电源设备采集装置及远程故障诊断系统的制作方法

本发明涉及电力供电技术领域，尤其是涉及一种电源设备采集装置及远程故障诊断系统。

背景技术：

随着常规能源的逐渐衰竭和环境污染的日益加重，世界各国纷纷开始关注环保、高效和灵活的小型发电源(小电源)。将小电源接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥小电源源效能的最有效方式。

目前，小电源对于环境保护具有重要意义，接入配电网还能提高地区电网供电可靠性。另外，将分散的不同类型的小电源组合起来供电，能够使小型电源获得更高的利用效率。但是，小电源近些年快速发展，渗透率不断升高，在给配电网带来诸多好处的同时，也改变了传统配电网的结构和功率流向，配电网络电压无功、网络损耗、继电保护等均产生不同程度的影响，使得对其的研究更为复杂。由此可见，针对配电网络中众多的小电源一体化接入及管控关键技术研究，将成为分布式发电供能技术投入大规模工业化应用的关键。

而传统意义上对小电源进行故障诊断一般建立是在近距离条件下，通过液晶显示来得知各种小电源运行参数，维护人员守在现场，不断查看监视设备所显示的数据，并在必要时(如出现故障、停电等)做相应的处理，利用手动方式控制系统的各种状态及参数，如果小电源数目较多，需要花费大量的人力、物理和财力，而且随着分布式能源规模的扩大，会使小电源设备状态和运行数据采集的管理人员劳动强度大，导致采集效率降低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电源设备采集装置及远程故障诊断系统，以解决现有技术中存在的小电源设备状态和运行数据采集效率低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种电源设备采集装置，用于实时采集分布式电源设备信息，包括多个信息采集单元，每个信息采集单元包括功率优化器、直流配电柜、逆变器、智能电表以及智能通讯终端；其中，

所述功率优化器、直流配电柜、逆变器、智能电表依次相连接；

所述功率优化器、直流配电柜、逆变器、智能电表与所述智能通讯终端相连接；

所述功率优化器与所述分布式电源设备的每块组件相连，所述功率优化器用于使分布式电源设备的每块组件的输出电流相一致；

所述直流配电柜用于对直流电能进行分配、监控和保护；

所述逆变器用于将直流电转换成交流电；

所述智能电表用于基本用电量的计量、双向多种费率计量和双向数据通信；

所述智能通讯终端通过与所述功率优化器、直流配电柜、逆变器以及智能电表相连接，对所述分布式电源设备的信息进行数据采集和通讯传输，实现在线监测。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述信息采集单元还包括微气象监测仪器，所述微气象监测仪器与所述智能通讯终端相连接，所述微气象监测仪器监测所述电源设备所处环境的气象参数，并传输至所述智能通讯终端。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述信息采集单元还包括汇流箱，所述汇流箱连接于所述功率优化器和所述直流配电柜之间；

所述汇流箱的通讯端口与智能通讯终端相连接，所述汇流箱用于对功率优化器输出的电流进行汇流。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述智能通讯终端包括设备适配器、微控制器、通讯模块，所述设备适用器、通讯模块与所述微控制器相连接，所述设备适配器用于连接所述功率优化器、直流配电柜、逆变器、智能电表，实现数据采集和通讯传输；

所述微控制器为控制单元，用于数据存储、处理；

所述通讯模块用于与外部进行信号和数据通讯。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述智能通讯终端还包括报警模块，所述报警模块与所述微控制器相连接，用于数据异常和故障报警。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述智能通讯终端还包括GPS定位模块，用于定位所述智能通讯终端的位置。

