CN216146081U - 一种光伏发电数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光伏发电数据采集系统，系统包括：光伏组件；U/I采集模块，U/I采集模块连接光伏组件，用于获取光伏组件的电压和电流数据，并发送电压和电流数据，根据反馈的组串切断指令切断光伏组件；数据记录模块，用于存储电压和电流数据；本地计算机，本地计算机连接数据记录模块，用于根据电压和电流数据判断光伏组件故障情况，根据故障情况发出组串切断指令；数据传输模块，用于将电压和电流数据传输给云端服务器；云端服务器，用于根据电压和电流数据判断光伏组件故障情况，根据故障情况发出组串切断指令。在电路出现危险的时刻，可以自动切断光伏组串线路，避免更大风险，保障设备和人身安全。

Description

一种光伏发电数据采集系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电、光伏设备测试技术领域，特别涉及一种光伏发电数据采集系统。

背景技术

随着化石能源对环境污染的日益加剧，太阳能、风能等可再生的清洁能源备受瞩目。光伏是太阳能有效利用的一个重要领域，光伏使用量增长迅猛。目前太阳能光伏电站关键设备在线运行检测、测量所需的仪器、方法、精度等与国际先进水平差距较大，对于己建成的大型并网光伏发电系统的实际运行性能评估方法、测量设备精度、设备布置方案等均不成熟，数据对比分析、实际运行性能评估方法单一，无法对己建成光伏电站进行有效评估。

分布式光伏发电系统广泛应用在农业大棚荒坡、空地、工业厂房、居民住宅、商业楼宇等；能将闲置的屋顶、车棚、荒地等安装上太阳能电池组件。基于此种现状，当光伏产品被广泛的运用到建筑中，光伏发电系统若发生线路绝缘不佳/短路等故障，甚至可能引发火灾，甚至造成更大风险。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型提出了一种光伏发电数据采集系统，该系统使用简单便捷。通过该系统可方便的对已建成光伏电站进行数据对比分析、实际运行性能评估，判断电路故障，在电路出现危险的时刻，可以自动切断光伏组串线路，避免更大风险，保障设备和人身安全。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案。

一种光伏发电数据采集系统，包括：

光伏组件；

U/I采集模块，U/I采集模块连接光伏组件，用于获取光伏组件的电压和电流数据，并发送电压和电流数据，根据反馈的组串切断指令切断光伏组件；

数据记录模块，数据记录模块连接U/I采集模块，用于存储电压和电流数据；

本地计算机，本地计算机连接数据记录模块，用于根据电压和电流数据判断光伏组件故障情况，根据故障情况发出组串切断指令；

数据传输模块，数据传输模块连接数据记录模块，用于将电压和电流数据传输给云端服务器；

和云端服务器；云端服务器连接数据传输模块，用于根据电压和电流数据判断光伏组件故障情况，根据故障情况发出组串切断指令；并通过数据传输模块和数据记录模块传输组串切断指令。

作为本实用新型的进一步改进，所述U/I采集模块包括：

电流测量单元，电流测量单元连接光伏组件的一路电流测量端口用于获取电流数据；

电压测量单元，电压测量单元连接光伏组件的多路电压采集端口用于获取每相邻两路之间的电压数据；

信号转换及传输单元，电流测量单元与电压测量单元均与信号转换及传输单元连接用于数据传输；

和电控切断单元，电控切断单元设置在光伏组件的每一路电网上，电控切断单元连接信号转换及传输单元用于根据组串切断指令做出切断动作。

作为本实用新型的进一步改进，所述电控切断单元为断路器。

作为本实用新型的进一步改进，

所述数据记录模块通过RS485总线连接U/I采集模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述云端服务器还连接有电子终端，电子终端为电脑、平板电脑或手机。

作为本实用新型的进一步改进，所述数据传输模块采用4G模块、5G模块或WIFI模块。

作为本实用新型的进一步改进，每个光伏组串配置一个U/I采集模块，多个U/I采集模块接入一个数据记录模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述数据记录模块内置了闪存器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的一种光伏发电数据采集系统具有自动切断组串线路，U/I采集模块可以采集光伏板的电压和电流值，并根据电压电流值判断是否出现故障得到的切断指令进行电路切断，实现光伏发电保护。自动切断组串线路将作为一种光伏发电系统必备的功能被越来越多的地方所提出。通过该系统可方便的对已建成光伏电站进行数据对比分析、实际运行性能评估，判断电路故障，在电路出现危险的时刻，可以自动切断光伏组串线路，避免更大风险，保障设备和人身安全。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实

图1是本实用新型的系统原理图。

图2是U/I采集模块原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，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除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，实用新型第一个目的是提供一种光伏发电数据采集系统包括：光伏发电站原有的光伏组件01，U/I采集模块02，数据记录模块03，数据传输模块04，云端服务器05；如图2所示，U/I采集模块02内部包括电流测量单元021、电压测量单元022、电控切断单元023、信号转换及传输单元024。

