CN217010862U

CN217010862U - 一种光伏电站的自供电中继器和网络系统

Info

Publication number: CN217010862U
Application number: CN202220322664.XU
Authority: CN
Inventors: 黄丽琴
Original assignee: Fujian Antai New Energy Tech Corp
Current assignee: Fujian Antai New Energy Tech Corp
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2032-02-17

Abstract

一种光伏电站的自供电中继器和网络系统，包括MCU控制单元、第一通信单元、第二通信单元、光伏供电单元、电芯供电单元、BMS单元和若干接口单元；该第一通信单元与MCU控制单元相连以接入光伏电站的通讯网络；该第二通信模块与MCU控制单元相连以与移动终端通信；该若干接口单元与MCU控制单元相连以连接传感器；该光伏供电单元和电芯供电单元与MCU控制单元相连以供电，该BMS单元与光伏供电单元和电芯供电单元相连以控制电芯供电单元的充电和放电。本实用新型的自供电中继器，可以根据光伏电站通讯情况差异，设置于不良通讯地方作为网络跳点，实现在复杂地形的光伏电站稳定可靠的通讯网络。

Description

一种光伏电站的自供电中继器和网络系统

技术领域

本实用新型涉及光伏电站领域，特别是一种光伏电站的自供电中继器和网络系统。

背景技术

随着国内光伏产业的迅速发展，规模性的光伏电站在国内开始陆续建设和投入运行。目前光伏电站采用有线通信组网方案，现场需要根据实际情况进行光缆敷设，涉及到大量的土建工作量，极大地降低了工作效率，同时也增加了基础建设成本，因此施工周期长，成本高，工作量大，耗费人力等特点比较突出。为了有效降低基建费用，缩短建设周期，减少人力资源，建立完整的无线通信系统解决方案成为迫切需求。

因此，出现了采用Zigbee布局的光伏电站通讯网络。但是，由于地形原因(例如山坡)两个光伏控制单元由于山坡的地缘阻隔，无法形成有效的ZigBee通讯链路，造成网络异常问题，导致数据指令收发异常。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有的光伏电站组网因地形原因，容易产生收发异常的缺陷，提出一种光伏电站的自供电中继器和网络系统，具有更强地形适应能力，在复杂的地形情况下也能实现电站通讯稳定。

本实用新型采用如下技术方案：

一种光伏电站的自供电中继器，其特征在于：包括MCU控制单元、第一通信单元、第二通信单元、光伏供电单元、电芯供电单元、BMS单元和若干接口单元；该第一通信单元与MCU控制单元相连以接入光伏电站的通讯网络；该第二通信模块与MCU控制单元相连以与移动终端通信；该若干接口单元与MCU控制单元相连以连接传感器；该光伏供电单元和电芯供电单元与MCU控制单元相连以供电，该BMS单元与光伏供电单元和电芯供电单元相连以控制电芯供电单元的充电和放电。

优选的，所述第一通信单元为ZigBee通信单元。

优选的，所述第二通信单元为蓝牙单元。

优选的，所述接口单元包括有电压模拟信号接口、电流模拟信号接口、RS485接口和RS232接口中的至少一种。

优选的，还包括有至少一USB接口，该USB接口与所述MCM控制单元相连。

优选的，所述传感器至少包括有雨雪传感器和洪水传感器，该雨雪传感器和洪水传感器与所述接口单元相连。

优选的，所述BMS单元包括充放电电路、电量指示电路和电芯保护电路，该充放电电路、电量指示电路和电芯保护电路与所述电芯供电单元相连。

优选的，还包括有箱体，所述MCU控制单元、所述第一通信单元、所述第二通信单元、电芯供电单元和BMS单元安装于箱体内；所述光伏供电单元安装于所述箱体表面；所述接口单元安装于所述箱体侧边。

一种光伏电站的网络系统，包括监控平台和若干光伏控制单元，该监控平台与若干光伏控制单元之间采用ZigBee通信，还包括至少一上述的一种光伏电站的自供电中继器，所述第一通信单元与光伏控制单元和监控平台之间组成ZigBee通信链路。