第二方面，本发明实施例还提供一种电源设备远程故障诊断系统，包括：分布式电源设备、故障诊断设备以及第一方面及其可能的实施方式任一项所述的电源设备采集装置；

所述分布式电源设备与所述电源设备采集装置相连接；

所述故障诊断设备与所述电源设备采集装置通讯连接；

所述故障诊断设备通过所述电源设备采集装置获取所述分布式电源设备的实时数据，并对所述分布式电源设备实时数据进行汇总监控与数据读取。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，该系统还包括数据存储设备，用于储存所述分布式电源设备实时数据以及对储存的所述分布式电源设备需要采集的数据与采集参数进行配置。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述分布式电源设备为光伏发电电源设备、地热发电电源设备、风能发电电源设备、生物能发电电源设备、火电发电电源设备、水电发电电源设备的任意一种或多种的组合。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，该系统还包括保护装置、测量装置以及远动装置；

所述保护装置连接于所述电源设备采集装置与低压电网之间，根据采集的所述分布式电源设备实时数据判断故障情况，进行开关的分合；

所述测量装置连接于所述保护装置与所述远动装置之间，监视电力负荷并控制所述开关的分合；

所述远动装置为完成调度及采集所述低压电网中变电站之间的信息，实时进行自动传输与交换。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的电源设备采集装置包括多个信息采集单元，每个信息采集单元包括功率优化器、直流配电柜、逆变器、智能电表以及智能通讯终端，智能通讯终端通过与功率优化器、直流配电柜、逆变器以及智能电表相连接，对分布式电源设备的信息进行数据采集和通讯传输，实现在线监测，电源设备采集装置可以与多个分布式电源设备相连接，一个区域的小电源都可以接入到一个信息采集单元，从而大大提高了分布式电源设备的采集效率。

本发明的另一实施例中提供的电源设备远程故障诊断系统，包括分布式电源设备、故障诊断设备以及电源设备采集装置，故障诊断设备通过电源设备采集装置获取分布式电源设备的实时数据，并对分布式电源设备实时数据进行汇总监控与数据读取，通过智能通讯终端实现对电源设备实时数据的采集，获取设备信息，并上传至故障诊断设备，从而实现电源设备状态和运行数据的分析，实现远程诊断。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的信息采集单元的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的电源设备采集装置的结构示意图；

图3为图1中的智能通讯终端的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的电源设备远程故障诊断系统的结构示意图。

图标：1-信息采集单元；11-功率优化器；12-直流配电柜；13-逆变器；14-智能电表；15-智能通讯终端；151-设备适配器；152-微控制器；153-通讯模块；154-A/D转换器；155-报警模块；156-GPS定位模块；16-微气象监测仪器；17-汇流箱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

目前，分布式小电源设备状态和运行数据的采集效率低，基于此，本发明实施例提供了一种电源设备采集装置及远程故障诊断系统，可以提高小电源设备状态和运行数据的采集效率，并实现远程故障诊断分析。

实施例一：

本发明实施例提供了一种电源设备采集装置，可应用于分布式电源系统，用于实时采集多个分布式电源设备信息。如图1和图2所示，该装置包括多个信息采集单元1，每个信息采集单元设置于一个子站，信息采集单元1包括功率优化器11、直流配电柜12、逆变器13、智能电表14以及智能通讯终端15；其中，

功率优化器11、直流配电柜12、逆变器13、智能电表14依次相连接；

功率优化器11、直流配电柜12、逆变器13、智能电表14与智能通讯终端15相连接；进一步的是，功率优化器11、直流配电柜12、逆变器13、智能电表14与智能通讯终端15通过串行接口和/或网口相连接。

功率优化器11与分布式电源设备的每块组件相连接，功率优化器11用于使串联的分布式电源设备的每块组件的输出电流相一致，从而实现整个分布式电源设备组串的最大功率输出，最大限度的使电能达到最大输出，例如可以通过调节组件(电池板)阵列倾斜与倾角调整，避免阴影和互相遮挡，实现最大限度的利用太阳能；需要说明的的，组件可以是太阳能发电的电池板、风能发电的发电机、生物能发电的蒸汽轮机及发电机、地热发电、火电发电的汽轮机、电动机、水电发电的水轮机等。优选的是，组件为太阳能发电的电池板，能源丰富，电力比较稳定。