U/I采集模块02，U/I采集模块02连接光伏组件01，用于获取光伏组件01的电压和电流数据，并发送电压和电流数据，根据反馈的组串切断指令切断光伏组件01；

数据记录模块03，数据记录模块03连接U/I采集模块02，用于存储电压和电流数据；

本地计算机06，本地计算机06连接数据记录模块03，用于根据电压和电流数据判断光伏组件故障情况，根据故障情况发出组串切断指令；

数据传输模块04，数据传输模块04连接数据记录模块03，用于将电压和电流数据传输给云端服务器05；

和云端服务器05；云端服务器05连接数据传输模块04，用于根据电压和电流数据判断光伏组件故障情况，根据故障情况发出组串切断指令；并通过数据传输模块04和数据记录模块03传输组串切断指令。

如图2所示，所述U/I采集模块02包括：

电流测量单元021，电流测量单元021连接光伏组件01的一路电流测量端口用于获取电流数据；实际硬件为电流采集模块。

电压测量单元022，电压测量单元022连接光伏组件01的多路电压采集端口用于获取每相邻两路之间的电压数据；实际硬件为电压采集模块。

信号转换及传输单元024，电流测量单元021与电压测量单元022均与信号转换及传输单元024连接用于数据传输；

和电控切断单元023，电控切断单元023设置在光伏组件01的每一路电网上，电控切断单元023连接信号转换及传输单元024用于根据组串切断指令做出切断动作，实际硬件为断路器。

U/I采集模块02外部输入1路电流测量端口，通过电流测量单元021进行电流测量；外部输入的多路电压采集端口，每相邻2路之间配备1个电压测量单元022，进行电压测量；电流测量单元021与电压测量单元022所测的数据，通过信号转换及传输单元024进行模拟信号至数字信号的转换，然后对外进行传输。同时，经过数据分析判断组串出现短路、漏电等情况，信号转换及传输单元024会收到组串切断指令，并给出相应信号至电控切断单元023，电控切断单元023做出切断动作，将该组串断开以保证设备及人员安全。

U/I采集模块02具有以下功能：

U/I采集模块02可电流电压同时测量，可进行直流功率及电量计量；

U/I采集模块02可测量组串电流、组串电压，并且通过接入多个电压采集节点可以测量每1个光伏组件的电压；

U/I采集模块02具备通讯功能，标准modbus协议，上报参数；

U/I采集模块02内置断电保护功能，当检测到组串故障，例如对地导通情况，可进行自动切断。

U/I采集模块02上报数据至数据记录模块03，数据记录模块03进行记录汇总；

其中，数据记录模块03通过本地网络将数据传输至计算机，计算机软件进行实时处理及分析，

本地计算机软件进行数据的实时处理及分析，可以精确判断光伏发电阵列内的每一块光伏组件的发电与故障情况，通过人为设定阈值或者AI分析的判断方式，判断故障组件并发出报警信号。

其中，所述数据记录模块03通过RS485总线连接U/I采集模块02。

所述云端服务器05还连接有电子终端07，电子终端07为电脑、平板电脑或手机。所述数据传输模块04采用4G模块、5G模块或WIFI模块。

优选地，每个光伏组串配置一个U/I采集模块02，多个U/I采集模块02接入一个数据记录模块03。

所述数据记录模块03内置了闪存器。便于快速存储数据。

举例说明：

假设某一组件发生故障，自身二极管导通，工作电压下降至原有值的70％以下，本系统将会对该组件进行故障报警，提示运维人员或科研人员进行进一步的具体勘查。

数据记录模块03同时与数据传输模块04连接，数据传输模块通过4G/WiFi将数据传输至云端服务器05，数据在云端服务器05进行处理及分析，实现与本地计算机同样的功能；

云端服务器WEB界面可通过计算机、手机、PAD等装置访问，界面实时显示发电情况、故障情况、性能分析。

本系统既可以仅在本地离线使用，也可以通过云平台在线使用，实现远程测试、远程评估。

云端服务器可以为众多安装了同样系统的电站提供数据分析与处理，当容量较小的光伏电站安装了本实用新型所述的光伏发电评估系统，出于性价比等方面原因，未配备本地化的计算机及局域网络，本实用新型所述光伏发电评估系统依然可以单独使用云端服务器05进行工作。

