光伏电站无线智能监控系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及智能监控系统及方法，具体设及光伏电站无线智能监控系统及方法。
【背景技术】
[0002] 由于太阳能光伏发电具有无噪声，无污染，没有地域限制，分布广泛且取之不尽用 之不竭的特点，因此太阳能光伏发电是一种具有可持续发展的可再生能源发电技术。据预 测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源， 而且将成为世界能源供应的主体。但是太阳能光伏电站占地面积广，光伏组件数量庞大，而 传统光伏组件接线盒不具备报警和检测功能，目前的监控系统也只能检测到汇流箱，无法 对单个组件进行监控和检测。光伏组件的维护和监测困难，因此为提高光伏电站的发电量、 安全性、快速定位光伏电站组件故障的组件级智能监控系统是光伏电站智能监控系统发展 的新方向。
[0003] 现有的组件级监控采用电力载波通信的智能监控模块构成。模块的监控数据信息 需借助电力线传输，每一个光伏串需要一个数据采集器，数据采集器收集的数据再通过现 场通信线路(RS485)传输到服务器。该技术方案存在①发热严重：旁路开关时肖特基二极 管，当光伏组件被遮光，肖特基二极管处于旁路状态时，接线盒的溫度达到150°CW上;②安 全性低：肖特基二极管反向耐压易随溫度变化，高溫时反向耐压只有二Ξ十伏极易被反向 击穿，除此，不具备关功能，当火灾等意外发生时存在高压维护困难。③损耗大：肖特基二极 管的反向漏电流在高溫下达10几毫安，电能损失大。④通信可靠性低:数据信息传输需借助 电力线，当电力线出现故障时整个光伏串的数据都将丢失，通信效果容易受到电线负载的 影响。⑤成本高:每一个组串都需要一个数据接收器，数据接收器与服务器之间需专口铺设 通信线路。⑥码率低，电力线载波通信码率一般只有几肺PS。
[0004] 现有的光伏组件监控还有的采用WIFI通信具备监测功能的智能监控模块构成。监 控模块外挂于接线盒，监控模块的数据通过wifi传输。几十个wifi节点需对应一个数据采 集器，数据采集器到控制中屯、采用现场有线通信线路。该技术方案成本高，数据采集器数量 多，体积大，监控模块需外挂、功耗高、协议复杂等缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供光伏电站无线智能监控系统及方法。
[0006] 本发明的第一个技术方案是:光伏电站无线智能监控系统，包括服务器层、网关 层、中继器层和监控模块层，服务器层为顶层，监控模块层为底层，相邻层之间均进行双向 通信；服务器层由若干服务器构成；网关层由若干网关构成；中继器层由若干中继模块构 成；
[0007] 其特点是：监控模块层由曰1~am个分组序列构成，m< 65536;即分组序列号< 65536;每个分组序列分为bl~bn个分组，η含255的自然数；即分组号含255;每个分组由i个 智能监控模块构成；i含183的自然数，即分组内序号含183;每一个分组序列对应一个中继 器，每个网关最多对应255个中继器;每个中继器与同一个分组序列内的所有智能监控模块 进行无线通信；中继器与网关之间进行无线通信;每个网关最多与255个中继器进行无线通 f旨；
[0008] 智能监控模块用于检测光伏组件的信息，包括电压、电流、溫度等，与中继器进行 无线通信，根据指令关断光伏组件电压输出，旁路不能输出电量的光伏组件；
[0009] 每一个智能监控模块都具备独立的ID号，W与其他监控模块区分；智能监控模块 完成光伏组件数据采集，包括电压检测、溫度检测、电流检测，自行判断当前光伏组件工作 状态，需报警时主动报警，通过指定频段分时隙上传数据到中继器，并接收中继器的下行数 据，执行中继器的指令；
[0010] 中继器将智能监控模块发来的数据汇总后，打包转发给网关;并将网关的下行数 据打包转发给智能监控模块；
[0011] 网关将中继器上传的数据汇总后，打包转发给服务器;并将服务器发出的指令转 发给中继器。
[0012] 光伏电站无线智能监控系统中中继器与智能监控模块组网方法，其特点是:包括 如下步骤：
[0013] 步骤1.智能监控模块处于初始状态，分组序列号、分组号、分组内序号均为空；
