本实用新型涉及光伏汇流箱监测装置，属于光伏汇流监测技术领域。
背景技术：
在光伏电站应用场合下，通常每8-16路光伏组串输出的电能输入给1台光伏汇流箱并在箱内通过铜排汇流输出。光伏汇流箱监测装置顾名思义需安装在光伏汇流箱内，其主要工作是测量各路光伏组串的发电电流和电压，并将相关数据通过通讯总线上传至监控室中。
授权公告号为CN206498368U的中国专利文件中公开了一种智能光伏直流防雷汇流箱，包括箱体，箱体内安装有光伏直流断路器、光伏电源模块、汇流箱监测单元以及其他相关组成部分。通过汇流箱监测单元可以监测每路光伏电池组件输入电流、输出电压等信息。但是，汇流箱监测单元是直接安装在箱体的安装板上，汇流箱监测单元为裸露的电路板，这种裸露布置的方式存在下面问题：电路板不安全，强电回路存在运行人员遭受电击的风险；电路板易受到风沙、灰尘、雨雪及烟雾影响，沉积腐蚀，从而影响可靠性；电路板间端子连线多，且为螺钉固定端子，安装配线、调试接线工作量大，现场更换不便。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种光伏汇流箱监测装置，用以解决裸露的汇流箱监测单元的安全性较低的问题。
为实现上述目的，本实用新型包括以下技术方案。
方案一：本方案提供一种光伏汇流箱监测装置，包括壳体，壳体内的空间分为上下两部分，壳体内的上部分空间中安装有监测板，壳体内的下部分中安装有用于采集光伏汇流箱相关数据信息的信息采集板以及穿线机构，所述信息采集板位于所述监测板和穿线机构之间，所述穿线机构包括供各光伏组串输出线路穿过的穿线孔，所述信息采集板与所述监测板连接。
首先，本方案提供的光伏汇流箱监测装置为一个独立的设备，各种组成部分均设置在壳体内，没有与外界设备直接接触，相较于之前裸露的汇流箱监测单元，不仅保证了所有电路板免受风沙、灰尘、雨雪及烟雾的侵袭，避免受到沉积腐蚀，提升了运行可靠性和安全性，而且，运行人员在维修光伏汇流箱时，不会直接接触到监测装置中的各电路板，使各电路板免受外在人为因素的干扰，并保证运行人员免遭强电回路电击的风险，同时让监测装置整体更加紧凑，缩小空间占据，外型更加美观。而且，监测板与信息采集板分开设置，分别布置在壳体的上部和下部，两者之间通过通讯线路连接，并且，穿线机构布置在信息采集板的下面，各光伏组串输出线路穿过穿线机构的穿线孔，信息采集板采集各光伏组串输出线路的数据信息，因此，在布置时，直接将各光伏组串输出线路穿过穿线机构的穿线孔即可，布置简单，而且，信息采集板位于监测板和穿线机构之间，监测板与穿线机构之间的距离较远，各光伏组串输出线路的强电信号不会影响监测板中弱电信号的传输和处理，降低了电磁干扰，保证信号传输的可靠性。
方案二：在方案一的基础上，所述壳体由上封装壳体和下封装壳体通过固定机构固定组装构成，所述监测板安装在所述上封装壳体内，所述信息采集板和穿线机构安装在所述下封装壳体内。
方案三：在方案一或二的基础上，所述信息采集板为安装有霍尔传感器的霍尔板，各霍尔传感器向穿线机构方向凸出设置，利用霍尔传感器检测各光伏组串输出线路的相关数据信息。
方案四：在方案三的基础上，所述穿线机构上还设置有用于放置安装各霍尔传感器的安装空间，各安装空间与各穿线孔一一对应，各光伏组串输出线路在穿过对应的穿线孔时也穿过对应安装空间中安装的霍尔传感器，实现各霍尔传感器检测对应光伏组串输出线路的相关数据信息。
方案五：在方案四的基础上，所述穿线机构为穿线板，穿线孔为穿线通道，各穿线通道在穿线板上依次排列布置，各穿线通道上设置有断开位置，用于将穿线通道一分为二，各断开位置处设置有对应的所述安装空间。
方案六：在方案五的基础上，所述安装空间为贯穿所述穿线板的安装孔。
