CN207490608U - 一种基于光纤环网的逆变器通讯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，包括上位机监控系统和多个下位机监控子系统，下位机监控子系统包括下位机监控装置和逆变器通讯子系统组，逆变器通讯子系统组由多个逆变器通讯子系统组成，上位机监控系统与多个下位机监控装置首尾相连组成一级光纤环网；下位机监控装置与逆变器通讯子系统组中多个逆变器通讯子系统的首尾相连组成二级光纤环网一；下位机监控装置内设置有2N个光纤通信模块，N为不小于1的正整数。本实用新型设计新颖，利用两级光纤环网进行数据通讯，解决了逆变器在通讯过程中所受到的电磁干扰问题，数据传输速率大幅提高，施工方便，易于敷设，成本低。

Description

一种基于光纤环网的逆变器通讯系统

技术领域

本实用新型属于逆变器通讯技术领域，具体涉及一种基于光纤环网的逆变器通讯系统。

背景技术

随着国内光伏电站建设规模的不断扩大，逆变器的用量越来越大，分布式光伏电站建设激发了组串式逆变器的市场需求。逆变器是光伏发电领域最重要的设备，其运行数据必须实时上传至监控室，同时电网调度中心下发的AGC/AVC调节指令也必须快速准确的传递到逆变器。目前逆变器控制系统的数据传输方式有两种，最普遍是采用屏蔽电缆MODBUS485模式传输，还有一种采用电力载波(PLC)方式。电力载波(PLC)方式由于通讯信号与电力信号共用一个传输媒介，通讯信号更容易受到逆变器、电力输送过程中所产生的强电磁场干扰，信号衰竭严重，技术难度非常大，价格非常昂贵，通讯系统中还必须加装数据采集器对载波信号调制解调，还需环网交换机、通讯柜等硬件，高昂的投资其实是不利于光伏发电行业的发展；另外一种屏蔽电缆MODBUS485模式通讯方式也是目前市场上最为普遍的，抗干扰能力不理想，通讯信号很容易受到电磁场的干扰，这种方式对通讯电缆的要求很高通讯线缆必须带有金属屏蔽层，造价高，敷设时要求信号线和电力线路不能共用电力桥架或电缆沟，施工成本也高，另外，这种方式的通讯速度慢。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其设计新颖合理，利用两级光纤环网进行数据通讯，解决了逆变器在通讯过程中所受到的电磁干扰问题，数据传输速率大幅提高，施工方便，易于敷设，成本低，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：包括上位机监控系统和多个下位机监控子系统，所述下位机监控子系统包括下位机监控装置和逆变器通讯子系统组，所述逆变器通讯子系统组由多个逆变器通讯子系统组成，

上位机监控系统与多个下位机监控装置首尾相连组成一级光纤环网；

下位机监控装置与所述逆变器通讯子系统组中多个逆变器通讯子系统的首尾相连组成二级光纤环网一；

下位机监控装置内设置有2N个光纤通信模块，N为不小于1的正整数，下位机监控装置包括箱变测控装置、数据采集器或通讯管理机；

逆变器通讯子系统包括微控制器、对汇流箱采集的直流电进行三相交流转换的三相逆变器和与微控制器连接的以太网模块，以太网模块上连接有第一光纤通信模块和第二光纤通信模块，微控制器通过PWM控制器与三相逆变器连接，三相逆变器的输出端接有三相滤波器，三相滤波器的输出为交流输出电路，微控制器的输入端接有采集汇流箱直流信号的直流处理单元和采集交流输出电路交流信号的交流处理单元，所述直流处理单元包括直流电压检测器和直流电流检测器，以及采用单电源供电且对直流电压检测器和直流电流检测器获取的直流信号模数转换的第一模数转换器，所述交流处理单元包括交流电压检测器和交流电流检测器，以及采用正负双电源供电且对交流电压检测器和交流电流检测器获取的交流信号模数转换的第二模数转换器。

上述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述逆变器通讯子系统还包括开关电源、开关量输入单元、开关量输出单元、GPS对时单元、键盘输入模块和液晶显示屏，所述开关量输入单元、所述GPS对时单元和键盘输入模块均与微控制器的输入端相接，所述开关量输出单元和液晶显示屏均与微控制器的输出端相接。

上述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述开关量输入单元包括开关量输入模块和与开关量输入模块输出端相接的第一光耦隔离模块，所述开关量输出单元包括开关量输出模块和与开关量输出模块输入端相接的第二光耦隔离模块，所述GPS对时单元包括GPS对时模块和与GPS对时模块相接的第三光耦隔离模块。

