CN207541472U - 一种光伏电站运行监控装置 - Google Patents

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钟山
李磊
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Abstract

本实用新型专利提出了一种光伏电站运行监控装置。包括:光伏组件,用于将光能转化为电能;传感器,用于获取光伏组件的运行参数;接线盒,连接于传感器,用于根据传感器获得到的运行参数控制光伏组件的运行;主控制器,连接于接线盒,用于获取接线盒获取到的光伏组件的运行参数并控制接线盒的运行;无线网关,连接于主控制器,用于主控制器与用户手机之间的数据双向传递;用户手机,与无线网关进行无线连接,用于显示光伏组件的运行参数;数据存储服务器,与用户手机之间无线连接,用于存储用户手机中收到的光伏组件的运行参数;接线盒还连接于光伏逆变器,光伏逆变器用于存储光伏组件发送的电能,并转换为交流电后供负载使用。

Description

一种光伏电站运行监控装置
技术领域
本实用新型公开了一种光伏电站运行监控装置,属于一种远程监控、数据采集系统领域。
背景技术
随着石油、煤炭等传统能源的日益消耗,地球上的矿物能源日渐枯竭,开发可再生能源的需求逐渐增大。为了缓解我国能源紧张的问题,大力发展可再生能源成为一个行之有效的方法。我国作为一个光伏组件生产大国,太阳能作为可再生能源将会得到越来越广泛的应用。
光伏发电系统运行状况和设备的日常维护关系到光伏电站的正常运行。对电站进行监控有利于了解设备运行,出现问题能即时解决,更利于延长光伏电站的使用寿命。因此光伏电站的监控是用户和制造商都关心的问题。现有的光伏电站监控系统一般是通过RS485/422协议采集电站运行数据,然后通过以太网网络通讯模块或者是采用无线方式经由GPRS模块将数据传输至因特网上。数据通过因特网传输至远程数据中心进而分析光伏电站运行状况,监控电站出现的问题。
现有的光伏电站监控系统大多针对大型或超大型光伏电站,所有组件统一配置网关,需要专业网络人员设置相关参数,安装复杂,网关维护修理需要专业人员。而在数据处理监控端,也需要专业人员定时检修监控。在大型光伏电站这些修理、维护、监控工作可以集中解决。
分布式光伏电站一般是光伏屋顶,用户大多是家庭、企业等。现有的光伏电站监控系统大多用于监控大型光伏电站,而且监控系统的安装使用成本大,操作维护复杂,不能满足分布式光伏电站用户多样化、操作智能化的需求。
分布式光伏系统在安装使受到建筑物、地理位置以及场地影响,因此电站的输出功率不能够达到最大化。当树木、烟囱或其他物体投射的阴影遮挡住光伏系统时,就会导致系统造成“失配”问题。即使光伏系统只受到一点点阴影的遮挡都会导致发电量的大幅下跌。
实用新型内容
本监控系统是为了针对小型光伏电站安装使用的特点,实现光伏组件控制、数据采集上传无线化,实现智能监控、管理一体化,缩小用户安装成本,减少接线盒开发成本而提出的。
Android系统手机发展迅速,较专业监控设备价格实惠,附加功能多样,可挖掘的潜能巨大,一方面手机更新换代快,旧手机往往功能齐全但因款式等原因而被弃置不用,采用基于android系统手机的分布式光伏电站智能监控系统作为家庭、企业用光伏电站的数据采集、监控端不仅能满足电站监控、维护智能化的要求,还能减少安装、维护的开支,另一方面Android系统手机可以主动获取包括天气在内的各种信息,并且具有高智能性和可拓展性,与智能接线盒的结合更提升了光伏组件对环境的主动适应性。利用智能手机管理分布式光伏系统,可以充分发挥其优势,在电站管理和提高发电功率发面将提升整个系统的综合利用效果。
