一种农户居家屋顶光伏电站检测系统及检测方法与流程

本发明涉及利用物联网传感检测技术对新能源电气设备进行运行维护的应用，具体涉及一种农户居家屋顶光伏电站检测系统及检测方法。

背景技术：

地球上大部分地区终年都能接受到太阳光照，与核电、火电相比，太阳能具有取之不尽用之不竭的特点。最近十年，光伏发电技术的高速发展，为人们利用太阳能发电提供了广阔的舞台。早先建设的光伏电站基本上是大中型集中式光伏电站为主，占地千亩以上装机MW以上；这些大中型集中式光伏电站有人值班巡检，有一整套运行维护体系。然而，建设屋顶光伏电站是分布式发电的最有效途径之一，而为农村贫困家庭安装屋顶光伏电站又是我国精准扶贫政策的一项重要举措。

如图1所示是一个典型的农户屋顶光伏电站，农户屋顶或一层或二层，安装高度或3米或7米。农户大多都是一户一户独立单位，农户屋顶光伏电站各自配有完备的电气设备，如它有16片光伏板、并网逆变器以及计费电能表。实际运行过程中，每个电气设备环节都有可能出现异常乃至故障。而且，由于风沙、尘土的覆盖，还可能导致光伏板的发电效率降低。

目前，光伏电站日常的运维工作包括：1）光伏组件的运维；2)汇流箱的运维；3)逆变器的运维；4)变电设备的运维；运维方式主要为：眼看、手摸（直接摸或利用专用工具）、鼻子闻、耳朵听等方法。在光伏板灰尘清理方面，在人工手动清洗清扫的基础上，已经有光伏板灰尘自动清扫机系统。

在电气设备检测方面，SMA公司设计的SUNNY PORTAL光伏电站监控系统界面，介绍了相关电站的光伏发电、消耗与自消耗，通过无线电遥控实现负载的自动化智能控制，具有实时数据可视化的特点。又如公开日为2013年11月06日，公开号为CN103384089A的中国专利中，公开了一种基于Zigbee光伏发电系统数据采集装置及采集方法，通过Zigbee无线网络方式实现分布式光伏电站监控，不但可解决大型以及类似于村庄分布式屋顶光伏电站的监控问题，且使用时无需拉埋跨路线缆，无数据流量费，实现电站的低成本、智能化管理。但是，这类系统功能非常强大，安装在光伏电站的终端设备费用昂贵，操作使用复杂，对于期待每月领取400-500元收益的农户尤其是困难户而言，这些大中型光伏电站技术是不能直接照搬使用的。目前农户屋顶光伏电站采纳的是原始措施，如人工直接爬上楼顶或人工站在梯子上亲手清扫清洗，这极其不安全。农户面对电气设备所处状态往往就是听之任之。同时农户分散居住特点，导致专业人员巡检难度加大。迫切需要面向农户屋顶光伏电站检测维护的技术手段与措施。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种农户居家屋顶光伏电站检测系统及检测方法。旨在解决一个个孤立分散的农户屋顶光伏电站可随时用水清洗光伏板灰尘，及时发现电气设备异常的简单、方便、初等的技术手段。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该农户居家屋顶光伏电站检测系统包括光伏板检测模块、逆变器检测模块和电能表检测模块，其特点在于，还包括光伏板清洗模块和采集控制模块；

所述光伏板清洗模块由管路、孔管、总出水开关和指示灯组成，当光伏板有灰尘时，由光伏板清洗模块完成对光伏板的清洗；

所述采集控制模块为单片机或嵌入式控制器，所述采集控制模块的模拟量输入回路与所述逆变器检测模块及所述光伏板检测模块连接，所述采集控制模块的开关量输入回路与所述电能表检测模块的脉冲接口连接，所述采集控制模块的开关量输出回路与所述光伏板清洗模块连接，所述采集控制模块的通信回路向远方运维中心上传数据，尤其是所述采集控制模块通过运转指定工作流程实现农户居家屋顶光伏电站各电气设备的检测与评估。

作为优选，本发明所述光伏板清洗模块总出水开关为手动全开全关阀门。

作为优选，本发明所述光伏板清洗模块的管路孔管为普通PVC管，通过常用接头相连后将压力水从活塞型容器引至屋顶光伏板高端处，其中孔管在光伏板高端沿东西向铺设；所述光伏板清洗模块的指示灯处于总出水开关附近，所述指示灯与所述采集控制模块的开关量输出回路连接。

一种农户居家屋顶光伏电站检测方法，基于所述的农户居家屋顶光伏电站检测系统，其特征在于：包括光伏板设备检测工作流程，逆变器设备检测工作流程，电能表设备检测工作流程，以及上送数据工作流程。

