CN210780234U - 一种具有复合通讯光伏优化器的光伏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种具有复合通讯光伏优化器的光伏系统，属于光伏发电技术领域。通过Zigbee模块实现了后台系统对光伏系统的工作状态监控、远程控制和信息采集；通过NFC模块实现了每个光伏优化器的准确定位，同时方便巡检人员对复合通讯光伏优化器的实时状态进行检测，避免从后台系统中调出滞后性的信息。该装置设计合理，能够在实时监测光伏系统中各光伏组件工作状态的同时，提供光伏组件的位置信息，从而能够对问题光伏组件进行及时的控制和处理，提高光伏系统运行的安全性和稳定性。

Description

一种具有复合通讯光伏优化器的光伏系统

技术领域

本实用新型属于光伏发电技术领域，具体涉及一种具有复合通讯光伏优化器的光伏系统。

背景技术

光伏(功率)优化器能够对每一个光伏组件实现最大功率点追踪(MPPT)，保证光伏系统中每个光伏模块都可以最大限度地输出电能。它同时具有能量传输，能量优化，数据采集功能和通讯功能，适合在山地和屋面遮挡较严重的地区使用。

ZigBee是一项新型的无线通信技术，适用于传输范围短、数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间。ZigBee无线通信技术可于数以千计的微小传感器相互间，依托专门的无线电标准达成相互协调通信，因而该项技术常被称为 Home RF Lite无线技术、FireFly无线技术。

近场通信(Near Field Communication，简称NFC)，是一种新兴的技术，使用了NFC技术的设备(例如移动电话)可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，是由非接触式射频识别(RFID)及互连互通技术整合演变而来的，通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能，利用移动终端实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。

当前光伏优化器的通讯方式有多种，有采用有线通讯方法RS485通讯、总线通讯，或电力线载波PLC通讯，或者无线通讯方法技术。然而上述光伏优化器的通讯方式适合在线监测光伏优化器数据，但是无法解决光伏优化器在系统中定位问题，即不能确定光伏优化器在光伏优化器组串中第几个，与邻近哪两个光伏优化器连接。在后台系统中无法定位光伏优化器在哪个组串，哪个方阵。同时，检修人员在现场巡查光伏优化器时，只能从后台调取，而后台调取的数据有滞后性，不能实时反应光伏优化器的现场状况。

发明内容

为了解决上述现有问题，本实用新型的目的在于提供一种具有复合通讯光伏优化器的光伏系统，能够在实时监测光伏系统中各光伏组件工作状态的同时，提供光伏组件的位置信息，从而能够对问题光伏组件进行及时的控制和处理，提高光伏系统运行的安全性和稳定性。

本实用新型通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种具有复合通讯光伏优化器的光伏系统，光伏系统中每个光伏组件均对应连接有复合通讯光伏优化器，复合通讯光伏优化器的输入端与光伏组件连接，输出端与其它复合通讯光伏优化器串联；

复合通讯光伏优化器包括MCU和功率转化单元，功率转化单元分别与 MCU和光伏组件连接，功率转化单元的输入端和输出端均连接有检测单元； MCU还连接有Zigbee模块和NFC模块；

复合通讯光伏优化器通过Zigbee模块与上位机连接，通过NFC模块与其它复合通讯光伏优化器的NFC模块和手持NFC巡检设备连接，每个复合通讯光伏优化器具有唯一标识ID。

优选地，功率转化单元包括升压同步整流电路。

优选地，检测单元包括两个用于检测功率转化单元输入端和输出端电流的分流监控器和两个用于检测功率转化单元输入端和输出端电压的电压分压器。

优选地，Zigbee模块和NFC模块的天线固定在复合通讯光伏优化器外壳的外壁上。

进一步优选地，复合通讯光伏优化器外壳为非金属外壳。

优选地，复合通讯光伏优化器的NFC模块的通讯模式包括点对点模式、读卡器模式和卡片模式。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的一种具有复合通讯光伏优化器的光伏系统，通过Zigbee 模块实现了后台系统对光伏系统的工作状态监控、远程控制和信息采集；通过 NFC模块实现了每个光伏优化器的准确定位，同时方便巡检人员对复合通讯光伏优化器的实时状态进行检测，避免从后台系统中调出滞后性的信息。该装置设计合理，能够在实时监测光伏系统中各光伏组件工作状态的同时，提供光伏组件的位置信息，从而能够对问题光伏组件进行及时的控制和处理，提高光伏系统运行的安全性和稳定性。