本实用新型专利的工作原理:智能接线盒内的传感器采集光伏组件的各项数据信息,再由智能接线盒中无线节点将数据传送至无线网关板汇集、向android系统手机发送,android系统手机接收并解析各个组件综合数据信息之后将这些数据发送给服务器数据处理中心,服务器数据处理中心接收数据并存储。android手机对电站工作数据进行解析,当出现电站出现异常,手机就通过手机短信自动发送异常信息到管理员的指定号码,请求电站维修。当电站管理人员想调节光伏组件参数时,可以向android系统手机发送短信命令,android系统手机接收到命令后通过与无线网关板连接将命令发送至智能接线盒,通过接线盒将指令发送至光伏组件进而实现控制。Android系统手机通过网络获取光伏组件所在位置的环境信息,并动用手机的计算功能得到光伏电站较好的运行参数,再向智能接线盒发送命令,使光伏电站调整工作状态。用户可使用网页或者微信公众平台连接服务器数据处理中心获取电站运行的各项信息。
本实用新型的一个目的是提供了一种基于android手机的小型光伏电站监控方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1). 通过传感器获取光伏组件将运行参数信息,并将这些信息通过有线或者无线方式传输至android手机上;
(2). android手机通过分析数据,若运行参数信息出现异常,则发送短信通知管理人员;android手机收到管理人员的指令短信后,将命令解析后再通过有线或者无线方式发送至光伏组件,对光伏组件进行控制。
上述方法中,传感器与android手机之间是可以依次通过接线盒、无线网关板相连接的,以达到数据双向传输的目的。
作为对上述方法的改进,android手机还定期将获取的光伏组件运行数据发送到服务器数据处理中心,由服务器数据处理中心对信息进行存储。
作为对上述方法的改进,服务器数据处理中心将存储的数据通过web方式或者微信的方式供用户查询。
作为对上述方法的改进,android系统手机还获取光伏组件所在地的环境信息,根据环境信息计算出最优光伏组件运行参数,并将调整工作参数的命令发送至光伏组件,光伏对工作参数作出调整。例如:android可以通过手机的app获取到当地的阴晴雨雪、温度、湿度等信息,再通过常规的MPPT算法计算得到光伏电站的最优运行参数。传统的光伏组件接线盒基本仅仅具有简单而固定的MPPT算法,仅仅根据光照产生的电流、电压等数据确定组件的最大功率点,缺少对外部环境更加积极的变化。而利用手机获取环境信息的功能后,可以更加有效地利用数据去优化光伏电站的运行,还可以减化光伏电站的结构、降低设备成本。
上述第(1)步中运行参数信息包括有光伏组件的输入输出电流、输入输出电压、温度等信息。
本实用新型的另一个目的是提供了一种光伏电站的监控设备。
一种光伏电站运行监控装置,包括:
光伏组件,用于将光能转化为电能;
传感器,用于获取光伏组件的运行参数;
接线盒,连接于传感器,用于根据传感器获得到的运行参数控制光伏组件的运行;
主控制器,连接于接线盒,用于获取接线盒获取到的光伏组件的运行参数并控制接线盒的运行;
无线网关,连接于主控制器,用于主控制器与用户手机之间的数据双向传递;
用户手机,与无线网关进行无线连接,用于显示光伏组件的运行参数。
在一个实施例中,无线网关用于将光伏组件的运行参数通过无线网络发送至用户手机。
在一个实施例中,用户手机用于向主控制器发出指令控制接线盒的运行。
在一个实施例中,还包括数据存储服务器,与用户手机之间无线连接,用于存储用户手机中收到的光伏组件的运行参数。
在一个实施例中,接线盒还连接于光伏逆变器,光伏逆变器用于存储光伏组件发送的电能,并转换为交流电后供负载使用。
在一个实施例中,无线网关与用户手机之间是通过WIFI或者GPRS方式连接。