上述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述开关量输入单元和所述开关量输出单元的数量均为多个。

上述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述直流电压检测器为霍尔直流电压传感器，直流电流检测器为霍尔直流电流传感器，交流电压检测器为交流电压互感器，交流电流检测器为交流电流互感器。

上述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述三相逆变器为集中式三相逆变器，所述逆变器通讯子系统组由两个逆变器通讯子系统组成。

上述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述汇流箱串联在所述集中式三相逆变器前端。

上述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述汇流箱的数量为多个，多个汇流箱分为M个汇流箱组，所述汇流箱组中的汇流箱与下位机监控装置首尾相连组成与所述二级光纤环网一同级的二级光纤环网二，其中，M为正整数且M不大于N-2。

上述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述三相逆变器为组串式三相逆变器，所述逆变器通讯子系统组由至少两个逆变器通讯子系统组成，汇流箱串联在所述组串式三相逆变器前端。

上述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述逆变器通讯子系统组的数量为多个。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型下位机监控装置中设置不小于4个光纤通信模块，其中，2个光纤通信模块与上位机监控系统组成一级光纤环网，剩余的光纤通信模块与逆变器通讯子系统中的第一光纤通信模块和第二光纤通信模块组成二级光纤环网一，利用两级光纤环网进行数据通讯，解决了逆变器在通讯过程中所受到的电磁干扰问题，且数据传输速率大幅提高，可靠稳定，使用效果好。

2、本实用新型通过设置直流电压检测器和直流电流检测器分别用于采集汇流箱采集回来的直流信号，并利用单电源供电的第一模数转换器进行模数转换，满足实际需求；通过设置交流电压检测器和交流电流检测器分别用于采集得到的交流输出电路的交流信号，并利用正负双电源供电的第二模数转换器进行模数转换，满足实际需求，数据处理精度高，便于推广使用。

3、本实用新型设计新颖合理，通过设置两级光纤环网进行数据通讯，避免造成数据传输慢和上位机监控系统信息处理量过大导致的系统不稳定、任务处理不及时等问题；另外，由于光纤可以与高压输电线平行架设，共用电缆桥架、电缆沟，所以施工方便，易于敷设，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，利用两级光纤环网进行数据通讯，解决了逆变器在通讯过程中所受到的电磁干扰问题，数据传输速率大幅提高，施工方便，易于敷设，成本低，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的电路原理框图。

图2为本实用新型实施例2的电路原理框图。

图3为本实用新型实施例3的电路原理框图。

图4为本实用新型逆变器通讯子系统与汇流箱的电路连接关系示意框图。

附图标记说明:

1—上位机监控系统； 2—逆变器通讯子系统；

2-2—直流电压检测器； 2-3—直流电流检测器； 2-4—第一模数转换器；

2-5—三相逆变器； 2-6—三相滤波器； 2-7—交流输出电路；

2-8—PWM控制器； 2-9—微控制器；

2-10—交流电压检测器； 2-11—交流电流检测器；

2-12—第二模数转换器； 2-13—开关量输入模块；

2-14—第一光耦隔离模块； 2-15—开关量输出模块；

2-16—第二光耦隔离模块； 2-17—GPS对时模块；

2-18—第三光耦隔离模块； 2-19—开关电源；

2-20—以太网模块； 2-21—第一光纤通信模块；

2-22—第二光纤通信模块； 2-23—键盘输入模块；

2-24—液晶显示屏。 3—下位机监控装置； 4—汇流箱。

具体实施方式

实施例1

如图1和图4所示，本实用新型包括上位机监控系统1和多个下位机监控子系统，所述下位机监控子系统包括下位机监控装置3和逆变器通讯子系统组，所述逆变器通讯子系统组由多个逆变器通讯子系统2组成，

