CN210016318U - 一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置,所述装置包括控制模块MCU、通信模块、DC/DC电源模块、电压采集模块和开关模块;DC/DC电源模块输入端连接蓄电池组,输出端连接控制模块MCU、通信模块、电压采集模块和开关模块;所述通信模块和电压采集模块与控制模块MCU信号连接,控制模块MCU通过串行接口与通信模块连接,接收控制命令,控制开关模块导通或断开;可有效实现系统电源故障远程判断与恢复和关键配件性能远程检测,降低系统运维难度,缩短运维周期,同时提高系统的可靠性,降低系统的运维成本。

Description

一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置
技术领域:本实用新型涉及设备检测与故障处理技术领域,尤其涉及的是一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置。
背景技术
在太阳能、风能离网供电系统使用过程中,经常会涉及对系统的维护、故障排除及关键部件检测等工作,一般需要现场处理的故障如下:充放电控制器死机、蓄电池因过放而导致无法正常启动设备、蓄电池待机时间缩短、系统电源出现非规律性断电等现象,这些故障的处理,多数需要现场采取对其中部件进行断电来判断故障的所在,有时因系统的电源的重要性,现场运维人员并不具备专业知识,需要现场与专业技术人员联系,远程支持以排除故障;同时系统电源运行经过长时间运行,相关部件的性能将出现不定量的衰减,为了保证系统的可靠性,及时了解系统的工作性能,定期的关键部件(如太阳能板、风力发电机、控制器、蓄电池、逆变器等)检测是非常必要的。
而基于太阳能、风能离网供电系统本身应用环境多为偏远地区,因此系统运维工作难度较大,且运维周期较长,从而造成运维成本提高及增加系统故障恢复周期。
实用新型内容
为了解决上述问题,本实用新型提供一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置,实现故障处理和关键设备性能检测,为实现上述目的,本实用新型采取如下技术方案:
一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置,所述控制器包括控制模块MCU、通信模块、DC/DC电源模块、电压采集模块和开关模块;DC/DC电源模块输入端连接蓄电池组,输出端连接控制模块MCU、通信模块、电压采集模块和开关模块;所述通信模块和电压采集模块与控制模块MCU信号连接;其特征在于,所述开关模块包括:第一开关模块,输入端连接太阳能或风能组件的电能输出端,常闭输出端连接太阳能或风能控制器电能输入端,常开输出端连接蓄电池组,控制端连接控制模块MCU;第二开关模块,输入端连接太阳能或风能控制器的蓄电池组连接端,常闭输出端连接蓄电池组,控制端连接控制模块MCU;第三开关模块,输入端连接太阳能或风能控制器的负载输出端,常闭输出端连接直流负载端,控制端连接控制模块MCU;第四开关模块,输入端连接蓄电池组,常闭输出端连接逆变模块的输入端,控制端连接控制模块MCU。
优选的,所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块。
优选的,所述有线通信模块为RS485总线。
优选的,所述无线通信模块为GPRS通信模块。
优选的,所述开关模块包括一个以上的开关元件。
优选的,所述开关元件为直流继电器或MOS开关。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:控制模块MCU通过串行接口与通信模块连接,接收控制命令,控制相应开关模块导通或断开,可有效实现系统电源故障远程判断与恢复和关键配件性能远程检测,降低系统运维难度,缩短运维周期,同时提高系统的可靠性,降低系统的运维成本。
附图说明:
图1为本实用新型的系统结构示意图;
图2为本实用新型的设备检测与故障处理的装置的方框图;
图3为本实用新型的电路图。
具体实施方式:
