，施工工期也较长。采用无线通讯接口无需敷设通讯电缆，因此施工成本低且使用比较方便。

而现有的光伏跟踪控制器的无线通讯接口通常由一个通讯主站和若干通 讯从站构成，其中主站为集中管理系统、从站为单个的跟踪支架控制器。主站通过无线数据链路与各个从站直接相连，实现数据的发送和接收。由于一组光伏跟踪支架通常布置在一个较大的区域里，从站与主站之间距离较远可达数百米。因此通常采用较长通信距离的无线通讯模块，而且传输距离数百米的无线通讯模块还需要配备外置式通讯天线。

使用较长通讯距离的无线通讯模块和外置式天线，导致通讯系统成本较高。且对于阵列式密集布置的光伏跟踪支架，一个区域内同时存在大量支架控制器，通讯距离较大时在同一无线信道上的设备很多，容易因链路数据冲突而降低网络通讯的实时性和通讯效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，降低了无线通讯系统的成本、解决了现有无线通讯距离较大时，容易因链路数据冲突而降低网络通讯的实时性和通讯效率的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，包括光伏跟踪系统主控制器和多个光伏跟踪系统从控制器，光伏跟踪系统主控制器和光伏跟踪系统从控制器分别安装具有双向收发功能的小功率第一无线通讯模块和第二无线通讯模块，光伏跟踪系统主控制器通过第一无线通讯模块与近邻的数个光伏跟踪系统从控制器进行无线数据通讯；来自光伏跟踪系统主控制器的无线通讯读写指令，能被光伏跟踪系统从控制器进行存储和转发；多个光伏跟踪系统从控制器呈分布式布置构成一个跟踪控制器组，通讯读写指令被多跳转发直至一组控制器的边界。

本实用新型的特点还在于：

光伏跟踪系统主控制器上设置有独立的通讯接口，光伏跟踪系统主控制 器通过通讯接口连接至光伏电厂基于计算机的上位管理系统或其他具有监控管理功能的技术设备。

第一无线通讯模块采用PCB线路板上印刷的低成本短距离通讯天线，实现数十米范围内的双向无线数据通讯。

第二无线通讯模块采用PCB线路板上印刷的低成本短距离通讯天线，实现数十米范围内的双向无线数据通讯。

光伏跟踪系统主控制器仅作为无线通讯主站时，包括第一壳体，第一壳体内安装有第一MCU控制器，第一MCU控制器分别与第一无线通讯模块、第一电源转换模块、通讯接口、实时时钟连接，第一无线通讯模块、通讯接口、实时时钟均与第一电源转换模块连接。

光伏跟踪系统主控制器控制一台跟踪支架时，第一MCU控制器还连接有第一倾角传感器和第一电机驱动电路，第一倾角传感器和第一电机驱动电路均与第一电源转换模块连接。

光伏跟踪系统从控制器包括第二壳体，第二壳体内安装有第二MCU控制器，第二MCU控制器分别与第二无线通讯模块、第二倾角传感器、第二电机驱动电路、第二电源转换模块连接，第二无线通讯模块、第二倾角传感器、第二电机驱动电路均与第二电源转换模块连接，光伏跟踪系统从控制器通过第二无线通讯模块与光伏跟踪系统主控制器或者近邻的光伏跟踪系统从控制器连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，简化了光伏跟踪控制系统的外接线路，采用短距通讯多级跳转的通讯网络方案提高了跟踪系统通讯的性价比。

附图说明

图1是本实用新型多跳传输无线控制系统结构示意图；

图2是本实用新型多跳传输无线控制系统信息多跳转发过程示意图；

图3是本实用新型中光伏跟踪系统主控制器的结构示意图；

图4是本实用新型中光伏跟踪系统从控制器的结构示意图。

图中，1.光伏跟踪系统主控制器，101.第一壳体，102.第一MCU控制器，103.第一倾角传感器，104.第一电机驱动电路，105.第一无线通讯模块，106.第一电源转换模块，107.通讯接口，108.实时时钟；

2.光伏跟踪系统从控制器，201.第二壳体，202.第二MCU控制器，203.第二倾角传感器，204.第二电机驱动电路，205.第二无线通讯模块，206.第二电源转换模块；