直流配电柜12用于对直流电能进行分配、监控和保护；直流配电柜12一般指分配直流负荷的柜，可以将分布式电源设备的每块组件产生的总输入直流分为多路，而且每路都配有保护装置(例如熔丝，空开等)、防雷装置(如避雷器、避雷针)等，而且可以对每路电压电流进行监控，可以实现远程双向数据通信。

逆变器13用于将直流电转换成交流电；逆变器13可以实现电压，频率，相位与电网高度保持一致，达到将分布式电源并网的要求；进一步的是，逆变器13为光伏逆变器，具有电压补偿功能：可以减少电压失真和电流失真、电压穿透能力：能够应对电压跌落和短时扰动的响应，有利于提高电力品质和电力系统(电网)稳定性。需要说明的是，逆变器13包括防孤岛装置，即当电网电压为0时，逆变器13就会停止工作。防孤岛装置可以提高电网的安全性，防止造成人身安全事故。

智能电表14用于基本用电量的计量、双向多种费率计量和多种数据传输模式的双向数据通信；此外，智能电表14还具有用户端控制功能、防窃电功能，进一步的是，智能电表14包括IC卡电表、三相四线智能电度表和/或三相三线智能电度表，根据电网实际需要选用，需要说明的是，智能电表14具有以下功能：

1、报警功能：当剩余电量小于报警电量时，电表常显剩余电量提醒用户购电；

2、数据保护功能：数据保护采用全固态集成电路技术，断电后数据可保持10年以上；

3、电量提示：当表中剩余电量等于报警电量时，跳闸断电一次，用户需插入IC卡，可恢复供电，用户此时应及时购电；

4、自动断电：当电能表中剩余电量为零时，电能表自动跳闸，中断供电，用户此时应及时购电；

5、回写功能：电能卡可将用户的累计用电量、剩余电量、过零电量回写到售电系统中便于管理部门的统计管理；

6、用户抽检功能：售电软件可提供数据抽检用电量并根据要求提供优先抽检的用户序列；

7、电量查询：插入IC卡依次显示总购电量、购电次数、上次购电量、累计用电量、剩余电量；

8、防窃电功能：一表一卡不可复制，逻辑加密。有效防止技术性窃电；

9、过压保护功能：当实际用电负荷超过设定值时，电表自动断电，插入用户卡，恢复供电；

10、低功耗：采用最新设计和SMT先进生产工艺。

智能通讯终端15通过与功率优化器11、直流配电柜12、逆变器13以及智能电表14相连接，对分布式电源设备的信息进行数据采集和通讯传输，实现在线监测。

进一步的是，如图3所示，智能通讯终端15包括设备适配器151、微控制器152、通讯模块153，设备适用器151、通讯模块153与微控制器152相连接，设备适配器151用于连接功率优化器11、直流配电柜12、逆变器13、智能电表14，实现数据采集和通讯传输；进一步的是，设备适配器151包括设备信息采集模块、协议转换模块，实现采集设备信息和支持各种网络协议(例如Modbus协议、CDT协议等)，实现数据通讯。需要说明的是设备适配器151配置有自适应设备的规约和接口，通过远程配置即可实现设备的接入工作，避免大量的现场调试工作，实现分布式能源各类监测装置接入的即插即用。

微控制器152为控制单元，用于数据存储、处理，能够进行数据分析和计算和备份等；进一步的是，微控制器152为32位单片机。

通讯模块153用于与外部进行信号和数据通讯，接收和发送数据和信号指令。进一步的是，通讯模块153包括无线通讯模块和有线通讯模块，有线通讯模块可以是CAN总线接口或者RS485串行接口，无线通讯模块可以是GPRS网络模块、短信模块、ZigBee网络模块、CDMA网络模块、GSM网络模块，优选的是，通讯模块为GPRS网络模块。智能通讯终端15通过GPRS通讯网络将运行过程和参数上传给上位机，同时上位机可以通过通讯模块发送调压命令，进行主动调节。需要说明的是，本发明实施例中的上位机为故障诊断设备。