本实用新型第二个目的是提供一种光伏发电数据采集系统的控制方法，包括以下步骤：

U/I采集模块02外部输入一路电流测量端口进行电流测量；U/I采集模块02外部输入的多路电压采集端口进行电压测量；

本地计算机06或云端服务器05根据电压和电流数据判断光伏组件故障情况，根据故障情况发出组串切断指令；

U/I采集模块02根据组串切断指令切断电路。

下面结合附图对本实用新型做详细叙述。

下面以1MW的光伏发电阵列为例，来说明本实用新型的应用方法。

1MWp的光伏发电阵列由2500块400Wp光伏组件组成，每25个光伏组件组成1个光伏组串，每20个光伏组串接入1台200KWp组串式逆变器，5台200KWp组串式逆变器组成1个1MWp光伏发电阵列。

应用于1MWp的光伏发电阵列的光伏发电评估系统配置如下：

每25个光伏组件构成的光伏组串配置1个U/I采集模块02(1MWp的光伏发电阵列共安装有100个)，实时监测组串电流、组串电压、每个组件电压等发电数据，每个200KWp光伏逆变器下的20路组串，共装有20个U/I采集模块02，20个U/I采集模块02接入1个数据记录模块03(1MWp的光伏发电阵列共安装有5个)，将测量到的发电数据实时传输至数据记录模块03，数据记录模块03内置了闪存器，数据首先进行本地存储并且通过局域网传输至本地计算机进行数据分析处理，同时数据记录模块03的数据通过数据传输模块04上传至云端服务器，并且在云端服务器进行数据分析处理。

通过以上的系统配置，可以实现以下功能：

1)可以监测整个系统的实时发电参数。

2)可以追溯整个系统的历时发电参数，所有历史数据均本地化+云端存储，方便任意时刻与位置进行调用、分析。

3)精确分析2500个光伏组件中的每1个组件的发电情况，实现单组件故障报警，为运维人员或科研人员提供准确的故障定位。

4)根据发电数据历时变化情况进行未来光伏系统功率衰减程度的预测。

5)根据历时发电数据，结合电站辐照数据，给出光伏组件清洗建议，包括清洗频次，清洗具体区域。

6)当某一组串发生漏电或者短路等故障，提供实时故障定位与报警，并且自动切断该组串的电路。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的实用新型主题的一部分。

Claims (8)

1.一种光伏发电数据采集系统，其特征在于，包括：

光伏组件(01)；

U/I采集模块(02)，U/I采集模块(02)连接光伏组件(01)，用于获取光伏组件(01)的电压和电流数据，并发送电压和电流数据，根据反馈的组串切断指令切断光伏组件(01)；

数据记录模块(03)，数据记录模块(03)连接U/I采集模块(02)，用于存储电压和电流数据；

本地计算机(06)，本地计算机(06)连接数据记录模块(03)，用于根据电压和电流数据与设定阈值比较判断光伏组件故障情况，根据故障情况发出组串切断指令；

数据传输模块(04)，数据传输模块(04)连接数据记录模块(03)，用于将电压和电流数据传输给云端服务器(05)；

和云端服务器(05)；云端服务器(05)连接数据传输模块(04)，用于根据电压和电流数据与设定阈值比较判断光伏组件故障情况，根据故障情况发出组串切断指令；并通过数据传输模块(04)和数据记录模块(03)传输组串切断指令。

2.根据权利要求1所述的一种光伏发电数据采集系统，其特征在于，

所述U/I采集模块(02)包括：

电流测量单元(021)，电流测量单元(021)连接光伏组件(01)的一路电流测量端口用于获取电流数据；

电压测量单元(022)，电压测量单元(022)连接光伏组件(01)的多路电压采集端口用于获取每相邻两路之间的电压数据；

信号转换及传输单元(024)，电流测量单元(021)与电压测量单元(022)均与信号转换及传输单元(024)连接用于数据传输；

和电控切断单元(023)，电控切断单元(023)设置在光伏组件(01)的每一路电网上，电控切断单元(023)连接信号转换及传输单元(024)用于根据组串切断指令做出切断动作。

3.根据权利要求2所述的一种光伏发电数据采集系统，其特征在于，

所述电控切断单元(023)为断路器。

4.根据权利要求1所述的一种光伏发电数据采集系统，其特征在于，

所述数据记录模块(03)通过RS485总线连接U/I采集模块(02)。

5.根据权利要求1所述的一种光伏发电数据采集系统，其特征在于，

所述云端服务器(05)还连接有电子终端(07)，电子终端(07)为电脑、平板电脑或手机。

6.根据权利要求1所述的一种光伏发电数据采集系统，其特征在于，

所述数据传输模块(04)采用4G模块、5G模块或WIFI模块。

7.根据权利要求1所述的一种光伏发电数据采集系统，其特征在于，

每个光伏组串配置一个U/I采集模块(02)，多个U/I采集模块(02)接入一个数据记录模块(03)。

8.根据权利要求1所述的一种光伏发电数据采集系统，其特征在于，

所述数据记录模块(03)内置了闪存器。

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