优选的，所述自供电中继器通过固定架安装于光伏电站的低洼处或山坡处。

由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型中，在光伏电站中设置自供电中继器，其包括MCU控制单元、第一通信单元、第二通信单元、光伏供电单元、电芯供电单元、BMS单元和若干接口单元等；通过第一通信单元接入光伏电站的通讯网络，第二通信模块与移动终端通信，若干接口单元连接传感器，以及采用光伏供电单元和电芯供电单元供电，可以根据光伏电站通讯情况差异，设置于不良通讯地方作为网络跳点，在极低功耗下，完成网络路径规避障碍的动作，最终实现在复杂地形的光伏电站稳定可靠的通讯网络。

2、本实用新型中，采用ZigBee通讯网络的光伏电站具有更强地形适应能力，并且加装了自供电中继器，使得在复杂的地形情况下也能实现光伏电站通讯稳定。

3、本实用新型中，自供电中继器上设置有各种类型的传感器接口以连接不同的传感器，使得中继器可以在电站任意位置采集数据，以在光伏电站有洪水隐患或雨雪隐患时，通过实时采集水位信息或雨雪信息上传至监控平台报警，便于运维人员更好的掌握光伏电站情况，及时防范异常情况的发生

4、本实用新型中，设置有第二通信单元连接移动终端，则调试人员可通过移动终端直接配置中继器的相关参数和读取传感器相关数据，操作方便。

5、本实用新型中，BMS单元设置有充放电电路控制电芯供电单元的充放电，并通过电量指示电路直观指示电芯供电单元的电量，以及采用电芯保护电路实现电芯过充、过放、过流、短路、充电器检测等保护，确保供电安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型模块图；

图2为本实用新型安装示意图；

图3为MCU控制单元电路图；

图4为BMS单元电路图；

图5为电芯保护电路图；

图6为电芯电量指示电路图；

图7为蓝牙单元电路图；

图8为ZigBee通信单元电路图；

图9为电流模拟信号接口电路图；

图10为电压模拟信号接口电路图；

图11为RS485接口电路图；

图12为RS232接口电路图；

图13为本实用新型安装于山坡处示意图；

图14为本实用新型系统图；

其中：

10、MCU控制单元，11、固定架，12、箱体，20、第一通信单元，30、第二通信单元，40、光伏供电单元，50、电芯供电单元，60、BMS单元，71、电流模拟信号接口，72、电压模拟信号接口，73、RS485接口，74、RS232接口，75、雨雪传感器，76、洪水传感器，80、USB接口，90、光伏控制单元，100、监控平台。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本实用新型的描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

参见图1、图2，一种光伏电站的自供电中继器，包括MCU控制单元10、第一通信单元20、第二通信单元30、光伏供电单元40、电芯供电单元50、BMS单元60和若干接口单元等。该第一通信单元20与MCU控制单元10相连以接入光伏电站的通讯网络；该第二通信模块与MCU控制单元10相连以与移动终端通信；该若干接口单元与MCU控制单元10相连以连接传感器；该光伏供电单元40和电芯供电单元50与MCU控制单元10相连以供电，该BMS单元60与光伏供电单元40和电芯供电单元50相连以控制电芯供电单元50的充电和放电。

其中，第一通信单元20具体类型可根据光伏电站的通信网络类型设置，例如，对于采用ZigBee通讯网络的光伏电站，第一通信单元20可为ZigBee通信单元，参见图8，可采用XB3-24Z8UM配合外围电路，四个指示灯表示通讯状态，加入复位按键和指令按键，对MCU控制单元10提供串口通讯，对外通过2.4G胶棒天线进行通讯。第一通信单元20还可以是WIFI通信单元。

第二通信单元30为蓝牙单元，与之连接通信的移动终端可以是手机、平板等。该移动终端与第二通信单元30建立连接后，调试人员可通过移动终端配置中继器的相关参数以及读取相关的传感数据等。参见图7，蓝牙单元可采用HC-05芯片，与MCU控制单元10为TTL电平通讯，对外采用PCB线圈天线天线，蓝灯表示通讯状态。第二通信单元30不限于此，还可采用其它。

