技术领域本实用新型属于太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置。
背景技术：
随着社会的不断进步，人们生活水平的不断提高，人们对用电量的需求不断增加，所以人们希望能有充足的电能来满足各种需要。光伏发电能给我们提供电能，而且光伏发电是一种清洁能源发电，无污染，无噪声，只要有太阳就能发电，并且工作稳定可靠，使用寿命一般在25年以上。在光伏发电系统中，要想得到大的电能，就必须把大量的光伏电池组件通过串并联连接起来，怎样监测控制大量光伏组件的汇流情况，是整个光伏发电系统要解决的问题之一。光伏直流汇流箱部分，可以将电能汇集起来输送到直流柜，在光伏直流汇流箱中，如果有一条有负载的电流导线在使用中断裂，在其断裂处就会产生直流故障电弧，并且在光伏直流汇流箱的快速接头之间、接线与接线盒之间都会出现直流故障电弧，故障电弧会产生高热现象，温度可达上千摄氏度，并且在电源断开前会一直保持。所以容易导致光伏直流汇流箱内部相邻器件被点燃起火，从而造成火灾事故。因此，现如今缺少一种结构简单、设计合理、安装布设方便的具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，通过实时监测直流电压、母线电流、支路电流和温度信息，通过弧光采集模块实时检测弧光信号，通过设置通信模块将监测信息上传至监控室并使用显示模块实时显示，通过开关量采集模块获得断路器状态，且通过控制输出模块及时断开故障电弧所在回路，避免故障电弧造成光伏直流汇流箱的损坏，从而保护光伏直流汇流箱装置。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，其结构简单、设计合理、安装布设方便，实时监测直流电压、母线电流、支路电流、温度和弧光信号，通过设置通信模块将监测信息上传至监控室并使用显示模块实时显示，且通过控制输出模块及时断开故障电弧所在回路，避免故障电弧对直流汇流箱的损坏，实用性强，便于推广使用。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，其特征在于：包括微控制器、电源模块和与微控制器相接的通信模块，所述微控制器的输入端接有开关量采集模块、弧光采集模块、用于检测光伏直流汇流箱内温度的温度传感器和用于检测光伏直流汇流箱输出直流电压的直流电压采集模块，以及用于检测光伏直流汇流箱中各支路电流的支路电流采集模块、用于检测直流汇流箱输出母线电流的母线电流采集模块和用于参数设置的按键模块，所述微控制器的输出端接有显示模块和控制输出模块；所述弧光采集模块包括运放L1、电阻R30和光电二极管D11，所述运放L1的同相输入端分两路，一路与电阻R30的一端相接，另一路接地；所述运放L1的反相输入端分两路，一路与光电二极管D11的阳极相接，另一路与电阻R30的另一端相接；所述光电二极管D11的阴极与5V电源输出端相接。上述的一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，其特征在于：所述电源模块5包括电源转换芯片IF2405S、防反二极管D1和稳压二极管DK1。上述的一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，其特征在于：所述直流电压采集模块包括防反二极管D3和用于采集直流电压数据的端口P3，所述端口P3的第1引脚与防反二极管D3的阳极相接，所述防反二极管D3的阴极经串联的电阻R24、电阻R25、电阻R26和电阻R27与电阻R28的一端相接，所述端口P3的第2引脚分两路，一路接地，另一路与电阻R29的一端相接；所述电阻R28的另一端和电阻R29的另一端的连接端与微控制器相接。上述的一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，其特征在于：所述支路电流采集模块包括采样电阻R15和运放U8A，所述运放U8A的同相输入端与采样电阻R15的一端相接，所述运放U8A的输出端分两路，一路与运放U8A的反相输入端相接，另一路与微控制器相接。上述的一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，其特征在于：所述开关量采集模块包括光电隔离芯片U7，所述光电隔离芯片U7的阳极经电阻R13与24V电源输出端相接，所述光电隔离芯片U7的集电极分两路，一路经电阻R14与5V电源输出端相接，另一路与微控制器相接。上述的一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，其特征在于：所述母线电流采集模块包括采样电阻R22和运放U8B，所述运放U8B的同相输入端与采样电阻R22的一端相接，所述运放U8B的输出端分两路，一路与运放U8B的反相输入端相接，另一路与微控制器相接。上述的一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，其特征在于：所述通信模块包括芯片SN65ALS176、型号为6N139的芯片U3、型号为6N139的芯片U4和型号为6N139的芯片U5。