CN217522635U

CN217522635U - 一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备

Info

Publication number: CN217522635U
Application number: CN202221212398.1U
Authority: CN
Inventors: 冯成; 李宁达; 邓晓帆; 张俊奎
Original assignee: Shanghai Shaoneng New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Shaoneng New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2022-05-20
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2032-05-20

Abstract

本实用新型涉及光伏设备技术领域，具体涉及一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，包括若干个前端采集器、后端采集器和若干个关断装置，前端采集器包括控制单元、第一通信单元、第二通信单元、第一采集单元、第二采集单元、存储单元和供电单元，第一采集单元与逆变器进线耦合，第二采集单元与逆变器出线耦合，第一通信单元与关断装置建立通信连接，后端采集器包括控制模块、监测模块和载波通信模块，后端采集器监测模块监测低压相线，载波通信模块与第二通信单元及电网集中器建立载波通信。本实用新型的有益技术效果为：用电力线载波通讯的方式，传输稳定可靠，减少系统延迟。

Description

一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备

技术领域

本实用新型涉及光伏设备技术领域，具体涉及一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备。

背景技术

由于太阳能的可再生性及清洁性，光伏并网发电技术得以迅猛发展。尤其是分布式光伏，在近几年迅猛发展，国家以整县分布式的方式推进分布式光伏的发展。也正由于分布式光伏的快速发展，导致其对于电网的影响越来越大，由于分布式光伏分散化，导致电网难以形成统一的调度，同时，分散化的电站带来了运维等多种困难。现有技术中是通过无线通信的方案对分布式电站进行运维管理。其有如下缺点：通过无线通信的方案，通信稳定性和可靠性较差；额外带来了流量费，提高了成本；对于区域光伏出力，电网系统需要实时了解，所以对于系统信息的延迟性要求高。同时，电网的调度系统对于实时性要求也较高，当前的无线网络通信无法满足相应要求。为此，有必要研究新的适用于分布式光伏电站的监测设备。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题：目前缺乏适合分布式光伏电站的监测设备的技术问题。提出了一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，能够提供覆盖范围广且通信延迟低的光伏电站状态监测。

解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，包括若干个前端采集器、后端采集器和若干个关断装置，若干个前端采集器分别安装在光伏电站的若干个逆变器处，若干个关断装置安装在逆变器进线处和光伏组串出线处，用于关断线路，后端采集器和前端采集器建立通信连接，前端采集器和关断装置建立通信连接，所述前端采集器包括控制单元、第一通信单元、第二通信单元、第一采集单元、第二采集单元、存储单元和供电单元，所述第一采集单元与逆变器进线耦合，采集逆变器进线上的电压和电流信息，所述第二采集单元与逆变器出线耦合，采集逆变器出线上的电压和电流信息，所述第一通信单元与关断装置建立通信连接，所述第一通信单元、第二通信单元、第一采集单元、第二采集单元和存储单元均与控制单元连接，所述供电单元为其余元器件供电，所述后端采集器包括控制模块、监测模块和载波通信模块，所述后端采集器安装在台区变压器低压侧，所述监测模块监测低压相线的电压和电流，所述载波通信模块与第二通信单元及电网集中器建立载波通信，所述监测模块和通信模块均与控制模块连接。

作为优选，所述前端采集器还包括若干个扩展接口，若干个所述扩展接口均与控制单元连接，其中一个所述扩展接口与逆变器通信接口连接。

作为优选，所述扩展接口包括485通讯和以太网端口。

作为优选，所述关断装置包括关断电路、逻辑控制器、电压采样单元、储能单元和第三通信单元，所述关断电路包括MOS开关N1、MOS开关N2、快速开关单元和电感L，所述电压采样单元与光伏组串的正负极连接，检测光伏组串的正负极之间的电压，所述电压采样单元与逻辑控制器连接，所述快速开关单元控制端与逻辑控制器连接，所述快速开关单元具有两个输出端，所述快速开关单元的输出端分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接，MOS开关N1的漏极与光伏组串负极连接线，MOS开关N2的源极与光伏组串正极连接线连接，MOS开关N1的源极与MOS开关N2的漏极与电感L第一端连接，电感L第二端作为光伏组串负极连接线输出端，所述储能单元为电子元器件供电。