方案七：在方案六的基础上，各穿线通道的轴心穿过对应安装孔的中心位置。
方案八：在方案六或七的基础上，相邻两个安装孔沿穿线通道的轴向方向相互错开。这种布置方式能够减小穿线板的宽度以及壳体的宽度。
方案九：在方案四至方案七任意一项的基础上，所述壳体上设置有与各穿线孔对应的、用于供对应光伏组串输出线路穿过的通孔。
方案十：在方案二的基础上，所述上封装壳体内还设置有用于为监测装置中各相关部分进行供电的电源板，所述电源板安装在上封装壳体内部的左侧，所述监测板安装在上封装壳体内部的右侧。
方案十一：在方案十的基础上，所述电源板上焊接有实现电压转换的变压器模块，用于调节所述变压器模块原边PWM的开关管模块以及用于稳定输出电压的稳压模块，所述变压器模块和开关管模块均配套设置有散热器模块。
方案十二：在方案一或二的基础上，所述监测板上设置有用于与所述信息采集板连接的连接端子，用于输入相关开关量信息的开关量接入端口，以及用于与外界通讯的通讯接口。
方案十三：在方案十的基础上，所述监测板上设置有用于从电气主回路中取电的电源输入接口，以及用于将从电气主回路中取出的电能输出给电源板的电源输出接口，所述电源板上设置有用于接收所述从电气主回路中取出的电能的电源输入接口，以及用于输出经过电能转换后的电压的电源输出接口。
方案十四：在方案十一的基础上，所述上封装壳体上设置有散热孔和相应的端子接线位置，所述下封装壳体上设置有散热孔。
方案十五：在方案二的基础上，所述上封装壳体的上表面设置有人机交互界面。
方案十六：在方案十五的基础上，所述人机交互界面包括三部分，第一部分为数码管显示区，第二部分为设备状态指示区，第三部分为按键操作区。
方案十七：在方案二的基础上，所述下封装壳体的底部的四个角分别设置有突出结构，用于固定所述监测装置。
附图说明
图1是光伏汇流箱监测装置壳体的整体结构图；
图2是光伏汇流箱监测装置壳体的俯视图；
图3是上封装壳体的立体结构图；
图4是图3的俯视图；
图5是图3的主视图；
图6是图5的剖面图；
图7是监测板和电源板的布置图；
图8是霍尔板和穿线机构的布置图；
图9是下封装壳体的整体结构图；
图10是下封装壳体的立体结构图；
图11是穿线机构的立体结构图；
图12是穿线机构的主视图；
图13是穿线机构的俯视图；
图14是穿线机构的左视图；
图15是光伏汇流箱监测装置的装配爆炸图；
图16是光伏汇流箱监测装置的外观图；
图17是监测板的接线端子示意图；
图18是电源板、监测板和霍尔板之间的电气关系示意图。
具体实施方式
本实用新型提供的光伏汇流箱监测装置的基本技术方案是：监测装置包括壳体，壳体内的空间分为上下两部分，壳体内的上部分空间中安装有监测板，壳体内的下部分中安装有用于采集光伏汇流箱相关数据信息的信息采集板以及穿线机构，信息采集板位于监测板和穿线机构之间，穿线机构包括供各光伏组串输出线路穿过的穿线孔，信息采集板与监测板连接。以下结合附图对上述基本的技术方案做进一步详细的说明。
本实施例中，光伏组串输出线路为16路。
该光伏汇流箱监测装置结构紧凑，布局合理，安装方便，能够从汇流箱主回路直接取电，满足自身的供电需求，能够监测多个支路，比如16个支路的电流、输出电流、母线电压、温度测量等，同时，监测装置能够接入开关量，实现对周围设备的状态监测，同时，监测装置还能实现装置故障诊断，组串断路故障诊断，过温故障诊断等功能，监测设备还能够支持RS485通讯。
为了便于将监测装置的壳体内的空间分为上下两部分，本实施例中，壳体分为上封装壳体和下封装壳体两部分，上封装壳体和下封装壳体通过固定机构固定组装，比如通过6个螺栓进行固定组装。监测板固定安装在上封装壳体内，信息采集板以及穿线机构固定安装在下封装壳体内，信息采集板位于监测板和穿线机构之间，即穿线机构布置在信息采集板的下面。