上位机监控系统1与多个下位机监控装置3首尾相连组成一级光纤环网；

下位机监控装置3与所述逆变器通讯子系统组中多个逆变器通讯子系统2的首尾相连组成二级光纤环网一；

下位机监控装置3内设置有2N个光纤通信模块，N为不小于1的正整数，下位机监控装置3包括箱变测控装置、数据采集器或通讯管理机；

逆变器通讯子系统2包括微控制器2-9、对汇流箱4采集的直流电进行三相交流转换的三相逆变器2-5和与微控制器2-9连接的以太网模块2-20，以太网模块2-20上连接有第一光纤通信模块2-21和第二光纤通信模块2-22，微控制器2-9通过PWM控制器2-8与三相逆变器2-5连接，三相逆变器2-5的输出端接有三相滤波器2-6，三相滤波器2-6的输出为交流输出电路2-7，微控制器2-9的输入端接有采集汇流箱3直流信号的直流处理单元和采集交流输出电路2-7交流信号的交流处理单元，所述直流处理单元包括直流电压检测器2-2和直流电流检测器2-3，以及采用单电源供电且对直流电压检测器2-2和直流电流检测器2-3获取的直流信号模数转换的第一模数转换器2-4，所述交流处理单元包括交流电压检测器2-10和交流电流检测器2-11，以及采用正负双电源供电且对交流电压检测器2-10和交流电流检测器2-11获取的交流信号模数转换的第二模数转换器2-12。

需要说明的是，逆变器是光伏发电领域最重要的设备，其运行数据必须实时上传至上位机监控系统1，同时上位机监控系统1下发的调节指令也必须快速准确的传递到逆变器通讯子系统2，进而实现数据的互通，汇流箱4用于采集光伏发电中的多路直流电，直流电采用配备的直流处理单元进行数据处理，本实施例中，所述直流电压检测器2-2为霍尔直流电压传感器，直流电流检测器2-3为霍尔直流电流传感器；满足直流信号的采集，第一模数转换器2-4采用单电源供电的模数转换器，电路简单，满足实际需求，成本低，本实施例中，交流电压检测器2-10为交流电压互感器，交流电流检测器2-11为交流电流互感器，实现交流信号的采集，第二模数转换器2-12采用正负双电源供电的模数转换器，满足实际交流信号处理的需求，优选的第二模数转换器2-12采用ADS774或ADS7005，使用效果好。

实际使用中，以太网模块2-20上连接有第一光纤通信模块2-21和第二光纤通信模块2-22，用于连接光纤进行通讯，下位机监控装置3采用箱变测控装置、数据采集器或通讯管理机，且箱变测控装置、数据采集器或通讯管理机中设置有不少于四路光纤通讯模块，利用光纤将上位机监控系统1与多个下位机监控装置3首尾相连，形成一级光纤环网，利用光纤将多个逆变器通讯子系统2与下位机监控装置3首尾相连，形成二级光纤环网一，解决了逆变器在通讯过程中所受到的电磁干扰问题且数据传输速率大幅提高，另外，采用光纤通讯其价格远低于传统的MODBUS485屏蔽通讯电缆，对现场线缆敷设安装要求不高，线缆投资成本有所降低，可靠稳定。

本实施例中，所述三相逆变器2-5为集中式三相逆变器，所述逆变器通讯子系统组由两个逆变器通讯子系统2组成。

本实施例中，所述汇流箱4串联在所述集中式三相逆变器前端。

实际使用时，N取2时，下位机监控装置3设置有四路光纤通讯模块，其中，两路光纤通讯模块利用光纤将上位机监控系统1与多个下位机监控装置3首尾相连，形成一级光纤环网；剩余的两路光纤通讯模块利用光纤将两个逆变器通讯子系统2与下位机监控装置3首尾相连，形成二级光纤环网一，实现集中式三相逆变器的数据上传，汇流箱4串联在所述集中式三相逆变器前端，利用汇流箱4采集该逆变器通讯子系统2的光伏电站电压电流，对汇流箱4采集的数据进行逆变后在通过二级光纤环网一上传至上位机监控系统1。

本实施例中，所述逆变器通讯子系统2还包括开关电源2-19、开关量输入单元、开关量输出单元、GPS对时单元、键盘输入模块2-23和液晶显示屏2-24，所述开关量输入单元、所述GPS对时单元和键盘输入模块2-23均与微控制器2-9的输入端相接，所述开关量输出单元和液晶显示屏2-24均与微控制器2-9的输出端相接。

需要说明的是，开关电源2-19为微控制器2-9提供可靠的电源，开关量输入单元和开关量输出单元满足光伏发电系统中外部设备的开关信号采集及控制，功能完备，GPS对时单元的作用是为各个逆变器通讯子系统2提供时间基准，键盘输入模块2-23和液晶显示屏2-24满足实际的人机对话需求。