作为优选，所述电压采样单元包括滤波电容C、分压电阻R1和分压电阻R2，所述分压电阻R1第一端与光伏组串正极连接线连接，分压电阻R2第二端与光伏组串负极连接线连接，分压电阻R1第二端及分压电阻R2第一端均与所述滤波电容C第一端连接，所述滤波电容C第二端与光伏组串负极连接线连接，所述滤波电容C第一端与逻辑控制器连接。

作为优选，所述快速开关单元包括两组开关电路，所述开关电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和MOS管Q1，电阻R4第一端与逻辑控制器的I/O引脚连接，电阻R4第二端经电阻R2接地，与储能模块的负极连接表示接地，所述MOS管Q1的源极接地，电阻R4第二端与MOS管Q1栅极连接，MOS管Q1漏极经电阻R6与储能模块正极连接，MOS管Q1漏极作为所述快速开关单元的输出端，两组所述开关电路的MOS管Q1漏极分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接。

作为优选，所述关断装置还包括退耦电容C1，所述退耦电容C1安装在光伏组件子串正极与光伏组件子串负极之间。

作为优选，所述储能单元为耐高温电池或超级电容。

作为优选，所述分压电阻R1为上拉电阻，分压电阻R1阻值大于分压电阻R2。

作为优选，载波通信模块包含载波窄带通信单元和/或载波宽带通信单元。

本实用新型的有益技术效果为：（1）用电力线载波通讯的方式，不需要额外布线，同时传输的稳定性可靠性，以及减少系统延迟；（2）避免了无线通信方式造成的流量费，降低了电站运行成本；（3）配置两路通讯单元，前端采集器采集光伏组件端数据，后端采集器接收台区和集中器信息，提供更灵活全面的监控；（4）相比于现有技术中的无线通信方案，本实用新型技术方案大幅降低了通信延迟，能够满足电网调度的需求；（5）采用改进的关断装置，提高了关断的可靠性；（6）改进的关断装置不需要额外的接线盒，降低了现场施工难度，提高了电站建设的效率，能够降低接线处拉弧风险；（7）新增储能电路，减少组件输出不稳定性带来的关断安全功能的不稳定性；（8）本实用新型提供的关断装置能够被直接集成在光伏组件中，有助于增加系统的集成度。

本实用新型的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为实施例分布式光伏电站监控设备安装位置示意图。

图2为实施例前端采集器结构示意图。

图3为实施例关断装置结构示意图。

图4为实施例电压采样单元结构示意图。

图5为实施例快速开关单元结构示意图。

其中：1、关断装置，2、逆变器，3、后端采集器，4、变压器，5、前端采集器，6、光伏组串，7、储能单元，8、电压采样单元，9、快速开关单元，10、第三通信单元， 501、第一采集单元，502、控制单元，503、第二采集单元，504、存储单元，505、扩展接口，506、供电单元。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例的附图对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件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的限制。

实施例：

一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，请参阅附图1，包括若干个前端采集器5、后端采集器3和若干个关断装置1，若干个前端采集器5分别安装在光伏电站的若干个逆变器2处，若干个关断装置1安装在逆变器2进线处和光伏组串6出线处，用于关断线路，后端采集器3和前端采集器5建立通信连接，前端采集器5和关断装置1建立通信连接。光伏组串6一般放置在屋顶上，相对来说分别比较分散，其可以加装前端采集器5和关断装置1，使其能获得快速关断和监测的功能。请参阅附图2，前端采集器5包括控制单元502、第一通信单元、第二通信单元、第一采集单元501、第二采集单元503、存储单元504和供电单元506，第一采集单元501与逆变器2进线耦合，采集逆变器2进线上的电压和电流信息，第二采集单元503与逆变器2出线耦合，采集逆变器2出线上的电压和电流信息，第一通信单元与关断装置1建立通信连接，第一通信单元、第二通信单元、第一采集单元501、第二采集单元503和存储单元504均与控制单元502连接，供电单元506为其余元器件供电，后端采集器3包括控制模块、监测模块和载波通信模块，后端采集器3安装在台区变压器4低压侧，监测模块监测低压相线的电压和电流，载波通信模块与第二通信单元及电网集中器建立载波通信，监测模块和通信模块均与控制模块连接。第一通信单元和第二通信单元采用HPLC通信元件，相比传统的PLC通讯方式，HPLC传输速率可达1M/s，极大的减少了通讯的延迟。HPLC信号耦合在交流端，可进行长距离通讯，满足电网负荷调控的低延迟，可靠性高等要求。存储单元504用于日常数据存储，以及在出现向上通讯故障时，存储历史数据。本申请中对所述存储单元504的选择不做特殊限定，可用包括但不限于本领域技术人员所熟知的能够存储数据的各类存储器等部件。前端采集器5还包括若干个扩展接口505，若干个扩展接口505均与控制单元502连接，其中一个扩展接口505与逆变器2通信接口连接。由485/以太网端口组成的对外端口，兼容更多的现场方案。