在一个实施例中,传感器上包括有与光伏组件连接的组件输入电压信号采集电路、组件输入电流信号采集电路、组件输出电压信号采集电路、组件输出电流信号采集电路或者组件温度信号采集电路中的一个或多个。
在一个实施例中,传感器安装于挡板的一侧,且传感器外部设置有磁铁,磁铁与挡板之间通过弹簧连接;在挡板的另一侧安装有电磁感应器,电磁感应器与主控制器连接,主控制器将获得的电磁信号传输至用户手机。
在一个实施例中,磁铁与电磁感应器之间的磁感距离是1~5cm。
在一个实施例中,服务器数据处理中心还与web查询模块或者微信公共平台相连接。web查询模块可以是内置于服务器数据处理中心中的web服务,例如:用户直接通过因特网连接于服务器数据处理中心时即可实现数据查询;web查询模块也可以是另外的网络服务器,服务器数据处理中心将数据通过网络服务器来对公众提供查询服务,web查询服务提供具有用户界面的网站,能够对用户显示节点发电量信息、组件位置信息、整个光伏电站系统运行状况;用户还可以通过手机上的微信客户端向微信公共平台发出请求,查询数据查询以及组件控制功能的服务平台。
在一个实施例中,用户手机还用于获取光伏组件当地的环境信息,根据环境信息计算最优的光伏组件运行参数并通过无线网关板发送至光伏组件。
有益效果
本实用新型专利用于分布式光伏电站、家庭用光伏电站等超分布式光伏电站集中智能管理,提高光伏组件对外部环境的主动适应性,解决了分布式光伏电站分布分散,电站管理系统安装、监控成本高,专业管理电站人员缺乏的等问题。其实现了光伏组件智能化监控,统一化管理,提高光伏组件的工作效率,延长光伏电站使用寿命。
附图说明
图1是实施例的电站系统构架示意图;
图2是实施例的android系统手机基本模块工作示意图;
图3是实施例的电站系统信号传递示意图;
图4是电磁感应器部分的结构图;
其中,1、传感器;2、电磁感应器;3、挡板;4、弹簧;5、磁铁。
具体实施方式
图1所示,基于android手机的小型光伏电站监控系统,光伏组件连接于接线盒,接线盒内置有传感器,传感器可以获取光伏组件的运行参数信息。接线盒与无线网关板之间、无线网关板与Android手机之间、Android手机与服务器数据处理中心之间都是通过无线信号连接,服务器数据处理中心向用户提供web网页查询服务,并且与微信公众平台相连接。
图1中的三个光伏组件用来作为光伏电站发电使用。在这个光伏电站系统中,光伏组件产生的直流电经过光伏组件接线盒引出至光伏逆变器,将直流电转换成交流电供给无线网关板、手机、家用电器使用,额外的电量输入电网,无线网关板和手机也可以使用其它电源。
传感器上包括有组件输入电压信号采集电路,组件输入电流信号采集电路,组件输出电压信号采集电路,组件输出电流信号采集电路,组件温度信号采集电路,上述的采集电路都与光伏组件相连接,其可以采集组件发电量(电压、电流等)、温度、湿度等数据,传感器获取数据后,由接线盒通过无线信号传输发送数据到无线网关板,无线网关板对传感器发送数据进行初步处理,并判断智能接线盒是否在工作,再将数据发送至Android手机。
目前许多的智能接线盒可以根据光伏组件的运行数据对组件进行实时控制,常规的智能控制接线盒如:(1)MOS集成电路基础的智能光伏组件,使用MOS集成电路代替传统二极管,降低组件被遮挡时二极管的发热能耗,同时减少组件正常工作时晶体管的反向漏电流,提高组件的发电效率。(2)二极管旁路电路集成无线发射接受数据系统,接线盒内集成了无线收发模块,可以实时监测并传输电池板数据(电压、电流、功率、温度等)。(3)MPPT+DCTODC电路,通过对阵列中每块电池板分布式安装最大功率跟踪模块,使电站方阵中每块板始终工作在最大功率输出点。对于如安装了智能控制接线盒的太阳能电池智能组件需要能量的供给,一般通过蓄电池提供,但蓄电池的制造成本大、使用寿命不长,并且占用空间大。