接口单元用于连接传感器以接收传感数据。接口单元可具有多种类型的接口以适配不同的传感器，其可包括有电压模拟信号接口72、电流模拟信号接口71、RS485接口73和RS232接口74中的至少一种，可根据需求设定。

具体的，对于电流模拟信号接口71，参见图9可采用模拟电路放大电路，可接收来自传感器的4-20mA电流信号，采用LM258DT放大处理成电压信号后送至MCU控制单元10的IO口。对于电压模拟信号接口72，参见图10，其可采用模拟电压放大电路，接收来自传感器的0-20mV电压信号，采用LM258DT放大处理成电压信号后送至MCU控制单元10的IO口。对于RS485接口73，参见图11的TTL转RS485电路，可采用RSM485M模块，加上外围保护器件及上下拉电阻，将串口信号转换成RS485差分信号，用于接收传感器的输出的RS485信号。对于RS232接口74，参见图12,的TTL转RS232电路，可采用RSM232模块，加上外围保护器件及上下拉电阻，将串口信号转换成232差分信号，用于接收传感器的输出的RS232信号。

进一步的，传感器包括有雨雪传感器75和洪水传感器76，该雨雪传感器75和洪水传感器76与对应的接口单元相连。该雨雪传感器75可采用栅形电极，利用水的导电性，当有雨水落到感应区间上时，会造成电极短路，从而实现监测是否下雨或下雪。该洪水传感器76可采用水位传感器实现，通过检测水位信号判断是否有洪水。实际应用中，传感器不限于此，还可包括其它常用的传感器，例如温度传感器等。

进一步的，本实用新型还包括有至少一USB接口80，该USB接口80与MCM控制单元相连。该USB接口可连接电脑用于出厂烧录程序和配置参数。

本实用新型中，光伏供电单元40可采用2W小组件作为低压直流电来源。电芯供电单元50可采用21700电芯供电。并且可设置成白天通过2W小组件供电，晚上采用21700电芯供电，两种供电方式是通过硬件电路自动切换，实现全天24小时的持续工作。光伏供电单元40和电芯供电单元50的供电方式不限于此，也可设置成光伏供电单元40作为主供电，电芯供电单元50作为备用供电，当光伏供电单元40无法供电时，由电芯供电单元50供电。

进一步的，BMS单元60设置有充放电电路，该充放电电路与光伏供电单元40和电芯供电单元50相连以控制电芯供电单元50的充放电，参见图2，其可采用TC4056作为主芯片，设计外围参数，以25mA预充电，250mA恒流，25mA涓流，充电状态双输出，还可显示无电池和故障状态，采用红灯和绿灯配合显示充电状态。具有精度为±1.5％的4.2V预设充电电压。

本实用新型的BMS单元60还设置有电量指示电路、电芯保护电路，该电量指示电路和电芯保护电路分别与电芯供电单元50相连。参见图5为电芯保护电路，其可采用DW01KA配合两颗NMOS作为控制，只有当两颗NMOS同时导通，电芯即电池的负极才能与中继器主板的地连通，从而使得电池能正常充放电，具有电芯过充、过放、过流、短路、充电器检测等保护。参见图6的电量指示电路，其可采用CS4060A与四个发光二极管工作，四个灯全亮表示电芯满电量，一个灯亮表示25％电量，两个灯亮表示50％电量，依次类推。

本实用新型还包括有箱体12，MCU控制单元10、第一通信单元20、第二通信单元30、电芯供电单元50和BMS单元60安装于箱体12内；光伏供电单元40安装于箱体12表面；接口单元安装于箱体12侧边。该箱体12可采用户外抗紫外线ABS材质，防水等级达到IP67。

参见图3，MCU控制单元10可采用GD32F103C8T6作为主单片机。其主板上还集成了USB接口80、蓝牙单元、电流模拟信号接口71、电压模拟信号接口72、RS485接口73、RS232接口74、电量指示电路、电芯保护电路、电芯充放电电路等。