进一步地，Zigbee模块和NFC模块不接触的固定在复合通讯光伏优化器外壳的内壁上，防止天线间互相电磁干扰。

更进一步地，复合通讯光伏优化器外壳为非金属外壳，进一步减少电磁干扰影响通讯效果。

附图说明

图1为本实用新型的具有复合通讯光伏优化器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细描述，其内容是对本实用新型的解释而不是限定：

如图1，本实用新型的具有复合通讯光伏优化器的光伏系统中，每个光伏组件均对应连接有复合通讯光伏优化器；复合通讯光伏优化器包括MCU、功率转化单元和检测单元，功率转化单元分别与MCU和光伏组件连接，MCU还连接有Zigbee模块和NFC模块。

检测单元包括两个分流监控器，可以采用德州仪器的INA210，可检测功率转化单元输入和输出端的电流得到，能够检测复合通讯光伏优化器的输入电压和电流；检测单元包括两个电压分压器，一个分压器由两个电阻组成，得到电压信号。

功率转化单元为升压并联同步整流电路，将输入端的直流电压升压输出， MCU接受检测单元检测到功率转化单元的输入输出电压电流，下达指令，使功率转化单元实现最大功率跟踪(MPPT)，使功率转化单元的输出端功率最大。升压并联同步整流电路利用mosfet管导通电阻地，开关时间短，降低整流损耗，提高效率。

Zigbee模块和NFC模块的天线固定在复合通讯光伏优化器外壳的外壁上，复合通讯光伏优化器外壳为非金属外壳。所有复合通讯光伏优化器通过Zigbee 模块与上位机连接，通过NFC模块与和其他复合通讯光伏优化器和NFC巡检设备连接，每个复合通讯光伏优化器在生产中烧入程序，具有唯一标识ID。

Zigbee模块利用组网功能与上位机通讯，将该光伏优化器的唯一标识ID与从功率转化单元得到的数据上传到上位机，上位机监控系统处理光伏阵列中每一个复合通讯光伏优化器的数据。

MCU可以采用STM32F334C8T6。

Zigbee模块可以采用TI的CC2530。

NFC模块可以采用NXP DESFire EV1。

近场通信(NFC)是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。目前近场通信已通过成为ISO/IEC IS 18092国际标准、EMCA-340标准与ETSI TS 102 190标准。

复合通讯光伏优化器的NFC模块具有三种通讯模式，即点对点模式，读卡器模式和卡片模式。

卡片模式：NFC模块即相当与一张采用RFID技术的IC卡，NFC模块存有该光伏优化器的唯一标识ID，可被手持NFC巡检设备或者其他处于读卡器模式的光伏优化器读取。

读卡器模式：复合通讯光伏优化器的NFC模块处于读卡器模式，可读取其他复合通讯光伏优化器的处于卡片模式NFC模块的唯一标识ID。

点对点模式：复合通讯光伏优化器的NFC模块可与手持NFC巡检设备双向交换数据，手持NFC巡检设备可复合通讯光伏优化器的NFC模块传递指令。

NFC模块根据MCU是否发出信号、MCU信号中的功率转化单元输入端电压参量、信号中的功率转化单元输入端电流参量、NFC模块是否检测到其他NFC 信号等多个条件NFC模块切换通讯模式。

一个光伏系统中包括n个复合通讯光伏优化器和一个上位机。n个复合通讯光伏优化器输出串联组成一个复合通讯光伏优化器串，所述第i个复合通讯光伏优化器在复合通讯光伏优化器串中，与相邻第i-1个复合通讯光伏优化器和第i+1 个复合通讯光伏优化器串联。其安装时的初始化步骤为：

初始化步骤1，第i个复合通讯光伏优化器输入端接入光伏组件，此时复合通讯光伏优化器根据判定NFC模块处于读卡器模式。

初始化步骤2，第i+1个复合通讯光伏优化器在安装前尚未接入光伏组件，根据判定处于卡片模式，其NFC模块存有其唯一标识ID。施工人员将第i+1个复合通讯光伏优化器的NFC模块天线与第i个光伏优化器的NFC模块天线表面接触，此时第i个复合通讯光伏优化器的NFC模块读取到第i+1个复合通讯光伏优化器的唯一标识ID并记录下来。施工人员依次按复合通讯光伏优化器的接入顺序完成整个复合通讯光伏优化器串的录入工作。