请参阅附图3，关断装置1包括关断电路、逻辑控制器、电压采样单元8、储能单元7和第三通信单元10，关断电路包括MOS开关N1、MOS开关N2、快速开关单元9和电感L，电压采样单元8与光伏组串6的正负极连接，检测光伏组串6的正负极之间的电压，电压采样单元8与逻辑控制器连接，快速开关单元9控制端与逻辑控制器连接，快速开关单元9具有两个输出端，快速开关单元9的输出端分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接，MOS开关N1的漏极与光伏组串6负极连接线，MOS开关N2的源极与光伏组串6正极连接线连接，MOS开关N1的源极与MOS开关N2的漏极与电感L第一端连接，电感L第二端作为光伏组串6负极连接线输出端，储能单元7为电子元器件供电。第三通信单元10是用于接收关断指令。其中储能单元7为耐高温电池或超级电容，保证在子串电压不能维持电路正常工作时，提供短时间供电。第三通信单元10为HPLC载波通讯。后级组件电流需求瞬间增高时，电流突变导致的供电不稳，而电感L本身的特性决定流经电感的电流不能突变，这就很好的保护了影响整个系统供电的稳定。

请参阅附图4，电压采样单元8包括滤波电容C、分压电阻R1和分压电阻R2，分压电阻R1第一端与光伏组串6正极连接线连接，分压电阻R2第二端与光伏组串6负极连接线连接，分压电阻R1第二端及分压电阻R2第一端均与滤波电容C第一端连接，滤波电容C第二端与光伏组串6负极连接线连接，滤波电容C第一端与逻辑控制器连接。分压电阻R1和分压电阻R2都必须使用高精度的，否则采样后电压偏差较大，由光伏组串6正极连接线接入的输入电源VIN+通过分压电阻R1和分压电阻R2分压后得到的电压再经过滤波电容C滤波使得此电压波动较小，再输出到逻辑控制处理器。退耦电容C1放在光伏组串6正极与光伏组串6负极之间，防止输入输出电路电流大小变化时，在供电单元506中所形成的电流波动对电路的正常工作产生影响，同时也可以解决电源噪声导致的干扰。

请参阅附图5，快速开关单元9包括两组开关电路，开关电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和MOS管Q1，电阻R4第一端与逻辑控制器的I/O引脚连接，电阻R4第二端经电阻R2接地，与储能模块的负极连接表示接地，MOS管Q1的源极接地，电阻R4第二端与MOS管Q1栅极连接，MOS管Q1漏极经电阻R6与储能模块正极连接，MOS管Q1漏极作为快速开关单元9的输出端，两组开关电路的MOS管Q1漏极分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接。当光伏组串6正常运行时，快速开关单元9闭合MOS开关N1，断开MOS开关N2，此时电源从VIN+到VIN-形成断开路径，并由VOUT+到VOUT-形成电源输出路径。当需要切断电源输出时，快速开关单元9断开MOS开关N1和MOS开关N2，此时VIN+到VIN-路径断开，同时VOUT+到VOUT-输出路径也断开，无法输出给后级。当阴影遮挡发生时，闭合MOS开关N2，使其旁路。其由电阻R4、R5、R6和MOS管Q1组成，电阻R4连到逻辑控制器U1的GPIO口，当GPIO为高电平时，MOS管Q1导通，此时给到MOS开关N1或N2的是低电平信号，MOS开关关断，当GPIO为低电平时，MOS管Q1截止，此时给到MOS开关N1或N2的电平为即高电平，MOS开关导通，由于MOS开关的开关速度非常快，所以通过此电路可以实现快速开关功能。