Android系统手机以无线蓝牙方式、WIFI或者Mini USB接口与无线网关板连接,数据在Android系统手机与网关板间双向传输,Android系统手机也可以通过无线网关板向各个接线盒内的无线节点发送命令。
当Android系统手机接收到光伏组件数据时,组件数据被解析,如果发现数据出现异常,如某个组件温度过高,Android系统手机将短信通知电站管理人员,Android手机利用自身的计算功能实现了对数据的计算、分析和处理,使该系统得到了简化,不需要设置大型的控制设备,而将这一部分的作业转移至用户的android手机上运行。电站管理人员在收到Android手机发送的短信后,若想设置组件参数则可以使用短信发送命令到手机,通过Android系统手机发送对应命令经由无线网关板和接线盒发给光伏组件;电站管理人员若希望调整传感器的频率,也同样可以发送短信给Android系统手机,手机将控制指令传通过无线网关板发送至传感器上。
同时,Android系统手机使用GPRS或者Wifi经过因特网将保存的组件节点数据定时发送至指定的服务器数据处理中心。在用户需要查询光伏组件数据时,使用监控平台连接到服务器数据处理中心进行相关操作,例如可以通过web服务;服务器数据处理中心也可以连接至微信的公共平台,用户也可以通过微信来对信息进行查询。
Android系统手机还可以用于接收所在地的气象、环境信息,当Android系统手机接收到例如晴雨、温度、湿度等信息时,可以通过预置的程序计算出光伏组件最优的运行参数,并将这些信息通过无线网关板、接线盒发送给光伏组件,从而使光伏组件更好地工作。本实施例中,Android系统手机通过MPPT算法计算得到最优参数。本实用新型的技术方案中对于具体的MPPT算法不作限制,本领域技术人员可以从现有的常规MPPT算法的进行选择,以达到根据环境信息优化运行参数的问题。
android系统手机上主要功能模块如图2 所示。在android系统手机上主要分为数据传输模块、智能管理模块、短信控制模块、命令解析模块,防盗模块。其中数据传输模块是android系统与无线网关数据进行通讯的重要模块,它将无线网关发送过来的各项数据进行解析,解析出组件的数据并发送给智能管理模块,同时它也负责将组件控制命令发送到无线网关板。智能管理模块是作为智能监控光伏组件的主要模块,它负责处理组件数据信息以及通过MPPT算法计算最优参数。智能管理模块将组件的各项数据整理存入手机内部数据库,并通过网络将数据上传到服务器数据处理中心。当智能管理模块发现组件数据发生异常时,主动向管理人员发送短信,通知管理人员处理,若发现数据异常严重时(比如节点温度超高、电流过大),智能管理模块主动发出指令,传输至接线盒,关闭有问题的组件,减少用户的损失。智能管理模块将通过网络、GPS数据获取电站所在位置的时间、天气、季节、经纬度等外部环境,通过MPPT算法计算最优参数,并发送组件控制命令。短信控制模块确保管理人员对分布式电站进行有效的远程控制。短信控制模块能使管理员远程控制手机和光伏组件,当管理员需要电站附件图像时,可通过短信控制手机拍照,并控制手机将图像通过网络上传;而管理员需要调节组件参数时,可以发送固定格式的短信命令,短信控制模块解析短信命令并向命令解析模块发送数据。命令解析模块负责将各模块通过智能接线盒对光伏组件的控制命令进行解析,按照无线网络的通讯协议发送给无线网关板。防盗模块主要功能在手机被偷盗时,自动发送手机的位置信息及当前手机卡号码等内容给管理员,以期能追回被盗的手机
