CN220711452U - 一种针对光伏组件运行监测终端设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种针对光伏组件运行监测终端设备，包括光伏组件和光伏运行监测终端，所述光伏运行监测终端包括电量采集模块、监测主机、LoRa传输模块、4G通信模组和远程服务器，电量采集模块与光伏组件相连接，电量采集模块用于采集光伏组件的电参量，监测主机通过LoRa传输模块组成的无线局域网与4G通信模组和远程服务器通信。本实用新型属于光伏监控技术领域，具体是提供了一种种针对光伏组件运行监测终端设备，通过对光伏组件的电能数据的进行实时采集，并将这些数据通过LoRa组网技术，汇集至带有4G网络传输的监测主机，将现场电能数据发送至远程服务器，传输速度快且数据准确，规避了现有技术中复杂的现场布线工作。
Description
技术领域
本实用新型属于光伏监控技术领域，具体是指一种针对光伏组件运行监测终端设备。
背景技术
分布式光伏发电作为新能源的重要组成部分，在国内有着巨大的分布式能源市场，分布式能源对优化能源结构、推动节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义。
随着光伏装机的快速增长，光伏组件运行问题开始逐步凸显，为了解决电站故障率高、电能损耗大、电站效率低等问题，需要一种针对光伏组件运行监测终端设备，从而实现对分布式能源高效监控、满足电力接入电网要求，合理调配、集中监控、电网分析、配网自动化及日常维护管理。
实用新型内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种针对光伏组件运行监测终端设备，通过对光伏组件的电能数据的进行实时采集，并将这些数据通过LoRa组网技术，汇集至带有4G网络传输的监测主机，将现场电能数据发送至远程服务器，传输速度快且数据准确，规避了现有技术中复杂的现场布线工作。
本实用新型采取的技术方案如下：本实用新型一种针对光伏组件运行监测终端设备，包括光伏组件和光伏运行监测终端，所述光伏运行监测终端包括电量采集模块、监测主机、LoRa传输模块、4G通信模组和远程服务器。
其中，所述电量采集模块与光伏组件相连接，所述电量采集模块用于采集光伏组件的电压、电流、有功功率、电能、温度等多个电参量，电量指代的是电能计量含义。
所述监测主机与电量采集模块连接，获取电参量，且所述LoRa传输模块与电量采集模块通过监测主机无线传输连接，每个所述监测主机采用LoRa传输模块的LoRa传输技术组成无线局域网。
所述监测主机通过无线局域网与4G通信模组无线传输，将获取的电参量传输至远程服务器内。
作为优选方案，所述监测主机通过无线局域网与4G通信模组和远程服务器建立MQTT或TCP协议，将现场电脑数据发送至远程服务器。
进一步地，所述电量采集模块采用IM1253B型号的电能计量模块，模块具有电能数据掉电保护功能，且三防漆涂覆，防护性强。模块的电量存储空间大，电量存满后可以翻转重新开始计量。所述监测主机内部包含有MCU芯片和模块电源。所述电能计量模块与MCU芯片的通信规约采用电力行业通用标准DL/T 645-2007或标准Modbus-RTU规约，通讯规范，兼容性好。
在本方案中，所述MCU芯片采用STM32芯片，型号为STM32F103Rx芯片，该芯片占用3个USART通道分别与电量采集模块、LoRa传输模块、4G通信模组进行串口通讯。
进一步地，所述模块电源采用带有隔离的DC/DC模块电源，保障了供电安全性。模块输出功率为30W，输出电压5V，输出电流最高可达6A。
进一步地，所述监测主机的采集频率为2min一次，在电能数据采集存储完毕后，每个监测主机采用LoRa传输技术将电能数据传送至无线局域网内。
本方案一种针对光伏组件运行监测终端设备，采用上述方案本实用新型取得的有益效果如下：
1、与传统的光伏组件数据采集不同，本方案采用无线通讯模式，通过对现场电能数据进行采集，通过LoRa组网技术，将电能数据通过采集器主机发送至远程服务器，更加适合分布式的小型光伏电站使用，不需要复杂的现场布线工作。
2、在本方案中，数据传输具有实时性，可以实时采集数据，且数据传输速率高，从数据采集到上传至远程服务器，仅仅需要几秒钟的时间，而且数据传输正确度高，可以免受现场复杂环境的干扰。
3、采用4G网络的传输方式，不同电站采集点的位置不受区域范围限制，依靠中国移动的信号覆盖范围，无论电站采集点的位置相距多远，通过移动网络4G信号即可实现数据的采集与上报。