本实施例的有益技术效果为：用电力线载波通讯的方式，不需要额外布线，同时传输的稳定性可靠性，以及减少系统延迟；配置两路通讯单元，前端采集器5采集光伏组件端数据，后端采集器3接收台区和集中器信息。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims

1.一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，其特征在于，

包括若干个前端采集器、后端采集器和若干个关断装置，若干个前端采集器分别安装在光伏电站的若干个逆变器处，若干个关断装置安装在逆变器进线处和光伏组串出线处，用于关断线路，后端采集器和前端采集器建立通信连接，前端采集器和关断装置建立通信连接，

所述前端采集器包括控制单元、第一通信单元、第二通信单元、第一采集单元、第二采集单元、存储单元和供电单元，所述第一采集单元与逆变器进线耦合，采集逆变器进线上的电压和电流信息，所述第二采集单元与逆变器出线耦合，采集逆变器出线上的电压和电流信息，所述第一通信单元与关断装置建立通信连接，所述第一通信单元、第二通信单元、第一采集单元、第二采集单元和存储单元均与控制单元连接，所述供电单元为其余元器件供电，

所述后端采集器包括控制模块、监测模块和载波通信模块，所述后端采集器安装在台区变压器低压侧，所述监测模块监测低压相线的电压和电流，所述载波通信模块与第二通信单元及电网集中器建立载波通信，所述监测模块和通信模块均与控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，其特征在于，

所述前端采集器还包括若干个扩展接口，若干个所述扩展接口均与控制单元连接，其中一个所述扩展接口与逆变器通信接口连接。

3.根据权利要求2所述的一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，其特征在于，

所述扩展接口包括485通讯和以太网端口。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，其特征在于，

所述关断装置包括关断电路、逻辑控制器、电压采样单元、储能单元和第三通信单元，所述关断电路包括MOS开关N1、MOS开关N2、快速开关单元和电感L，所述电压采样单元与光伏组串的正负极连接，检测光伏组串的正负极之间的电压，所述电压采样单元与逻辑控制器连接，所述快速开关单元控制端与逻辑控制器连接，所述快速开关单元具有两个输出端，所述快速开关单元的输出端分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接，MOS开关N1的漏极与光伏组串负极连接线，MOS开关N2的源极与光伏组串正极连接线连接，MOS开关N1的源极与MOS开关N2的漏极与电感L第一端连接，电感L第二端作为光伏组串负极连接线输出端，所述储能单元为电子元器件供电。

5.根据权利要求4所述的一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，其特征在于，

所述电压采样单元包括滤波电容C、分压电阻R1和分压电阻R2，所述分压电阻R1第一端与光伏组串正极连接线连接，分压电阻R2第二端与光伏组串负极连接线连接，分压电阻R1第二端及分压电阻R2第一端均与所述滤波电容C第一端连接，所述滤波电容C第二端与光伏组串负极连接线连接，所述滤波电容C第一端与逻辑控制器连接。

6.根据权利要求4所述的一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，其特征在于，

所述快速开关单元包括两组开关电路，所述开关电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和MOS管Q1，电阻R4第一端与逻辑控制器的I/O引脚连接，电阻R4第二端经电阻R2接地，与储能模块的负极连接表示接地，所述MOS管Q1的源极接地，电阻R4第二端与MOS管Q1栅极连接，MOS管Q1漏极经电阻R6与储能模块正极连接，MOS管Q1漏极作为所述快速开关单元的输出端，两组所述开关电路的MOS管Q1漏极分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接。

7.根据权利要求4所述的一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，其特征在于，

所述关断装置还包括退耦电容C1，所述退耦电容C1安装在光伏组件子串正极与光伏组件子串负极之间。

8.根据权利要求4所述的一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，其特征在于，

所述储能单元为耐高温电池或超级电容。

9.根据权利要求5所述的一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，其特征在于，

所述分压电阻R1为上拉电阻，分压电阻R1阻值大于分压电阻R2。

10.根据权利要求1至3任一项所述的一种带有采集模块的分布式光伏电站监控设备，其特征在于，

载波通信模块包含载波窄带通信单元和/或载波宽带通信单元。