作为优选，本发明所述光伏板设备检测工作流程如下：

（1）计算各光伏板电压为U_i 分别对应现场上到下、左到右光伏板；

（2）计算U_mean为所有光伏板的平均电压；

（3）建立正常光伏板电压变化曲线模型：日出不久就可以上升到峰值电压；下午3-4点电压会下降到峰值电压以下；日落后电压下降比较快，但是不会到降零；

（4）判断 U_i-U_mean是否接近于0；如偏差超门槛值则置异常标志；

（5）如果电压U_i不符合电压变化曲线模型，可判断该光伏板工作异常。

作为优选，本发明所述逆变器设备检测工作流程如下：

（1）计算U_add 为所有光伏板电压值和；

（2）建立光伏板状态良好条件下电压与电流对照表；

总电压大于280V时，输出电流大于20A；

总电压大于280V时，输出电流大于15A；

总电压大于220V时，输出电流大于10A；

（3）当电压电流违背上述电压与电流对照表时，即可判断逆变器工作异常；

（4）尤其是当电压数值大于220V而逆变器交流侧无电流输出时，即可判断逆变器发生故障。

作为优选，本发明所述电能表设备检测工作流程如下：

（1）光伏板设备完好；

（2）逆变器设备完好；

（3）计算逆变器交流侧功率，每秒采集一次并累加，每小时形成（千瓦小时）电量W1；

（4）计算计费电能表输出脉冲数（1度电在5A互感器时脉冲常数3200）积累后转换为电量W2；

（5）比较两个电量数值W1与W2做差，当偏差超越门槛数值时，判定电能表异常。

作为优选，本发明所述上送数据工作流程如下：

（1）上传报文内容采用CDT循环远动规约框架；

（2）报头是 EB 90 EB 90 EB 90；

（3）Add码占两个字节，功能码占一个字节，数据码占一个字节；

（4）数据体占六个字节，CRC校验占两个字节；

（5）在没有任何异常（没有光伏板异常，没有逆变器异常，没有计费电能表异常，也没有压力水清扫行为）的情况下，选择功能码01，数据体内容为当日发电总电量及各小时发电量；

（6）异常发生后，用不同功能码表达：0A为光伏板异常，0B为逆变器异常，0C为计费电能表异常，0D为压力水清扫动作；数据体为异常发生时异常数据，先每分钟上传一次数据，连续10分钟；随后每小时上传一次数据，直到手动关闭。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明的目的在于提供一种农户居家屋顶光伏电站检测系统，其光伏板清扫模块是一个全人工手动的过程，吻合农户尤其是困难户身体特点与认知能力；采集控制模块可判断电气设备异常并告知县城城镇维护中心专业人员，可实现“一小时发现异常、三天内解决问题”的效果；从而保障农户困难户的经济收益，为国家新能源政策及扶贫政策提供技术基础。因此，本发明在实现农村一户一户屋顶光伏电站的简单、高效、快捷、经济运行维护模式方面有应用价值。

附图说明

图1是现有技术中典型的农户屋顶光伏电站的结构示意图。

图2是本发明农户居家屋顶光伏电站检测系统的结构示意图。

图3是本发明对农户屋顶光伏电站各电气设备环节进行检测的示意图。

图4是本发明采集控制模块首先完成初始化配置并进入循环检测流程示意图。

图5是本发明采集控制模块在巡检检测流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

本发明提供了一种农户居家屋顶光伏电站检测系统及检测方法。

如图1所示，农户屋顶光伏电站日常运维工作主要是光伏板灰尘清扫与电气设备检测，同时在县城城镇设置有专业人员的远程维护中心。农户屋顶光伏电站电气设备主要包括光伏板本身、并网逆变器、电能表。

如图2所示农户居家屋顶光伏电站检测系统由如下部分组成：光伏板清洗模块、光伏板检测模块、逆变器检测模块、电能表检测模块、采集控制模块和远方运维中心等组成。其中采集控制模块是系统的枢纽，通过采集控制模块模拟量输入回路与逆变器检测模块及光伏板检测模块连接，通过采集控制模块开关量输入回路与电能表检测模块脉冲接口连接，通过采集控制模块开关量输出回路与光伏板清洗模块连接，通过采集控制模块通信回路向远方运维中心上传数据。而光伏板清洗模块则专门针对农户屋顶光伏板灰尘给出技术方案。

普通PVC管与普通PVC管材接头件配合，从压力水出水接头起经出水开启关闭总开关至农户屋顶光伏板区域，普通PVC管最后与带孔的PVC管连接。

带孔的PVC管的圆孔孔径为3-5mm，圆孔孔间距为20mm左右，带孔的PVC管两端是密闭的，压力水都是从圆孔射出。

农户或自行观察风沙对光伏板影响或观察所述指示灯亮，可沿上述流程全手动操作实现对光伏板灰尘清洗。

如图3所示，对农户屋顶光伏电站各电气设备环节进行检测。

一块光伏板开路电压是55VDC，可通过DC\DC芯片（如TD1501H芯片）转换，得到0-5VDC电压。16片光伏板配置16个一一对应的DC\DC芯片，连接到采集控制模块模拟量输入回路。由此，采集控制模块得到了每一块光伏板端电压。