上述的一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，其特征在于：所述控制输出模块包括三极管Q1和继电器K1，所述三极管Q1的基极与微控制器相接，所述三极管Q1的集电极与5V电源输出端相接，所述三极管Q1的发射极分两路，一路与继电器K1的线圈的一端相接，另一路与整流二极管D2的阴极相接；所述继电器K1的线圈的另一端分两路，一路与整流二极管D2的阳极相接，另一路经电阻R23接地；所述继电器K1的公共触点与24V电源输出端相接，所述继电器K1的常闭触点悬空，所述继电器K1的常开触点与端口P2的第1引脚相接，所述端口P2的第2引脚接地。上述的一种具备故障电弧探测的光伏直流汇流监测装置，其特征在于：所述微控制器为C8051F系列单片机。本实用新型与现有技术相比具有以下优点：1、本实用新型通过设置温度传感器、直流电压采集模块、支路电流采集模块、母线电流采集模块和弧光采集模块实时监测直流汇流箱的温度、直流汇流箱输出直流电压、光伏直流汇流箱中各支路电流、光伏直流汇流箱输出母线电流和光伏直流汇流箱有无弧光信号，综合判断故障电弧，准确度高，电路简单，功能完备。2、本实用新型通过设置通信模块，将采集到直流汇流箱的温度、直流汇流箱输出直流电压、光伏直流汇流箱中各支路电流、直流汇流箱输出母线电流和光伏直流汇流箱有无弧光信号等数据信息传上传至监控室，并通过显示模块实时显示各监测数据，获取数据灵活方便，稳定性好。3、本实用新型通过设置控制输出模块，当检测有弧光信号即光伏直流汇流箱有故障电弧时，通过断路器及时断开故障电弧所在回路，避免故障电弧对直流汇流箱的损坏，从而保护光伏直流汇流箱装置。4、本实用新型设计新颖合理，操作简单，实现方便，实用性强，便于推广使用。综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、安装布设方便，实时监测直流电压、母线电流、支路电流、温度和弧光信号，通过设置通信模块将监测信息上传至监控室并使用显示模块实时显示，且通过控制输出模块及时断开故障电弧所在回路，避免故障电弧对直流汇流箱的损坏，实用性强，便于推广使用。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本实用新型的电路原理框图。图2为本实用新型弧光采集模块的电路原理图。图3为本实用新型电源模块的电路原理图。图4为本实用新型直流电压采集模块的电路原理图。图5为本实用新型支路电流采集模块的电路原理图。图6为本实用新型开关量采集模块的电路原理图。图7为本实用新型母线电流采集模块的电路原理图。图8为本实用新型通信模块的电路原理图。图9为本实用新型控制输出模块的电路原理图。附图标记说明:1—微控制器；2—温度传感器；3—直流电压采集模块；4—支路电流采集模块；5—电源模块；6—通信模块；7—开关量采集模块；8—弧光采集模块；9—母线电流采集模块；10—显示模块；11—按键模块；12—控制输出模块。具体实施方式如图1和图2所示，本实用新型包括微控制器1、电源模块5和与微控制器1相接的通信模块6，所述微控制器1的输入端接有开关量采集模块7、弧光采集模块8、用于检测光伏直流汇流箱内温度的温度传感器2和用于检测光伏直流汇流箱输出直流电压的直流电压采集模块3，以及用于检测光伏直流汇流箱中各支路电流的支路电流采集模块4、用于检测直流汇流箱输出母线电流的母线电流采集模块9和用于参数设置的按键模块11，所述微控制器1的输出端接有显示模块10和控制输出模块12；所述弧光采集模块8包括运放L1、电阻R30和光电二极管D11，所述运放L1的同相输入端分两路，一路与电阻R30的一端相接，另一路接地；所述运放L1的反相输入端分两路，一路与光电二极管D11的阳极相接，另一路与电阻R30的另一端相接；所述光电二极管D11的阴极与5V电源输出端相接。如图3所示，本实施例中，所述电源模块5包括电源转换芯片IF2405S、防反二极管D1和稳压二极管DK1。实际接线中，所述电源转换芯片IF2405S的+Vin引脚分两路，一路经并联的电容C2、电容C1和电容C3接地，另一路与防反二极管D1的阴极相接；所述防反二极管D1的阳极分两路，一路与端口P1的第2引脚相接，另一路与整流二极管DK1的阴极相接；所述电源转换芯片IF2405S的-Vin引脚分两路，一路与整流二极管DK1的阳极相接，另一路接地；所述电源转换芯片IF2405S的+Vout脚为5V电源输出端，所述端口P1的第2引脚接24V电源的正输出端，端口P1的第1引脚接24V电源的负输出端。如图4所示，本实施例中，所述直流电压采集模块3包括防反二极管D3和用于采集直流电压数据的端口P3，所述端口P3的第1引脚与防反二极管D3的阳极相接，所述防反二极管D3的阴极经串联的电阻R24、电阻R25、电阻R26和电阻R27与电阻R28的一端相接，所述端口P3的第2引脚分两路，一路接地，另一路与电阻R29的一端相接；所述电阻R28的另一端和电阻R29的另一端的连接端与微控制器1相接。