本实施例中，所述开关量输入单元包括开关量输入模块2-13和与开关量输入模块2-13输出端相接的第一光耦隔离模块2-14，所述开关量输出单元包括开关量输出模块2-15和与开关量输出模块2-15输入端相接的第二光耦隔离模块2-16，所述GPS对时单元包括GPS对时模块2-17和与GPS对时模块2-17相接的第三光耦隔离模块2-18。

本实施例中，所述开关量输入单元和所述开关量输出单元的数量均为多个。

需要说明的是，开关量输入单元可连接多个开关件检测开关的闭合和断开，开关量输出单元可连接断路器，控制断路器的工作状态等信息，利用光耦隔离模块可实现微控制器2-9弱电信号与外设强电信号的隔离，抗干扰性强。

实际使用时，利用汇流箱4采集该逆变器通讯子系统2管理区域的直流电信号，利用直流处理单元采集并精确处理汇流箱4中的直流电信号并数据传输至微控制器2-9，同时三相逆变器2-5对汇流箱4采集的直流电信号进行三相逆变，使用三相滤波器2-6对逆变的交流信号进行去噪，经交流输出电路2-7输出稳定的三相交流电，利用交流处理单元采集并精确处理稳定的三相交流电并数据传输至微控制器2-9，微控制器2-9根据直流处理单元和交流处理单元的数据信号控制PWM控制器2-8调节三相逆变器2-5中开关管的开关频率，同时，利用光纤通信模块将信号传递至上位机监控系统1，上位机监控系统1也可通过光纤通讯模块和逆变器通讯子系统2中的光纤通讯模块进行通信实现数据的传达；另外，开关量输入单元和开关量输出单元对该逆变器通讯子系统2管理区域的开关设备进行全方位数据采集或控制，功能完备，降低了投资成本，彻底解决了传统数据采集过程中的电磁干扰问题，且光纤可以与高压输电线平行架设共用电缆桥架、电缆沟，施工方便易于敷设。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是，所述汇流箱4的数量为多个，多个汇流箱4分为M个汇流箱组，所述汇流箱组中的汇流箱4与下位机监控装置3首尾相连组成与所述二级光纤环网一同级的二级光纤环网二，其中，M为正整数且M不大于N-2。

实际使用中，需要利用大量的汇流箱4采集光伏电站电流电压数据，以N取4且M取2为例，下位机监控装置3设置有八路光纤通讯模块，其中，两路光纤通讯模块利用光纤将上位机监控系统1与多个下位机监控装置3首尾相连，形成一级光纤环网；剩余六路光纤通讯模块中的两路光纤通讯模块利用光纤将两个逆变器通讯子系统2与下位机监控装置3首尾相连，形成二级光纤环网一，实现集中式三相逆变器的数据上传，剩余四路光纤通讯模块中的两路光纤通讯模块利用光纤将一个汇流箱组与下位机监控装置3首尾相连，形成一个二级光纤环网二；剩余两路光纤通讯模块利用光纤将另一个汇流箱组与下位机监控装置3首尾相连，形成另一个二级光纤环网二，利用两个相互独立的汇流箱组采集一个下位机监控装置3管辖的光伏发电区域，采集该区域的各支路电流、支路电压、温湿度、断路器工作状态等信息，极大的提高了数据传输速率，利用多个下位机监控装置3组建光纤环网将汇流箱4采集的数据传输至上位机监控系统1，降低了投资成本，整个数据采集系统全部采用光纤通讯，彻底解决了汇流箱和逆变器数据传输过程中的电磁干扰问题，且光纤可以与高压输电线平行架设共用电缆桥架、电缆沟，施工方便易于敷设。

实施例3

本实施例与实施例1不同的是，所述三相逆变器2-5为组串式三相逆变器，所述逆变器通讯子系统组由至少两个逆变器通讯子系统2组成，汇流箱4串联在所述组串式三相逆变器前端。

本实施例中，所述逆变器通讯子系统组的数量为多个。

实际使用中，为每个组串式三相逆变器串联一个汇流箱4采集光伏电站电流电压数据的同时再对其进行逆变，以N取3为例，下位机监控装置3设置有六路光纤通讯模块，其中，两路光纤通讯模块利用光纤将上位机监控系统1与多个下位机监控装置3首尾相连，形成一级光纤环网；剩余四路光纤通讯模块中的两路光纤通讯模块利用光纤将多个逆变器通讯子系统2与下位机监控装置3首尾相连，形成一个二级光纤环网一；剩余两路光纤通讯模块利用光纤将多个逆变器通讯子系统2与下位机监控装置3首尾相连，形成另一个二级光纤环网一，利用两个相互独立的二级光纤环网一对一个下位机监控装置3管辖的光伏发电区域的光伏电站电流电压数据进行采集的同时并对其进行逆变，极大的提高了数据传输速率，避免造成数据传输慢和上位机监控系统信息处理量过大导致的系统不稳定、任务处理不及时等问题。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：包括上位机监控系统(1)和多个下位机监控子系统，所述下位机监控子系统包括下位机监控装置(3)和逆变器通讯子系统组，所述逆变器通讯子系统组由多个逆变器通讯子系统(2)组成，