并网逆变器是将直流转换为交流的功率设备，输入为直流侧，输出为交流侧；交流侧与电网频率与电压保持同步。可以通过变送器（如HZ-PQ1）将交流电流、交流电压转换为直流电压输出，此变送器直流输出与逆变器功率成正比例关系；此变送器直流输出连接到采集控制模块模拟量输入回路。由此，采集控制模块得到了逆变器交流侧功率。

电能表可输出脉冲（如一度电等于3200个脉冲），电能表脉冲输出可直接连接到采集控制模块开关量输入回路。由此，采集控制模块可对电能表输出的脉冲进行计数。

通过上述技术措施，农户屋顶光伏电站光伏板电气设备、并网逆变器电气设备、电能表电气设备都与采集控制模块连接，采集控制模块可得到光伏板端电压、采集控制模块可得到逆变器交流侧电流及功率、采集控制模块可得到电能表累加脉冲数。

所述采集控制模块为单片机或嵌入式控制器。所述采集控制模块包括了模拟量输入回路、开关量输入回路、开关量输出回路、电源回路、串行通信回路及无线通信模块。如图4所示，所述采集控制模块首先完成初始化配置并进入循环检测流程。

然而采集控制模块对农户屋顶光伏电站电气设备异常状态的评判评估是按照三个检测工作流程开展的，是所述采集控制模块依照这三个检测工作流程用软件代码实现的。

所述光伏板设备检测工作流程如下：

（1）计算各光伏板电压为U_i 分别对应现场上到下、左到右光伏板；

（2）计算U_mean为所有光伏板的平均电压；

（3）建立正常光伏板电压变化曲线模型：日出不久就可以上升到峰值电压；下午3-4点电压会下降到峰值电压以下；日落后电压下降比较快，但是不会到降零；

（4）判断 U_i-U_mean是否接近于0；如偏差超门槛值则置异常标志；

（5）如果电压U_i不符合电压变化曲线模型，可判断该光伏板工作异常。

所述逆变器设备检测工作流程如下：

（1）计算U_add 为所有光伏板电压值和。

（2）建立光伏板状态良好条件下电压与电流对照表；

总电压大于280V时，输出电流大于20A；

总电压大于280V时，输出电流大于15A；

总电压大于220V时，输出电流大于10A；

（3）当电压电流违背上述电压与电流对照表时，即可判断逆变器工作异常；

（4）尤其是当电压数值大于220V而逆变器交流侧无电流输出时，即可判断逆变器发生故障。

所述电能表设备检测工作流程如下：

（1）光伏板设备完好；

（2）逆变器设备完好；

（3）计算逆变器交流侧功率，每秒采集一次并累加，每小时形成（千瓦小时）电量W1；

（4）计算计费电能表输出脉冲数（1度电在5A互感器时脉冲常数3200）积累后转换为电量W2；

（5）比较两个电量数值W1与W2做差，当偏差超越门槛数值时，判定电能表异常。

所述上送数据工作流程如下：

（1）上传报文内容采用CDT循环远动规约框架；

（2）报头是 EB 90 EB 90 EB 90；

（3）Add码占两个字节，功能码占一个字节，数据码占一个字节；

（4）数据体占六个字节，CRC校验占两个字节；

（5）在没有任何异常（没有光伏板异常，没有逆变器异常，没有计费电能表异常，也没有压力水清扫行为）的情况下，选择功能码01，数据体内容为当日发电总电量及各小时发电量；

（6）异常发生后，用不同功能码表达：0A为光伏板异常，0B为逆变器异常，0C为计费电能表异常，0D为压力水清扫动作；数据体为异常发生时异常数据，先每分钟上传一次数据，连续10分钟；随后每小时上传一次数据，直到手动关闭。

采集控制模块在巡检检测流程运行如图5所示流程，将所述光伏板设备检测工作流程、所述逆变器设备检测工作流程、所述电能表设备检测工作流程融于到采集控制模块评估评判之中。

本发明应用对象是农户屋顶光伏电站，是一户一户分散布局的，农户尤其是困难户期待每月从光伏电站发电中收益400-500元。然而灰尘、电气设备异常都会导致农户困难户的受益下降乃至没有受益。本发明提供了一种农户居家屋顶光伏电站检测系统，其采集控制模块可判断电气设备异常并及时上传远方维护中心，及时发现问题快速解决问题。因此，本发明在农村一户一户屋顶光伏电站领域提出了一个简单、高效、快捷、经济的、有实用价值的维护模式。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。