3.上位管理系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，如图1所示，一个无线跟踪控制系统包括光伏跟踪系统主控制器1和多个光伏跟踪系统从控制器2以及可能存在的上位管理系统3(光伏跟踪系统主控制器1上设置有独立的通讯接口107，光伏跟踪系统主控制器1通过通讯接口107连接至光伏电厂基于计算机的上位管理系统3或其他具有监控管理功能的技术设备)。系统采用无线多级跳转通讯方式使光伏跟踪系统主控制器1和一定区域内的多个光伏跟踪系统从控制器2组成一个无线多级跳转数据传输网络，实现跟踪主控制器与各个跟踪从控制器之间的数据双向传输，进而通过光伏跟踪系统主控制器1对光伏跟踪系统从控制器2的指令下传和运行参数 读取，实现跟踪控制功能。

光伏跟踪系统主控制器1与光伏跟踪系统从控制器2分别安装具有双向收发功能的小功率无线第一无线通讯模块105和第二无线通讯模块205，这两个通讯模块均采用低成本的印刷电路板板载天线(即采用PCB线路板上印刷的低成本短距离通讯天线，实现数十米范围内的双向无线数据通讯)，通讯距离只覆盖近邻的数个跟踪支架。

光伏跟踪系统主控制器1通过第一无线通讯模块105与近邻的数个光伏跟踪系统从控制器2进行无线数据通讯；来自光伏跟踪系统主控制器1的无线通讯读写指令，能被光伏跟踪系统从控制器2进行存储和转发；多个光伏跟踪系统从控制器2呈分布式布置构成一个跟踪控制器组，通讯读写指令被多跳转发直至一组控制器的边界。

如图2所示，光伏跟踪系统主控制器1与多个光伏跟踪系统从控制器2采用多级跳转无线网络方式进行通讯，一组跟踪从控制器呈分布式布置于一片区域内。工作时，光伏跟踪系统主控制器1的无线通讯数据首先被近邻的2#光伏跟踪系统从控制器2接收，然后2#光伏跟踪从控制器2可将来自主控制器1的无线通讯读写指令转发给不在主控制器1有效通讯范围内的3#光伏跟踪从控制器2。3#光伏跟踪从控制器2在接收到数据后再接力转发给远处的从控制器，经过多次跳转转发后无线通讯信息到达最远的N#光伏跟踪从控制器2，数据转发过程所经过的节点路径按最少转发次数的原则自动生成。

如图3所示，光伏跟踪系统主控制器1仅作为无线通讯主站时，包括第一壳体101，第一壳体101内安装有第一MCU控制器102，第一MCU控制器102分别与第一无线通讯模块105、第一电源转换模块106、通讯接口107、实时时钟108连接，第一无线通讯模块105、通讯接口107、实时时钟108 均与第一电源转换模块106连接，光伏跟踪系统主控制器1通过第一无线通讯模块105与近邻的光伏跟踪系统从控制器2连接，光伏跟踪系统主控制器1通过通讯接口107与上位管理系统3连接获取系统校时、风速和操作指令等信息然后作为一组跟踪控制器的核心通过无线通讯网络将时间、目标角度等信息发送到本组的多台光伏跟踪系统从控制器2。并通过无线通讯网络读取本组多台光伏跟踪系统从控制器2内的运行信息，提供给光伏电站上位管理系统3。

光伏跟踪系统主控制器1作为无线通讯主站的同时还控制一台跟踪支架时，第一MCU控制器102还连接有第一倾角传感器103和第一电机驱动电路104，第一倾角传感器103和第一电机驱动电路104均与第一电源转换模块106连接。第一倾角传感器103测量支架角度，通过第一电机驱动电路104带动电机实现跟踪控制功能。

光伏跟踪系统主控制器1通过第一无线通讯模块105与近邻的数个光伏跟踪系统从控制器2进行无线数据通讯。来自光伏跟踪系统主控制器1的无线通讯读写指令，可以被光伏跟踪系统从控制器2进行存储和转发。

如图4所示，光伏跟踪系统从控制器2包括第二壳体201，第二壳体201内安装有第二MCU控制器202，第二MCU控制器202分别与第二无线通讯模块205、第二倾角传感器203、第二电机驱动电路204、第二电源转换模块206连接，第二无线通讯模块205、第二倾角传感器203、第二电机驱动电路204均与第二电源转换模块206连接，光伏跟踪系统从控制器2通过第二无线通讯模块205与光伏跟踪系统主控制器1或者近邻的光伏跟踪系统从控制器2连接。