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、图2所示,一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置,控制器包括控制模块MCU、通信模块、DC/DC电源模块、电压采集模块和开关模块;DC/DC电源模块输入端连接蓄电池组,输出端连接控制模块MCU、通信模块、电压采集模块和开关模块;通信模块和电压采集模块与控制模块MCU信号连接;开关模块包括:第一开关模块,输入端连接太阳能或风能组件的电能输出端,常闭输出端连接太阳能或风能控制器电能输入端,常开输出端连接蓄电池组,控制端连接控制模块MCU;第二开关模块,输入端连接太阳能或风能控制器的蓄电池组连接端,常闭输出端连接蓄电池组,控制端连接控制模块MCU;第三开关模块,输入端连接太阳能或风能控制器的负载输出端,常闭输出端连接直流负载端,控制端连接控制模块MCU;第四开关模块,输入端连接蓄电池组,常闭输出端连接逆变模块的输入端,控制端连接控制模块MCU;控制模块MCU通过串行接口与通信模块连接,接收控制命令,控制开关模块导通或断开。
如图3所示,控制模块MCU采用型号为STM32c8t6的单片机,通过单片机的I/O口A4至A1输出高低电平,触发对应三极管Q1至Q4导通或关断,从而使继电器K1至K4线圈上电或断电来实现相应连接在继电器常开或常闭触点处的相关设备间的电源连通或断开;电压采集模块通过连接蓄电池的串联电阻RC1和RC2进行分压后,再接入单片机的AD转换口B0,通过单片机的模数转换功能测量蓄电池组的电压,同时为了保证测量精度,需要为单片机提供一个精确的参考电压,通过电路中型号为LA-28P芯片降压至1.8V后输出至单片机接口B1,为单片机提供参考电压。
通信模块包括有线通信模块和无线通信模块;有线通信模块为采用型号为SN75176的485芯片,485芯片中的接收端R和发送端D与单片机的第三串口中的TX3和RX3连接,使能端/RE和DE连接至单片机的C15口,通过485芯片的AB接口连接外部终端设备或用于本地调试;JP1为连接外部无线通信模块的接口,无线通信模块采用型号为M6312的物联网无线通信模块,支持GSM/GPRS通讯,为工业级通信模组,可保证野外设备的运行稳定,无线通信模块具有全双工串行通信接口,通过串口RX1和TX1与单片机中的第一串口的RX1和TX1连接;无线通信模块主要用于本装置与远端管理平台进行数据交互,而有线通信模块则主要用于本地调试以及与就近设备(如太阳能或风能充放电控制器等)进行数据交互,可以采集相应数据作为本装置中开关模块动作的判断数据。
开关模块包括一个以上的开关元件,用于控制多个同类设备,如多个太阳能或风能的发电组件及充放电控制器等,多个开关可单独或多个同时通断;根据开关元件响应速度要求或者使用频次来确定开关元件为直流继电器或MOS开关,如图3中采用的是直流继电器方式。
由于本申请的装置自身需要控制太阳能或风能充放电控制器的通断,因此DC/DC电源模块输入端直接连接蓄电池组,蓄电池组从JP_B端子接入,将蓄电池组的DC12或24V转换成DC3V或5V,输出给控制模块MCU、通信模块和开关模块,这里所述的DC/DC电源模块采用型号为LM7805的电源芯片。
本申请的供电控制器解决故障过程:
故障类型1:太阳能或风能充放电控制器死机。
故障处理过程:断开第一开关模块中的太阳能或风能组件和太阳能或风能充放电控制器的连接,同时断开第二开关模块中的太阳能或风能充放电控制器和蓄电池组的连接,使太阳能或风能充放电控制器断电重启,通过重启充放电控制器使其恢复正常工作。
故障类型2:蓄电池组过放导致太阳能或风能充放电控制器不能正常启动。
故障处理过程:断开第一开关模块中的太阳能或风能组件和太阳能或风能充放电控制器的连接,将太阳能或风能组件输出端直接连接至蓄电池组,电压采集模块测量蓄电池组电压,蓄电池组电压提升到大于控制器启动电压后,断开太阳能或风能组件电能输出端与蓄电池组的连接,重新导通太阳能或风能组件和太阳能或风能充放电控制器的连接,使得太阳能或风能充放电控制器恢复正常工作状态;此种故障处理过程亦可以处理因蓄电池过放导致系统电压识别错误而导致太阳能或风能充放电控制器不能正常工作的故障。
故障类型3:蓄电池组待电时间缩短。
故障处理过程:断开第三开关模块中太阳能或风能充放电控制器负载输出端与直流负载端的连接和第四模块中的蓄电池组和逆变模块间的连接,蓄电池处于只充电不放电的状态,直至将蓄电池充满,然后断开第一开关模块中的太阳能或风能组件与太阳能或风能充放电控制器的连接,连接上述负载,使蓄电池组处于只放电不充电的状态,如果待电时间依然较短,说明蓄电池组性能下降,需要更换蓄电池组,如果待电时间明显加长,则说明太阳能或风能组件发电量过低,导致蓄电池充不满而待电时间短。
故障类型4:太阳能或风能充放电控制器通电后,蓄电池组电压明显下降。