初始化步骤3，复合通讯光伏优化器并网通电工作，第i个复合通讯光伏优化器通过Zigbee模块向上位机发送入网请求，上位机同意入网，并注册，建立联系。第i个复合通讯光伏优化器收到上位机的数据。

初始化步骤4，复合通讯上位机开始对所有入网的复合通讯光伏优化器要求采集数据，第i个复合通讯光伏优化器通过Zigbee模块将自己的唯一标识ID和 i+1个复合通讯光伏优化器的唯一标识ID上传到上位机。

初始化步骤5，上位机得到所有复合通讯光伏优化器的自己的唯一标识ID 和后面接的复合通讯光伏优化器的唯一标识ID，上位机开始配对，前端配对后端，记录一整串光伏组件串，确定第i个复合通讯光伏优化器的位置信息。

初始化步骤6，上位机将第i个复合通讯光伏优化器的位置信息通过ZigBee 无线通讯下发到第i个复合通讯光伏优化器存储。

上述具有复合通讯光伏优化器的光伏系统的工作方法，包括：

光伏系统正常工作时，检测单元检测从功率转化单元输入端和输出端的电参量，与MCU通讯后，MCU处理电参量与MCU内预设的阈值进行比较，根据比较结果，MCU下达本地指令控制复合通讯光伏优化器的工作模式；

光伏系统内所有复合通讯光伏优化器的MCU将检测单元检测的电参量后通过Zigbee模块发送至上位机，当光伏系统中某个复合通讯光伏优化器的检测单元检测到功率转换单元的输出端功率明显低于光伏系统中复合通讯光伏优化器的检测单元检测到功率转换单元的输出端功率的平均值时，上位机下达上位机指令，控制复合通讯光伏优化器开启优化模式。

工作人员手持NFC巡检设备检测复合通讯光伏优化器，此时复合通讯光伏优化器的NFC模块根据判定处于点对点模式，MCU将汇总的电参量通过NFC 模块发送至工作人员手持NFC巡检设备，工作人员手持NFC巡检设备可下达实时NFC指令，控制复合通讯光伏优化器的工作模式。实时NFC指令的优先级＞上位机指令的优先级＞本地指令的优先级，复合通讯光伏优化器在多种指令交错控制下能够合理按照指令级别正常执行指令。

NFC巡检设备能够对复合通讯光伏优化器进行实时固件升级，可快速对复合通讯光伏优化器固件升级并实时检验固件升级效果，方便对比。

需要说明的是，以上所述仅为本实用新型实施方式之一，根据本实用新型所描述的系统所做的等效变化，均包括在本实用新型的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有复合通讯光伏优化器的光伏系统，其特征在于，光伏系统中每个光伏组件均对应连接有复合通讯光伏优化器，复合通讯光伏优化器的输入端与光伏组件连接，输出端与其它复合通讯光伏优化器串联；

复合通讯光伏优化器包括MCU和功率转化单元，功率转化单元分别与MCU和光伏组件连接，功率转化单元的输入端和输出端均连接有检测单元；MCU还连接有Zigbee模块和NFC模块；

复合通讯光伏优化器通过Zigbee模块与上位机连接，通过NFC模块与其它复合通讯光伏优化器的NFC模块和手持NFC巡检设备连接，每个复合通讯光伏优化器具有唯一标识ID。

2.根据权利要求1所述的具有复合通讯光伏优化器的光伏系统，其特征在于，功率转化单元包括升压同步整流电路。

3.根据权利要求1所述的具有复合通讯光伏优化器的光伏系统，其特征在于，检测单元包括两个用于检测功率转化单元输入端和输出端电流的分流监控器和两个用于检测功率转化单元输入端和输出端电压的电压分压器。

4.根据权利要求1所述的具有复合通讯光伏优化器的光伏系统，其特征在于，Zigbee模块和NFC模块的天线固定在复合通讯光伏优化器外壳的外壁上。

5.根据权利要求4所述的具有复合通讯光伏优化器的光伏系统，其特征在于，复合通讯光伏优化器外壳为非金属外壳。

6.据权利要求1所述的具有复合通讯光伏优化器的光伏系统，其特征在于，复合通讯光伏优化器的NFC模块的通讯模式包括点对点模式、读卡器模式和卡片模式。

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