第二MCU控制器202接收来自第一无线通讯模块105的指令信息，根 据第二倾角传感器203测量的实际支架角度，在第二MCU控制器202内进行运算并产生控制指令，并通过第二电机驱动电路204带动电机实现跟踪控制功能。

在一定区域内的一组光伏跟踪控制器安装完成好后，或者发生设备维修更换后，可启动一组控制器的自组网过程。自组网过程启动后每个跟踪控制器通过接收近邻跟踪控器含有设备编号的无线信号识别出与近邻设备的相互位置关系，并根据位置关系生成每台光伏跟踪系统从控制器2至光伏跟踪系统主控制器1的所有可能数据转发路径。表达数据转发路径的数据表存储在跟踪控制器的数据储存器中，工作时选择最短(转发次数最少)的转发路径工作，并可在最短路径上设备故障时自动生成新的最短转发路径。

定义光伏跟踪系统主控制器1传输数据至光伏跟踪从控制器2的方向为数据下传，定义光伏跟踪系统从控制器2传输数据至光伏跟踪主控制器1方向为数据上传。其中，数据下传由光伏跟踪系统主控制器1主动发起，依序向各个光伏跟踪从控制器2传送，直至最终数据帧到达光伏跟踪支架组的边界停止；数据上传为事件触发方式启动，触发事件可分为指令触发和事件触发两种，上传数据从特定的光伏跟踪从控制器2发起直至最终数据帧到达光伏跟踪系统主控制器1停止。

无线数据下传实施例1

光伏跟踪系统主控制器1通过内置的实时时钟、GPS或者上位管理系统获取当前时间生成授时数据帧，并将授时数据帧通过短距无线通讯网络发送给近邻光伏跟踪支架上的光伏跟踪系统从控制器2；近邻的光伏跟踪系统从控制器2在收到时间后结合当地经纬度计算自身跟踪角度并根据角度误差调整支架的实际角度，同时光伏跟踪系统从控制器2根据支架之间的位 置近邻关系，将收到的授时数据帧转发给远离光伏跟踪系统主控制器的光伏跟踪从控制器；以此类推，跟踪支架从控制器在收到授时帧后计算自身跟踪角度并根据角度误差调整支架的实际角度，并向远处的跟踪支架从控制器转发授时数据帧，直至到达光伏跟踪支架组的边界停止。

无线数据下传实施例2

光伏跟踪系统主控制器1通过内置的实时时钟、GPS或者与上位管理系统3获取当前时间，同时根据当地经纬度(一组跟踪支架的经纬度相差不大设定为统一值)计算获得跟踪支架的目标跟踪角度，进而生成目标角度数据帧，然后将目标角度数据帧通过短距无线通讯网络发送给近邻的光伏跟踪支架上的跟踪支架从控制器；近邻的跟踪支架从控制器在收到目标跟踪角度后根据角度误差调整支架跟踪角度，同时从控制器根据支架之间的位置近邻关系，将收到的目标角度数据帧转发给远离光伏跟踪系统主控制器的光伏跟踪从控制器；以此类推，跟踪支架从控制器在收到目标角度数据帧后根据角度误差调整支架跟踪角度，并向远处的跟踪支架从控制器转发目标角度数据帧，直至到达光伏跟踪支架组的边界停止。

无线数据上传实施例1

光伏跟踪系统主控制器1在特定条件或时刻下生成某一台从控制器运行状态查询帧，数据帧包含待查询从控制器的目标地址，并通过短距无线通讯网络发送给近邻光伏跟踪支架上的跟踪支架从控制器；近邻的跟踪支架从控制器在收到运行状态查询帧后，将收到的运行状态查询帧依据目标地址，转发给朝向目标支架物理方位的下一台光伏跟踪从控制器，以此类推，直至到达目标地址所指定的光伏跟踪从控制器；目标从控制器收到状态查询数据帧后，整理出当前时刻从控制器的目标角度、实际角度、报警信号、限位信号 等运行信息，并生成状态信息回复帧，状态信息回复帧包含回应设备的地址，状态信息回复帧通过短距无线通讯网络发送给物理方位朝向主控制器位置的近邻光伏跟踪支架从控制器，并重复此过程，直至状态信息回复帧传送至光伏跟踪系统主控制器停止。