如图5所示，本实施例中，所述支路电流采集模块4包括采样电阻R15和运放U8A，所述运放U8A的同相输入端与采样电阻R15的一端相接，所述运放U8A的输出端分两路，一路与运放U8A的反相输入端相接，另一路与微控制器1相接。如图6所示，本实施例中，所述开关量采集模块7包括光电隔离芯片U7，所述光电隔离芯片U7的阳极经电阻R13与24V电源输出端相接，所述光电隔离芯片U7的集电极分两路，一路经电阻R14与5V电源输出端相接，另一路与微控制器1相接。实际接线中，所述光电隔离芯片U7的阴极与接在汇流母线上的断路器的控制端相接。如图7所示，本实施例中，所述母线电流采集模块9包括采样电阻R22和运放U8B，所述运放U8B的同相输入端与采样电阻R22的一端相接，所述运放U8B的输出端分两路，一路与运放U8B的反相输入端相接，另一路与微控制器1相接。如图8所示，本实施例中，所述通信模块6包括芯片SN65ALS176、型号为6N139的芯片U3、型号为6N139的芯片U4和型号为6N139的芯片U5。实际接线中，所述芯片U3的第2引脚分两路，一路经电阻R10与5V电源输出端相接，另一路经电阻R16与芯片U4的第2引脚相接；所述芯片U3的第3引脚分两路，一路与微控制器1相接，另一路与发光二极管D4的阴极相接；所述发光二极管D4的阳极经电阻R9与5V电源输出端相接，所述芯片U3的第6引脚分两路，一路经电阻R11与5V电源输出端相接，另一路与芯片SN65ALS176的第4引脚相接；所述芯片U4的第3引脚与微控制器1相接，所述芯片U4的第6引脚分两路，一路经电阻R18与5V电源输出端相接，另一路与芯片SN65ALS176的第2引脚和第3引脚的连接端相接；所述芯片U5的第2引脚经电阻R19与5V电源输出端相接，所述芯片U5的第6引脚分三路，一路与电阻R21的一端相接，另一路与发光二极管D5的阴极相接，第三路与微控制器1相接；所述芯片U5的第8引脚分两路，一路与5V电源输出端相接，另一路经电阻R20与发光二极管D5的阳极相接；所述芯片SN65ALS176的第6引脚分三路，一路经电阻R17接地，另一路与稳压二极管DK4的阴极相接，第三路与稳压二极管DK2的阳极相接；所述芯片SN65ALS176的第7引脚分三路，一路与稳压二极管DK2的阴极相接，另一路与稳压二极管DK3的阴极相接，第三路经电阻R12与5V电源输出端相接；所述稳压二极管DK3的阳极和稳压二极管DK4的阳极均接地。如图9所示，本实施例中，所述控制输出模块12包括三极管Q1和继电器K1，所述三极管Q1的基极与微控制器1相接，所述三极管Q1的集电极与5V电源输出端相接，所述三极管Q1的发射极分两路，一路与继电器K1的线圈的一端相接，另一路与整流二极管D2的阴极相接；所述继电器K1的线圈的另一端分两路，一路与整流二极管D2的阳极相接，另一路经电阻R23接地；所述继电器K1的公共触点与24V电源输出端相接，所述继电器K1的常闭触点悬空，所述继电器K1的常开触点与端口P2的第1引脚相接，所述端口P2的第2引脚接地。实际接线中，所述端口P2的第1引脚和第2引脚分别与接在汇流母线上的断路器的控制端和地相接。本实施例中，所述微控制器1为C8051F系列单片机。本实用新型使用时，电源模块5为微控制器1和各用电模块进行供电，微控制器1进入工作状态，温度传感器2实时监测光伏直流汇流箱内的温度并将采集到的温度发送至微控制器1，直流电压采集模块3实时监测光伏直流汇流箱输出的直流电压并将采集到电压发送至微控制器1，支路电流采集模块4实时监测光伏直流汇流箱中各支路的电流并将采集到电流经过转换发送至微控制器1，母线电流采集模块9实时监测光伏直流汇流箱输出的母线电流并将采集到母线电流经过转换发送至微控制器1，弧光采集模块8实时监测光伏直流汇流箱内的弧光信号并将采集到的弧光信号转换为电信号发送至微控制器1，开关量采集模块7实时监测接在汇流母线上的断路器的控制端信号并将采集到的开关量发送至微控制器1，通过按键模块11提前设置支路电流阈值、母线电流阈值、温度阈值和直流电压阈值，当直流电压采集模块3采集到的直流电压不满足直流电压阈值时，微控制器1使控制输出模块12工作，通过断路器及时断开光伏直流汇流箱母线回路；当支路电流采集模块4采集到的支路电流大于设定的支路电流阈值、温度传感器2采集到的温度大于温度阈值且微控制器1接收到有弧光信号时，微控制器1使控制输出模块12工作，通过断路器及时断开支路故障电弧所在回路；当母线电流采集模块9采集到的母线电流大于设定的母线电流阈值、温度传感器2采集到的温度大于温度阈值且微控制器1接收到有弧光信号时，微控制器1使控制输出模块12工作，通过断路器及时断开母线故障电弧所在回路，通过电流、温度和弧光信号综合判断电弧状态，避免故障电弧对直流汇流箱的损坏，从而保护光伏直流汇流箱装置，保证光伏直流汇流箱使用寿命，使用效果好。在光伏直流汇流箱的监测过程中，通过显示模块10实现光伏直流汇流箱内的温度、光伏直流汇流箱输出的直流电压、光伏直流汇流箱中各支路的电流、光伏直流汇流箱输出的母线电流、光伏直流汇流箱内有无弧光信号和断路器工作状态的监控，并通过通信模块6上传给监控机，实现监测信息的远距离传输，方便工作人员监控。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。