本实用新型还提出一种光伏电站的网络系统，参见图14，包括监控平台100、若干光伏控制单元90和至少一上述的自供电中继器，该监控平台100与若干光伏控制单元90之间采用ZigBee通信，该自供电中继器通过第一通信单元20与光伏控制单元90和监控平台100之间组成ZigBee通信链路，该自供电中继器可作为网络跳点，确保各个光伏控制单元90能形成有效的ZigBee通讯链路。

其中，若干光伏控制单元90、若干自供电中继器、监控平台100之间的组网方法可采用现有的方法实现组网，监控平台100用于接收来自光伏控制单元90或自供电中继器上传的相关信息。

实际应用中，由于中继器是自供电设备，因此安装位置很自由，可以根据光伏电站各部分的通讯情况差异，在不良通讯地方加装中继器。例如：参见图13，两个光伏控制单元90由于山坡的地缘阻隔，无法形成有效的ZigBee通讯链路，在加装本实用新型的供电中继器后，可以轻松实现通信链路；或者，可将自供电中继器通过固定架11安装于光伏电站的低洼处，传感器也可安装于固定架11上。参见图2，该固定架11可为横梁或其他结构，从左到右依次为中继器、雨雪传感器75、洪水传感器76。因低洼处容易积水，浸没组件造成发电故障，则在光伏电站最低洼处安装中继器，在水位达到异常值时，自供电中继器可将来自洪水传感器76的水位数据传到后台的监控平台100进行报警，则监控平台100可向光伏控制单元90的控制器发送指令，让光伏组件转动至安全角度位置。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims

1.一种光伏电站的自供电中继器，其特征在于：包括MCU控制单元、第一通信单元、第二通信单元、光伏供电单元、电芯供电单元、BMS单元和若干接口单元；该第一通信单元与MCU控制单元相连以接入光伏电站的通讯网络；该第二通信模块与MCU控制单元相连以与移动终端通信；该若干接口单元与MCU控制单元相连以连接传感器；该光伏供电单元和电芯供电单元与MCU控制单元相连以供电，该BMS单元与光伏供电单元和电芯供电单元相连以控制电芯供电单元的充电和放电。

2.如权利要求1所述的一种光伏电站的自供电中继器，其特征在于：所述第一通信单元为ZigBee通信单元。

3.如权利要求1所述的一种光伏电站的自供电中继器，其特征在于：所述第二通信单元为蓝牙单元。

4.如权利要求1所述的一种光伏电站的自供电中继器，其特征在于：所述接口单元包括有电压模拟信号接口、电流模拟信号接口、RS485接口和RS232接口中的至少一种。

5.如权利要求1所述的一种光伏电站的自供电中继器，其特征在于：还包括有至少一USB接口，该USB接口与所述MCU控制单元相连。

6.如权利要求1所述的一种光伏电站的自供电中继器，其特征在于：所述传感器至少包括有雨雪传感器和洪水传感器，该雨雪传感器和洪水传感器与所述接口单元相连。

7.如权利要求1所述的一种光伏电站的自供电中继器，其特征在于：所述BMS单元包括充放电电路、电量指示电路和电芯保护电路，该充放电电路、电量指示电路和电芯保护电路与所述电芯供电单元相连。

8.如权利要求1所述的一种光伏电站的自供电中继器，其特征在于：还包括有箱体，所述MCU控制单元、所述第一通信单元、所述第二通信单元、电芯供电单元和BMS单元安装于箱体内；所述光伏供电单元安装于所述箱体表面；所述接口单元安装于所述箱体侧边。

9.一种光伏电站的网络系统，包括监控平台和若干光伏控制单元，该监控平台与若干光伏控制单元之间采用ZigBee通信，还包括至少一权利要求1至8中任一项所述一种光伏电站的自供电中继器，所述第一通信单元与光伏控制单元和监控平台之间组成ZigBee通信链路。

10.如权利要求9所述的一种光伏电站的网络系统，其特征在于：所述自供电中继器通过固定架安装于光伏电站的低洼处或山坡处。