[0014] 步骤2、第一次抢号入网请求:智能监控模块在未分组状态下接收到中继器发出的 组网命令，获取分配的分组序列号，并按指定的分组总数随机生成分组号和分组内序号，其 中，分组总数为每个分组序列中的分组总数量，分组总数小于或等于255;分组号小于或等 于分组总数，分组内序号小于或等于183;分组内序号即为指定的应答时隙号；
[0015] 步骤3、第一轮抢号轮询确认：中继器发送分组序列号和指定分组号对智能监控模 块进行抢号轮询确认，并对已经应答的监控模块重新分配分组内序号；当智能监控模块接 收的分组序列号和指定分组号分别与步骤2获取的分组序列号和分组号相同时，按指定应 当时隙向中继器回传应答命令;即将光伏组件的ID号回传中继器；
[0016] 步骤4、第一轮系统配置归序：中继器发送归序命令，产生新分组序列号、新分组号 和新分组内序号，对已抢号确认的智能监控模块重新配置新的分组序列号、新分组号和新 的分组内序号；智能监控模块按指定应当时隙上传新的分组号和新的分组内序号，进行回 传确认更新;其中，新分组号和新分组内序号都是从1开始，每确认一个智能监控模块，新分 组内序号递增1，当新分组内序号递增到183时，新分组号加1，新分组内序号又从1开始递 增；
[0017] 步骤5.判断所有分组是否都轮询确认完成，若未完成，增加指定分组号，返回步骤 3;若全部完成，进入步骤6;
[0018] 步骤6.第二轮抢号入网请求：中继器下达在不改变分组序列号的情况下重新计算 分组号及分组内序号命令;未完成系统配置归序的智能监控模块重新获得分组号和分组内 序号;并按重新获得的分组内序号将光伏组件ID号回传中继器；
[0019] 步骤7.第二轮抢号轮询确认：中继器发送指定分组号对智能监控模块进行第二轮 抢号轮询确认；当未完成系统配置归序的智能监控模块接收的指定分组号与步骤6获取的 分组号相同时，按步骤6获取的分组内序号向中继器回传应答命令;即将光伏组件的ID号回 传中继器；
[0020]步骤8、第二轮系统配置归序：中继器发送归序命令，产生新分组序列号，新分组号 和新分组内序号；中继器对第二轮抢号确认的智能监控模块重新配置新分组序列号、新分 组号和新分组内序号；智能监控模块在约定应答时隙上传新分组号和新分组内序号，进行 回传确认更新;其中，新分组号和新分组内序号在原来数值基础上，每确认一个智能监控模 块，新分组内序号递增1，当新分组内序号递增到183时，新分组号加1，新分组内序号又从1 开始递增；
[0021 ]步骤9.判断所有分组是否都进行了第二轮抢号轮询确认，若有分组未进行，增加 指定分组号，返回步骤7;若所有分组全部完成，进入步骤10;
[0022] 步骤10、重复步骤6~9,当未完成系统配置归序的智能监控模块的数量为零时，停 止迭代，结束。
[0023] 本发明所述的光伏电站无线智能监控系统及方法的有益效果是:本发明针对光伏 组件数量巨大的应用特点，采用分频段、分频道、分时隙、分组号的无线组网通讯协议，提出 了组件、中继、网关、服务器间的Ξ层级通讯方案，将数量大、功耗低、码率低和成本低的光 伏组件与数量少、码率高、距离远的中继、网关W及服务器进行性能、成本等方面的最优组 合，通过较少的通讯指令，实现可周期性采集每个光伏组件数据和报警信息;整个Ξ层级通 讯系统架构灵活，可按光伏电站不同规模、不同地形进行灵活布局;本发明数据传输均采用 无线通信方式，具有安装简单方便、运行维护安全、异常情况发生时可W关断，实时监测组 件的工作状态、异常情况主动报警、反向漏电流低等特点，当出现故障时可远程关断光伏组 件电能输出；本系统的成功开发能提高光伏电站电能的利用率，快速定位故障组件，增加光 伏电站的投资回报，为电站的维护提供方便，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明所述的光伏电站无线智能监控系统原理框图。
[0025] 图2、图3是智能监控模块组网程序流程图。
[0026] 图4至图7是中继器组网程序流程图。
【具体实施方式】
[0027] 参见图1，光伏电站无线智能监控系统，包括服务器层、网关层、中继器层和监控模 块层，服务器层为顶层，监控模块层为底层，相邻层之间均进行双向通信；
[00%]服务器层由若干服务器14构成；网关层由若干网关13构成；中继器层由若干中继 器12构成;监控模块层由al~am个分组序列构成，