分布式光伏发电设备电压监控系统的制作方法

本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及一种分布式光伏发电设备电压监控系统。

背景技术：

进入21世纪以来，社会的生产生活对于能源的依赖达到了空前之高。分布式光伏设备是光伏发电设备的一种，充分利用用户对象所在地或所居住地附近可改造利用的小面积用地，如住户房顶或庭院空地等等，用以搭建小型的、可并入电网的光伏发电设备。秉着就近的原则，分布式光伏发电设备既能够给安装用户提供充足清洁的电能，同时又能将额外的电能就近并网，缓解主要电站的供电压力，是节能环保、节省用地的一种高效率、可持续、可再生发电手段。分布式光伏发电大大加快了光伏发电的使用推广，同时也提高了大规模使用光能这一可再生清洁能源的可行性。

要想保证光伏发电质量与效率，工作人员需要及时得到光伏组件的各项数据，精准分析系统的运转状况才能够为其提供最精准的维护。因为电压是电能质量的主要指标之一，所以光伏组件电压便是这些不可或缺的数据当中的一种。及时准确地进行光伏组件数据采集成为了判断光伏系统能否正常为用户服务的重要途径。当前大多数光伏电站监控系统都是针对搭设在偏远地区的大型并网光伏电站，而缺少对于分布式光伏发电设备的监控设备。随着国家政策大力扶持光伏产业，分布式光伏发电设备的普及率与发电量会逐年递增，其在社会经济当中的地位也会不断攀升，它的正常工作不单单影响它自己的效益，更是会影响社会经济的发展。随着分布式光伏发电设备逐渐被社会所接纳使用，其过于分散、监控数据量庞大而导致管控不便、人力与资金消耗较大的问题日益突出。

技术实现要素：

针对分布式光伏发电设备不便于管理和监控，造成人力与资金消耗较大的问题，本发明提出了一种光伏发电设备电压监控系统，该监控系统实时采集、处理、上传光伏组件输出电压信息，用以监控分布式光伏发电设备的工作状态。该监控系统具有稳定性较好，精度较高，成本低与功耗小的特点。

本发明提供的分布式光伏发电设备电压监控系统，其特征在于，包括光伏组件分压电路、电压采集与处理模块、数据发送模块、数据接收模块、数据传输模块和数据终端。

所述光伏组件分压电路，用于对光伏组件输出电压按照设定的比例进行分压，形成监测电压，输出到所述电压采集与处理模块。

所述电压采集与处理模块，用于对所述光伏组件电压采集电路输出的监测电压进行采样和量化处理，得到数字化的监测电压，并将该数字化的监测电压串行输出到所述数据发送模块，并控制所述数据发送模块进行远程传输。

所述数据发送模块，用于对接收到的所述串行数字监测电压进行远程无线传输。

所述数据接收模块，用于接收所述数据发送模块发送的串行电压监测数据，并将接收到的数据输出到所述数据传输模块。

所述数据传输模块，用于控制所述数据接收模块进行数据接收，并将从所述数据接收模块接收到的电压监测数据，传送到电脑终端。

所述数据终端，对监控数据进行处理和显示。

进一步地，所述光伏组件电压采集电路，采用电压跟随器与所述电压采集与处理模块相连接。

进一步地，所述的电压监控系统对模拟电压的采样和量化处理由单片机完成。

进一步地，所述数据传输模块，通过串行通信端口，将从所述数据接收模块接收到的电压监测数据，传送到电脑终端。

进一步地，所述的电压监控系统使用带有电容滤波电路的直流稳压电源。

进一步地，所述数据发送模块和所述数据接收模块，为无线发送模块。

进一步地，所述无线发送模块与无线接收模块工作于应答模式，且能够进行自动再传输。

进一步地，数据发送频率为2.4ghz。

进一步地，所述数据传输模块，通过串行通信端口，将从所述数据接收模块接收到的电压监测数据，传送到电脑终端。

进一步地，所述的电压监控系统包括多路转换开关，用于把多路监测电压按照设定的次序切换到电压采集与处理模块。

本发明提供的一种光伏组件实时监控系统，以分布式光伏组件的工作电压为监控对象，进行电压采样和数字化处理后，通过无线发送与接收模块，将检测电压发送到远程终端进行集中处理，本系统采用成熟的电路设计，设备简单、工作可靠，解决了分布式光伏组件由于其过于分散、监控数据量庞大而导致管控不便、人力与资金消耗较大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例1的系统结构图。

图2是本发明实施例1的光伏组件电压采集电路原理图。

图3是本发明实施例1的发送子系统的电路原理图。

图4是本发明实施例1的单片机电源电路。

图5是本发明实施例1的无线收发模块电源电路。

图6是本发明实施例1的参考电压电路。

图7是本发明实施例2的系统结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

图1是本发明实施例的系统结构图，包括光伏组件分压电路、电压采集与处理模块、数据发送模块、数据接收模块、数据传输模块和数据终端。

其中电压采集与处理模块和数据发送模块构成系统的发送子系统。数据接收模块、数据传输模块构成系统的接收子系统。所述光伏组件分压电路，用于对各分布式光伏组件电压按照设定的比例进行分压，形成监测电压，所述监测电压输出端连接所述电压采集与处理模块的输入端。