进一步的是，智能通讯终端15还包括A/D转换器154，A/D转换器154的一端连接至设备适配器151，另一端连接至微控制器152；A/D转换器154用于将从设备适配器151接收的监测数据转换为标准的数字信号，并将数字信号发送至微控制器152。

进一步的是，智能通讯终端15还包括报警模块155，报警模块155与微控制器152相连接，用于数据异常和故障报警，优选的是，报警模块155为声光一体蜂鸣器，同时具有视听效果，警示效果好。

进一步的是，智能通讯终端15还包括GPS定位模块156，用于定位智能通讯终端15的位置，从而进一步的得知信息采集单元(子站)位置，数据异常和发生故障时有利于及时排修和维护。

进一步的是，信息采集单元1还包括微气象监测仪器16，微气象监测仪器16与智能通讯终端15相连接，微气象监测仪器16监测采集电源设备环境的气象参数，并传输至智能通讯终端15。

进一步的是，信息采集单元1还包括汇流箱17，汇流箱17连接于功率优化器11和直流配电柜12之间；汇流箱17的通讯端口与智能通讯终端15相连接，汇流箱17用于对功率优化器11输出的电流进行汇流，汇流箱17可以减少分布式电源设备的组件与逆变器之间的连线。进一步的是，汇流箱17为防雷汇流箱，起到防雷的作用。优选的是，汇流箱17还包括直流防雷模块、直流熔断器和断路器等，方便用户及时准确的掌握电源设备的工作情况，提高系统的可靠性和实用性，保证电源设备发挥最大功效。需要说明的是，汇流箱17还可以监控每一路的电流电压，检测到汇流箱的温度和湿度以及失效报警，数据采集，无线数据传输。

实施例二：

本发明实施例还提供一种电源设备远程故障诊断系统，用于对电流设备进行远程故障诊断和监控。如图4所示，该系统包括分布式电源设备、故障诊断设备以及电源设备采集装置；其中，

分布式电源设备与电源设备采集装置相连接；

故障诊断设备与电源设备采集装置通讯连接；

故障诊断设备通过电源设备采集装置获取分布式电源设备的实时数据，并对分布式电源设备实时数据进行汇总监控与数据读取，判断电源设备数据是否异常以及发生故障，进而进行远程诊断和故障排查。

进一步的是，该系统还包括数据存储设备，用于储存电源设备实时数据以及对储存的分布式电源设备需要采集的数据与采集参数进行配置。数据存储设备还对储存的分布式电源设备需要采集的数据与采集参数进行配置，根据各个子站的不同电源类型、各个电源的不同设备类型，将各个子站的设备及其连接情况储存到数据库中，同时对录入的设备需要采集的数据及采集策略进行配置，当储存完设备信息和采集配置信息后，该系统能够自动获取子站智能通讯终端采集到的数据，并存入数据存储设备的数据库中。

进一步的是，分布式电源设备为光伏发电电源设备、地热发电电源设备、风能发电电源设备、生物能发电电源设备、火电发电电源设备、水电发电电源设备的任意一种或多种的组合。优选的是，分布式电源设备为光伏发电电源设备，绿色能源，无污染，储量丰富。

进一步的是，该系统还包括保护装置、测量装置以及远动装置(图中未示出)；

保护装置连接于电源设备采集装置与低压电网之间，根据采集的分布式电源设备实时数据判断故障情况，进行开关的分合；

测量装置连接于保护装置与远动装置之间，监视电力负荷并控制开关的分合；

远动装置为完成调度及采集低压电网中变电站之间的信息，实时进行自动传输与交换。

具体的说，电源设备远程故障诊断系统采用分布式的拓扑结构，包括故障诊断设备和电源设备采集装置、多个分布式电源设备，多个分布式电源设备与电源设备采集装置的多个信息采集单元相连接，从而使电源设备采集装置实现对分布于不同地点、具有不同类型的小电源设备信息的采集，获取设备信息，通过安全加密的通信方式传送至故障诊断设备，从而为系统的优化、故障诊断、远程控制提供数据支持，是整个监控系统的基础。