故障处理过程:蓄电池组电压明显下降,如果低于太阳能或风能充放电控制器的启动电压,则容易使其不能正常工作,此种故障现象可将断开第二模块中蓄电池组和太阳能或风能充放电控制器之间的连接,将蓄电池组直接和直流负载端连接,如果此时蓄电池组电压明显降低,则表示蓄电池组性能下降或蓄电池组电压为虚压;如果蓄电池组电压没有明显降低,则表明太阳能或风能充放电控制器损坏,需要更换。
故障类型5:蓄电池组处于低压保护后,逆变器产生自耗电严重,从而会造成蓄电池组过放。
故障处理过程:断开第四开关模块中的蓄电池组和逆变模块输入端的连接,使蓄电池组低压保护状态加长,保护蓄电池组及提高系统可靠性。此种故障处理过程亦可以处理逆变模块意外死机导致的交流负载不工作的状态,切断逆变模块的输入端,然后重新接通与蓄电池组的连接,用于重启逆变模块使其能恢复正常工作。
本申请的供电控制器对关键设备性能检测的过程:
检测内容1:蓄电池组容量远程检测。
检测过程:通过第三、第四开关模块断开与负载的连接,将蓄电池组处于充满状态,关闭第一开关模块中太阳能或风能组件与太阳能或风能充放电控制器的连接,同时连接负载端,进行蓄电池组的放电测试,通过放电时间和放电电流测算蓄电池组的真实容量。放电时间为电压采集模块采集到的电压值从蓄电池组充满时的最高电压值一直降低到最低电压保护值时的时间;充电电流通过太阳能或风能充放电控制器内的放电电流数据获取。
检测内容2:太阳能或风能组件的发电容量检测。
检测过程:首先断开第一开关模块中太阳能或风能充放电控制器与太阳能或风能组件的连接,使蓄电池组处于完全放电状态,直至将蓄电池电量放至最低保护值,然后将第三、第四开关模块断开与负载的连接,恢复第一开关模块中太阳能或风能充放电控制器与太阳能或风能组件的连接,对蓄电池组进如只充不放的状态,结合当时的气象数据(光照)及蓄电池组充满所需的时间,初步测试太阳能或风能组件的发电能力,根据发电能力,综合考虑太阳能或风力发电组件的设备状态情况,了解太阳能或风能组件的真实发电功率。
上述故障处理过程或关键设备检测过程中,蓄电池组电压通过与其连接的电压采集模块采集后,将数据传送至控制模块MCU处理后进行反馈,可以通过无线通信模块将蓄电池电压数据传送至远端管理平台或通过有线通信模块传送至本地调试终端。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换,这些变更、修改或者等同替换,均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置,所述装置包括控制模块MCU、通信模块、DC/DC电源模块、电压采集模块和开关模块;DC/DC电源模块输入端连接蓄电池组,输出端连接控制模块MCU、通信模块、电压采集模块和开关模块;所述通信模块和电压采集模块与控制模块MCU信号连接;其特征在于,所述开关模块包括:第一开关模块,输入端连接太阳能或风能组件的电能输出端,常闭输出端连接太阳能或风能控制器电能输入端,常开输出端连接蓄电池组,控制端连接控制模块MCU;第二开关模块,输入端连接太阳能或风能控制器的蓄电池组连接端,常闭输出端连接蓄电池组,控制端连接控制模块MCU;第三开关模块,输入端连接太阳能或风能控制器的负载输出端,常闭输出端连接直流负载端,控制端连接控制模块MCU;第四开关模块,输入端连接蓄电池组,常闭输出端连接逆变模块的输入端,控制端连接控制模块MCU;控制模块MCU通过串行接口与通信模块连接,接收控制命令,控制开关模块导通或断开。
2.如权利要求1所述的一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置,其特征在于,所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块。
3.如权利要求2所述的一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置,其特征在于,所述有线通信模块为485通信模块。
4.如权利要求2或3所述的一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置,其特征在于,所述无线通信模块为GPRS通信模块。
5.如权利要求1所述的一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置,其特征在于,所述开关模块包括一个以上的开关元件。
6.如权利要求5所述的一种用于太阳能风能系统中设备检测与故障处理的装置,其特征在于,所述开关元件为直流继电器或MOS开关。
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