其中比例由本领域技术人员根据工程需要进行设定，其设定值，设定方式本发明实施例不做限定”。

所述电压采集与处理模块，对所述光伏组件电压采集电路输出的监测电压进行采样和量化处理，得到的数字化的监测电压，将该数字化的监测电压串行输出到所述数据发送模块，并控制所述数据发送模块进行远程传输。

其中采样和量化处理的方式由本领域技术人员根据工程需要进行设定，其设定值，设定方式本发明实施例不做限定。

所述数据发送模块，用于对接收到的所述串行数字监测电压进行远程无线传输。

所述数据接收模块，接收所述数据发送模块发送的串行电压监测数据，输出到所述数据传输模块。

所述数据传输模块，控制所述数据接收模块进行数据接收，并将从所述数据接收模块接收到的电压监测数据，传送到电脑终端。

图2是本发明实施例的光伏组件分压电路原理图。该电路基于lm358构建，lm358用作电压跟随器，对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，起到“隔离”作用，形成缓冲级，避免影响被测电压的精度。电阻r2和r5的作用对被监测电压进行串连分压，得到适合后续量化处理的电压值。

图2中vmod为得到的被监测电压的分压。

lm358内置两个双运算放大器，推荐工作条件下，电源电流与电压无关，本实施例lm358采用单电源供电。

图3是本发明实施例发送子系统的电路原理图(图中省略了电源部分，电源部分的电原理图见图5和图6)。电压采集与处理模块和数据发送模块电路由stc15w401as单片机、as01-ml01dp3芯片、开关二极管1n4148组成。开关二极管1n4148是一种通用高频开关二极管。

发送子系统的stc15w401as单片机的p1.1口与光伏组件电压采集电路相连，将采集到的电压信号输入单片机中进行处理；串口p3.0/p3.1与电脑连接用于下载单片机与nrf24l01驱动程序。

本发明实施例接收子系统包括数据传输模块、数据接收模块和电源电路。其中数据传输模块和数据接收模块由stc15w401as单片机、as01-ml01dp3芯片和开关二极管1n4148组成，开关二极管1n4148是一种通用高频开关二极管。其电路连接关系和发送子系统中电压采集与处理模块和数据发送模块连接关系相似，电路连接关系与发送子系统相类似，不同之处在于单片机串口与数据终端相连，将从as01-ml01dp3芯片所接收到的数字电压信号通过单片机串口通信功能传送到电脑终端。

图4是本发明实施例的单片机参考电压(ref)电路。该电路是基于tl431可控精密稳压源搭建的stc单片机参考电压电路。在此处，tl431类似稳压二极管，并联在其两端的电容可吸收电源纹波，使输出电压更平稳。接通电源瞬间，电容充电会增加输出电压建立时间。但是系统稳定工作后，tl431输出稳定的电压。

由tl431稳压管构成直流稳压电路作为stc15w401as单片机和as01-ml01dp3芯片的工作电源。由tl431稳压管构成stc15w401as单片机和as01-ml01dp3芯片的直流稳压电路所用电子元器件种类个数相同，只在部分参数值上有所变化。其中为stc15w401as单片机提供5v稳定电压，为as01-ml01dp3芯片提供3.3v稳定电压。

图5是本发明实施例的无线收发模块电源电路。该电路运用了图4单片机参考电压电路相似的工作原理，都主要是围绕着tl431稳压管进行搭建，所用电子元器件种类个数相同，只在部分参数值上有所变化。

图6是本发明实施例的参考电压电路。该电路是基于tl431可控精密稳压源搭建的stc单片机参考电压电路。在此处，tl431类似稳压二极管，并联在其两端的电容可吸收电源纹波，使输出电压更平稳。在接通电源瞬间，电容充电会增加输出电压建立时间。但这是在系统稳定工作后，tl431输出稳定的参考电压。

本发明实施例提供的光伏组件实时监控系统，以分布式光伏组件的工作电压为监控对象，进行电压采样和数字化处理后，通过无线发送与接收模块，将检测电压发送到远程终端进行集中处理，本系统采用成熟的电路设计，设备简单、工作可靠，解决了分布式光伏组件由于其过于分散、监控数据量庞大而导致管控不便、人力与资金消耗较大的问题。

实施例2：

图7是发明实施例2的系统结构图，该系统是对实施例1功能的扩展，可以实现对多路电压的监控，本实施例在实施例1的基础上增加了多路转换开关，电压采集与处理模块按照设定的次序，依次接通多路转换开关第1到n路开关，对分压电路1到n进行采样。在系统电路设计时需要增加电压采集与处理模块对多路转换开关的控制功能，其余模块的电路设计实现与实施例1相同。

利用本实施例提供的电路系统完成多路电压数据的发射和接收，以及数据终端完成多路电压数据的处理方法，这是本领域公知的技术，本实施例在此不做详述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。