此外，该系统采用分布式分级处理方式，对各分布式电压子站和各个设备进行监控。电源设备远程故障诊断系统通过部署在各个地区小电源的电源设备采集装置的信息采集单元获取分布式电源设备的数据，保存在本地的智能通讯终端并同步到故障诊断设备，故障诊断设备对所有数据进行集中监测并传输存储备份至数据存储设备，提供实时监控服务、数据综合分析、查看历史记录等集中监测、诊断支撑服务，电源设备采集装置的智能通讯终端对本地的设备进行在线监测。

本发明实施例提供的电源设备远程故障诊断系统对小电源相关设备进行在线监测的实现方式有：子站的电源设备采集装置根据预设的采集策略，采集各种设备的状态信息，数据指标等参数，并按照预定的条件上报给故障诊断设备；故障诊断设备用直观的方式提供给用户各类应用服务，包括查看监测数据、统计信息、实时数据、历史数据等功能，实现故障诊断和远程监测、调控；电源设备远程故障诊断系统提供远程的设备维护管理功能。

作为一个优选方案，故障诊断设备通过无线通讯网络或者电力专网和电源设备采集装置相连，能够接收各个子站电源设备采集装置上传的数据，并进行统一的汇总、处理和保存。故障诊断设备可以给用户提供实时状态展现、数据分析和管理、设备台帐管理、统计分析报表等功能。电源设备远程故障诊断系统的使用人员可以通过故障诊断设备远程浏览所有设备的监测信息和数据，也可按照区域或设备类别分别查看统计信息和数据，定制不同监测设备的某几项指标，并对各个地区、各类型设备、各个厂家进行横向比对分析，输出可定制的各类统计报表，对各个电源设备采集装置的监测设备、参数等进行远程配置，并可与各个智能通讯终端进行设备数据和配置信息的远程同步。

进一步的是，电源设备远程故障诊断系统实现对小电源设备状态和运行数据的采集、分析和长期积累，为管理人员进行设备状况统计分析、横向比较、指标变化情况、评估设备的健康状态提供重要的数据依据，检修人员能快速调取该设备发生异常前后的状态信息和参数，快速准确判断设备状态和应采取的措施，为小电源安全稳定运行和小电源并网发电提供安全保障数据，提高电网运行安全性。同时也可以分析不同厂家、不同型号、不同协议等监测设备的故障率和可靠性，为设备选型和采购提供依据。

需要说明的是，电源设备远程故障诊断系统能够提供区域电网小电源设备实时状态监控信息及整体运行状况，通过统一的监测平台将各种小电源设备的整体运行状况、发电量统计、设备的主要状态和参数等实时信息、异常情况下准确的告警信息以及预警信息反馈给故障诊断设备的运行人员，便于及时发现和处理异常情况，为小电源安全稳定运行和新能源并网发电提供安全保障数据，为小电源设施状态评估提供重要的数据依据。

因此，通过电源设备远程故障诊断系统将各种在线监测数据进行采集和汇总，在发生异常情况时，检修人员能快速调取该设备发生异常前后的状态信息和参数，快速准确判断设备状态和应采取的措施，供设备状态评估和状态检修使用。实现设备状态和运行数据的采集、分析和长期积累，为管理人员进行设备状况统计分析、横向比较、指标变化情况、评估设备的健康状态提供重要的数据依据。电源设备远程故障诊断系统统一管理各种小电源设备的状态和数据，便于运行人员、检修人员、管理人员等对小电源设备的集中综合监视和管理，保持数据完整和系统化，也适应电网系统集中集成的发展方向和需求，为小电源并网发电提供安全保障数据。

本发明实施例提供的电源设备远程故障诊断系统，与上述实施例提供的电源设备采集装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。