上位机监控系统(1)与多个下位机监控装置(3)首尾相连组成一级光纤环网；

下位机监控装置(3)与所述逆变器通讯子系统组中多个逆变器通讯子系统(2)的首尾相连组成二级光纤环网一；

下位机监控装置(3)内设置有2N个光纤通信模块，N为不小于1的正整数，下位机监控装置(3)包括箱变测控装置、数据采集器或通讯管理机；

逆变器通讯子系统(2)包括微控制器(2-9)、对汇流箱(4)采集的直流电进行三相交流转换的三相逆变器(2-5)和与微控制器(2-9)连接的以太网模块(2-20)，以太网模块(2-20)上连接有第一光纤通信模块(2-21)和第二光纤通信模块(2-22)，微控制器(2-9)通过PWM控制器(2-8)与三相逆变器(2-5)连接，三相逆变器(2-5)的输出端接有三相滤波器(2-6)，三相滤波器(2-6)的输出为交流输出电路(2-7)，微控制器(2-9)的输入端接有采集汇流箱(4)直流信号的直流处理单元和采集交流输出电路(2-7)交流信号的交流处理单元，所述直流处理单元包括直流电压检测器(2-2)和直流电流检测器(2-3)，以及采用单电源供电且对直流电压检测器(2-2)和直流电流检测器(2-3)获取的直流信号模数转换的第一模数转换器(2-4)，所述交流处理单元包括交流电压检测器(2-10)和交流电流检测器(2-11)，以及采用正负双电源供电且对交流电压检测器(2-10)和交流电流检测器(2-11)获取的交流信号模数转换的第二模数转换器(2-12)。

2.按照权利要求1所述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述逆变器通讯子系统(2)还包括开关电源(2-19)、开关量输入单元、开关量输出单元、GPS对时单元、键盘输入模块(2-23)和液晶显示屏(2-24)，所述开关量输入单元、所述GPS对时单元和键盘输入模块(2-23)均与微控制器(2-9)的输入端相接，所述开关量输出单元和液晶显示屏(2-24)均与微控制器(2-9)的输出端相接。

3.按照权利要求2所述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述开关量输入单元包括开关量输入模块(2-13)和与开关量输入模块(2-13)输出端相接的第一光耦隔离模块(2-14)，所述开关量输出单元包括开关量输出模块(2-15)和与开关量输出模块(2-15)输入端相接的第二光耦隔离模块(2-16)，所述GPS对时单元包括GPS对时模块(2-17)和与GPS对时模块(2-17)相接的第三光耦隔离模块(2-18)。

4.按照权利要求2所述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述开关量输入单元和所述开关量输出单元的数量均为多个。

5.按照权利要求1所述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述直流电压检测器(2-2)为霍尔直流电压传感器，直流电流检测器(2-3)为霍尔直流电流传感器，交流电压检测器(2-10)为交流电压互感器，交流电流检测器(2-11)为交流电流互感器。

6.按照权利要求1所述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述三相逆变器(2-5)为集中式三相逆变器，所述逆变器通讯子系统组由两个逆变器通讯子系统(2)组成。

7.按照权利要求6所述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述汇流箱(4)串联在所述集中式三相逆变器前端。

8.按照权利要求6所述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述汇流箱(4)的数量为多个，多个汇流箱(4)分为M个汇流箱组，所述汇流箱组中的汇流箱(4)与下位机监控装置(3)首尾相连组成与所述二级光纤环网一同级的二级光纤环网二，其中，M为正整数且M不大于N-2。

9.按照权利要求1所述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述三相逆变器(2-5)为组串式三相逆变器，所述逆变器通讯子系统组由至少两个逆变器通讯子系统(2)组成，汇流箱(4)串联在所述组串式三相逆变器前端。

10.按照权利要求9所述的一种基于光纤环网的逆变器通讯系统，其特征在于：所述逆变器通讯子系统组的数量为多个。