4、采集点的可扩展性强，无论何时，需要增加数据采集点，都可随时增加，不存在以往线路路径重新敷设的问题。
5、所有接入的采集点数据，统一上传至远程服务器后，平台系统可进行大数据分析，提供更为准确的维修信息、设备预诊断信息、光伏发电趋势的判断以及商业模式的分析。
6、另外由于本设备具有唯一性的ID编码，便于维护人员准确找到维修设备位置，并可根据系统预诊断信息提取准备运维配件，提高运维效率，减少运维费用。
附图说明
图1为本方案所提供的一种针对光伏组件运行监测终端设备的整体方案组成框图；
图2为电量采集模块的原理图；
图3为LoRa传输模块的原理图；
图4为4G通信模组的原理图。
图4中，4G通信模组采用M8321芯片，为中国移动自主研发的4G工业级通信模组。
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
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，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-4所示，本实用新型一种针对光伏组件运行监测终端设备，包括光伏组件和光伏运行监测终端，所述光伏运行监测终端包括电量采集模块、监测主机、LoRa传输模块、4G通信模组和远程服务器。
其中，所述电量采集模块与光伏组件相连接，所述电量采集模块用于采集光伏组件的电压、电流、有功功率、电能、温度等多个电参量，电量指代的是电能计量含义，采用CortexTM-M3处理器的作为主处理芯片，现场对光伏组件的电能数据的进行采集，电量采集模块采用IM1253B型号的电能计量模块，模块具有电能数据掉电保护功能，且三防漆涂覆，防护性强。模块的电量存储空间大，电量存满后可以翻转重新开始计量。另外、不同于普通采集模块，该模块具有抗干扰、采集信息准确，可通讯的特点。模块的电量存储空间大，电量存满后可以翻转重新开始计量。
所述监测主机与电量采集模块连接，获取电参量，且所述LoRa传输模块与电量采集模块通过监测主机无线传输连接，每个所述监测主机采用LoRa传输模块的LoRa传输技术组成无线局域网，具有传输快、抗干扰强、自动组网、免费使用、传输远的特点，所述监测主机通过无线局域网与4G通信模组无线传输，将获取的电参量传输至远程服务器内。其中，LoRa传输模块采用E78-400TBL-01模组，该模组采用ASR公司的ASR6505芯片，此芯片是超低功耗LoRa集成的单芯片SoC，采用Semtech先进的低功耗LoRa Transceiver SX1262，并集成一颗STM8L152低功耗MCU，Flash容量64kB，SRAM容量4kB，EEPROM容量2K，小尺寸，超低功耗，支持LoRaWAN，LinkWAN多种协议标准，适用于多种物联网应用场景。
所述监测主机内部包含有MCU芯片和模块电源，其中，所述电能计量模块与MCU芯片的通信规约采用电力行业通用标准DL/T 645-2007或标准Modbus-RTU规约，通讯规范，兼容性好。
其中，所述MCU芯片采用STM32芯片，型号为STM32F103Rx芯片，该芯片占用3个USART通道分别与电量采集模块、LoRa传输模块、4G通信模组进行串口通讯，为实现MCU的需要提供了低成本的平台、降低的系统功耗，同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。而模块电源采用带有隔离的DC/DC模块电源，保障了供电安全性。模块输出功率为30W，输出电压5V，输出电流最高可达6A。保障了供电安全性。LM2596是降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。
在本方案中，所述监测主机通过无线局域网与4G通信模组和远程服务器建立MQTT或TCP协议，将现场电脑数据发送至远程服务器。4G通讯模组M8321是中国移动最新推出的LTE Cat4模块。M8321支持TD-LTE/FDD-LTE/WCDMA/TDSCDMA/GSM通信制式，M8321-D支持TD-LTE/GSM通信制式，采用LCC+LGA封装方式。丰富的Internet协议、行业标准接口和功能，广泛应用到M2M多个领域中。
结合图2-图4的电路原理图所示，光伏组件的正极线缆串联接入IM1253B电能计量模块的I_in端，在IM1253B电能计量模块的I_out端再引出组件正极线以便接入另一块组件负极引线。光伏组件的负极并联接入计量模块的N端，计量模块的电源接入稳压模块IM1253B的5V输出端，计量模块的通讯的RX、TX端接入一个三通道数字隔离器ISO7831芯片，此器件可防止数据总线或者其他电路上的噪声电流进入本地接地，以及干扰或损坏敏感电路。从ISO7831芯片引出的串口数据接入STM32F103Rx的USART5通道。