图3 所示,组件数据在整个系统中的数据流程。在多个光伏组件传输数据时,多个传感器无线节点和网关板组成了一个嵌入式无线传感器网络,组件数据和控制命令在此网络中传输,经由网关板输出组件信息数据至android系统手机。Android系统手机对组件数据解析处理后,对应不同情况分别进行不同的数据操作。当组件数据没有异常时,数据被存入数据库中,再经由因特网上传至服务器数据处理中心。服务器数据处理中心通过服务程序将数据存储,经过数据分析处理后发布给用户。用户可以通过浏览器监控,或者使用手机端的微信公众平台监控。电站管理人员可以通过手机设备或者飞信的方式接受从android系统手机发送的组件异常消息数据或者向其发送调整组件参数的命令数据。Android系统手机从因特网获取电站位置的天气季节等信息,根据这些信息确定智能接线盒的MPPT算法,通过无线网关板发送命令及时改变智能接线盒的MPPT算法。
在实际使用中,光伏组件上的传感器1是安装于组件上的挡板3部位,在一些运行过程中,有可能会出现异物将传感器遮挡,会导致传感器1不能发挥正常监测功能。本实用新型的一个改进方式,如图4所示,传感器1安装于挡板3的一侧,且传感器1外部设置有磁铁5,磁铁5与挡板3之间通过弹簧4连接;在挡板3的另一侧安装有电磁感应器2,电磁感应器2与主控制器连接,与主控制器将获得的电磁信号传输至用户手机。特别地,电磁感应器2与磁铁的磁感距离是1~5cm,因此,当有物体移动至传感器1附近并将磁铁向下按压至设定距离后,会使电磁感应器获得感应信号,感应信号传递至与主控制器后,可以立即发送至手机,使用户立即了解到感应器附近受到阻碍。

Claims (7)

1.一种光伏电站运行监控装置,其特征在于,包括:
光伏组件,用于将光能转化为电能;
传感器,用于获取光伏组件的运行参数;
接线盒,连接于传感器,用于根据传感器获得到的运行参数控制光伏组件的运行;
主控制器,连接于接线盒,用于获取接线盒获取到的光伏组件的运行参数并控制接线盒的运行;
无线网关,连接于主控制器,用于主控制器与用户手机之间的数据双向传递;
用户手机,与无线网关进行无线连接,用于显示光伏组件的运行参数;
数据存储服务器,与用户手机之间无线连接,用于存储用户手机中收到的光伏组件的运行参数;
接线盒还连接于光伏逆变器,光伏逆变器用于存储光伏组件发送的电能,并转换为交流电后供负载使用。
2.根据权利要求1所述的光伏电站运行监控装置,其特征在于,无线网关用于将光伏组件的运行参数通过无线网络发送至用户手机。
3.根据权利要求1所述的光伏电站运行监控装置,其特征在于,用户手机用于向主控制器发出指令控制接线盒的运行。
4.根据权利要求1所述的光伏电站运行监控装置,其特征在于,无线网关与用户手机之间是通过WIFI或者GPRS方式连接。
5.根据权利要求1所述的光伏电站运行监控装置,其特征在于,传感器上包括有与光伏组件连接的组件输入电压信号采集电路、组件输入电流信号采集电路、组件输出电压信号采集电路、组件输出电流信号采集电路或者组件温度信号采集电路中的一个或多个。
6.根据权利要求1所述的光伏电站运行监控装置,其特征在于,传感器(1)安装于挡板(3)的一侧,且传感器(1)外部设置有磁铁(5),磁铁(5)与挡板(3)之间通过弹簧(4)连接;在挡板(3)的另一侧安装有电磁感应器(2),电磁感应器(2)与主控制器连接,主控制器将获得的电磁信号传输至用户手机。
7.根据权利要求1所述的光伏电站运行监控装置,其特征在于,磁铁(5)与电磁感应器(2)之间的磁感距离是1~5cm。
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CN109462362A (zh) * 2018-10-09 2019-03-12 安徽大恒能源科技有限公司 一种户用型光伏电站
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