无线数据上传实施例2

光伏跟踪系统从控制器在运行过程中，当其角度信号、报警信号、限位信号等状态信息发生改变时或者定时时间到达时，触发光伏跟踪系统从控制器生成状态信息报告帧。跟踪系统从控制器整理出当前时刻从控制器的目标角度、实际角度、报警信号、限位信号等运行状态信息并结合自身设备编号，生成状态信息报告帧，通过短距无线通讯网络发送给物理方位朝向主控制器位置的近邻光伏跟踪支架从控制器。近邻的跟踪支架从控制器在收到其状态信息报告帧后，将收到的状态信息报告帧转发给物理方位朝向主控制器位置的光伏跟踪从控制器，并重复此过程，直至状态信息回复帧传送至光伏跟踪系统主控制器停止。

在具备控制指令下传和状态信息上传的功能后，光伏跟踪主控制器就可通过控制指令驱动一组光伏跟踪从控制器进行光伏跟踪控制，光伏跟踪从控制器的控制效果和运行状态可被光伏跟踪主控制器读取，并在上位管理系统需要时通过通讯接口传输给上位管理系统。

Claims (7)

1.光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，其特征在于，包括光伏跟踪系统主控制器(1)和多个光伏跟踪系统从控制器(2)，光伏跟踪系统主控制器(1)和光伏跟踪系统从控制器(2)分别安装具有双向收发功能的小功率第一无线通讯模块(105)和第二无线通讯模块(205)，光伏跟踪系统主控制器(1)通过第一无线通讯模块(105)与近邻的数个光伏跟踪系统从控制器(2)进行无线数据通讯；

来自光伏跟踪系统主控制器(1)的无线通讯读写指令，能被光伏跟踪系统从控制器(2)进行存储和转发；

多个光伏跟踪系统从控制器(2)呈分布式布置构成一个跟踪控制器组，通讯读写指令被多跳转发直至一组控制器的边界。

2.根据权利要求1所述的光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，其特征在于，所述光伏跟踪系统主控制器(1)上设置有独立的通讯接口(107)，光伏跟踪系统主控制器(1)通过通讯接口(107)连接至光伏电厂基于计算机的上位管理系统(3)或其他具有监控管理功能的技术设备。

3.根据权利要求1所述的光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，其特征在于，所述第一无线通讯模块(105)采用PCB线路板上印刷的低成本短距离通讯天线，实现数十米范围内的双向无线数据通讯。

4.根据权利要求1所述的光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，其特征在于，所述第二无线通讯模块(205)采用PCB线路板上印刷的低成本短距离通讯天线，实现数十米范围内的双向无线数据通讯。

5.根据权利要求1所述的光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，其特征在于，所述光伏跟踪系统主控制器(1)仅作为无线通讯主站时，包括第一壳体(101)，第一壳体(101)内安装有第一MCU控制器(102)，第一MCU控制器(102)分别与所述第一无线通讯模块(105)、第一电源转换模块(106)、所述通讯接口(107)、实时时钟(108)连接，所述第一无线通讯模块(105)、所述通讯接口(107)、实时时钟(108)均与第一电源转换模块(106)连接。

6.根据权利要求5所述的光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，其特征在于，所述光伏跟踪系统主控制器(1)控制一台跟踪支架时，所述第一MCU控制器(102)还连接有第一倾角传感器(103)和第一电机驱动电路(104)，第一倾角传感器(103)和第一电机驱动电路(104)均与所述第一电源转换模块(106)连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的光伏跟踪支架控制器用小功率多跳传输无线控制系统，其特征在于，所述光伏跟踪系统从控制器(2)包括第二壳体(201)，第二壳体(201)内安装有第二MCU控制器(202)，第二MCU控制器(202)分别与所述第二无线通讯模块(205)、第二倾角传感器(203)、第二电机驱动电路(204)、第二电源转换模块(206)连接，所述第二无线通讯模块(205)、第二倾角传感器(203)、第二电机驱动电路(204)均与第二电源转换模块(206)连接，所述光伏跟踪系统从控制器(2)通过第二无线通讯模块(205)与所述光伏跟踪系统主控制器(1)或者近邻的所述光伏跟踪系统从控制器(2)连接。