稳压模块IM1253B接入LM2596_3.3V模块，输出3.3V，稳压模块IM1253B与LM2596_3.3V模块输出端分别并联LED灯及1K电阻。作为指示灯，LM2596_3.3V模块的输出端接入STM32F103Rx，提供电源。
LoRa传输的E78-400TBL-01模组在接入LM2596_3.3V模块的3.3V电源后，其通讯接口接入STM32F103Rx的USART1通道进行通讯。
具有4G传输的M8321模组在接入稳压模块IM1253B输出的5V电源后，其通讯接口可接入STM32芯片的USART4通道，仅数据采集器的主机安装此4G传输模块。
拨码开关与数据采集器的主机、分机的8个I/O脚连接，便于寻址。
与传统的光伏组件数据采集不同，这种无线通讯模式，更加适合分布式的小型光伏电站使用，不需要复杂的现场布线工作。数据传输具有实时性，可以实时采集数据。数据传输速率快，从数据采集到上传至远程服务器，仅仅需要几秒钟时间。数据传输正确性高，可以免受现场复杂环境的干扰。不同电站采集点的位置不受区域范围限制，依靠中国移动的信号覆盖范围，无论电站采集点的位置相距多远，通过移动网络4G信号，即可实现数据的采集与上报。采集点的可扩展性强，无论何时，需要增加数据采集点，都可随时增加，不存在以往线路路径重新敷设的问题。所有接入的采集点数据，统一上传至远程服务器后，平台系统可进行大数据分析，提供更为准确的维修信息、设备预诊断信息、光伏发电趋势的判断以及商业模式的分析。
进一步地，所述监测主机的采集频率为2min一次，在电能数据采集存储完毕后，每个监测主机采用LoRa传输技术将电能数据传送至无线局域网内。
具体使用时，STM32芯片在电源开启后，首先进行芯片初始化，定义控制字及各个变量。首先读取拨码开关，定义自己编号。向电量采集模块发送读取数据命令，如果3次均为收到反馈数据，则上报设备故障。如果收到数据，则存储数据，与远程服务器建立连接，等待上传命令。如果2分钟内不能上传数据，则重新采集数据。如果已完成数据上传，则2分钟内重新采集数据，再次等待上传数据。
作为另一实施例，监测主机内还包含有定位芯片，设备包含有唯一性的ID编码，便于维护人员准确找到维修设备位置，并可根据系统预诊断信息提取准备运维配件，提高运维效率，减少运维费用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种针对光伏组件运行监测终端设备，包括光伏组件和光伏运行监测终端，其特征在于：所述光伏运行监测终端包括电量采集模块、监测主机、LoRa传输模块、4G通信模组和远程服务器；
所述电量采集模块与光伏组件相连接，所述电量采集模块用于采集光伏组件的电压、电流、有功功率、电能、温度的多个电参量；
所述监测主机与电量采集模块连接，获取所述电参量，且所述LoRa传输模块与电量采集模块通过监测主机无线传输连接，每个所述监测主机采用LoRa传输模块的LoRa传输技术组成无线局域网；
所述监测主机通过无线局域网与4G通信模组无线传输，将获取的电参量传输至远程服务器内。
2.根据权利要求1所述的一种针对光伏组件运行监测终端设备，其特征在于：所述电量采集模块采用IM1253B型号的电能计量模块，具有电能数据掉电保护功能；所述监测主机内部包含有MCU芯片和模块电源，所述电能计量模块与MCU芯片的通信规约采用电力行业通用标准DL/T 645-2007或标准Modbus-RTU规约。
3.根据权利要求2所述的一种针对光伏组件运行监测终端设备，其特征在于：所述MCU芯片采用STM32芯片，型号为STM32F103Rx芯片，所述MCU芯片占用3个USART通道分别与电量采集模块、LoRa传输模块、4G通信模组进行串口通讯。
4.根据权利要求3所述的一种针对光伏组件运行监测终端设备，其特征在于：所述模块电源采用带有隔离的DC/DC模块电源，所述模块电源的输出功率为30W，输出电压5V，输出电流最高可达6A。
5.根据权利要求4所述的一种针对光伏组件运行监测终端设备，其特征在于：所述监测主机的采集频率为2min一次，在电能数据采集存储完毕后，每个监测主机采用LoRa传输技术将电能数据传送至无线局域网内。
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