为实现一次侧和二次侧的电气隔离，本实施例中，光伏汇流箱监测装置使用霍尔传感器作为光伏组串电流、电压的采样元件，因此，上述信息采集板以安装有霍尔传感器的霍尔板为例，利用霍尔传感器检测光伏汇流箱相关数据信息，即光伏组串电流和电压。
为了实现自身供电，监测装置还包括电源板，用于为监测装置中各相关部分进行供电，该电源板也设置在上封装壳体内。因此，监测板和电源板均设置在上封装壳体内。
监测装置中的各电路板中的元器件采用表面贴装技术，装置强弱电回路、开入开出回路合理布局。
上封装壳体开有6组安装固定孔，如图1所示，上封装壳体的左前端与左后端留有散热孔，右前端与右后端留有端子接线位置，这些端子有电源输入、开关量接入、RS485通讯等。壳体内部还留有若干个固定孔，比如8个固定孔，用于固定相关的电路板。上封装壳体的上表面的右侧居中部位设置有人机交互界面，如图2所示。该人机交互界面分为三个部分，第一区域为数码管显示区；第二区域为设备状态指示区，共有“运行”、“告警”、“发送”、“接收”4种状态，由4个LED指示灯组成，不同颜色的灯分别代表装置运行、故障或者通讯等不同的状态；第三区域为按键操作区，共有“↑”、“↓”、“功能”、“返回”四个按键。其中，数码管显示区中的数码管为6位数码管，6位8段数码管划分为两个区域：1)选项及通道区：位于显示区域的左方，显示装置的当前功能选项或电流、电压通道；2)数值区，位于显示区域的右方，显示当前通道对应的数值。四个按键总体呈水平分布，从左向右依次命名为上翻键、下翻键、功能键、返回键，通过这4个按键，操作修改装置的状态。
图3-6所示为上封装壳体的相关结构图。
如图7所示，给出监测板和电源板的一个具体的实施方式，监测板安装在上封装壳体内部的右侧，电源板安装在上封装壳体内部的左侧，并且，监测板通过4个螺钉固定于上封装壳体内部的右侧，电源板通过4个螺钉固定于上封装壳体内部的左侧，监测板与电源板平行相对而装。
如图7所示，电源板上的中间偏右的位置焊接有实现电压转换的变压器模块，具体为小变压器T1，电源板上的左上方焊接有用于调节变压器T1原边PWM的开关管模块，由MOSFET管U1及Q1构成，变压器T1和开关管模块分别固定于两组散热器后，用于分别对这两部分进行散热。并且，电源板上的右侧居中和偏上部分是两组保证输出稳压的稳压模块，稳压模块由稳压芯片Q2和Q3构成。电源板上的右侧有三组接线端子，分别是端子P1、P2和P3，用以实现电源板的电源输入与输出。电源板上的偏左靠下的位置印刷有电源板的型号、版本号及生产日期等。
监测板的作用有信息的处理和分析、指令的下发和接收等，监测板上采用32位嵌入式微控制器(图中未示出)，工业级器件，成熟、稳定、可靠。如图7所示，监测板上的右侧部分焊接的接口端子P10，接口端子P10是实现监测板与霍尔板信息传递的通道。监测板上的左上位置的P4端子以及右下位置的J4端子是监测板的电源输入输出的接口。位于监测板上左下侧的J1端子是监测板输入状态量的接口，J5端子是监测板通讯的接口，监测板靠上居中位置印刷有监测板的型号、版本号及生产日期等。因此，监测板通过电源输入接口从电气主回路中进行取电，并通过电源输出接口将从电气主回路中取出的电能输出给电源板，电源板上的电源输入接口用于接收监测板输出的、从电气主回路中取出的电能，电源板对接收的电能进行处理，并通过电源输出接口输出经过电能转换后的电压。
下封装壳体内部开有6组与上封装壳体对照的螺丝孔，通过螺丝实现与上封装壳体固定设置。如图8所示，下封装壳体底部四个角分别设计有突出结构100。如图9和图10所示，在下封装壳体内部设计有高度31mm，内有螺纹的螺柱6个(图10中的101)，用于与霍尔板连接，同时有高度25mm的塑料螺柱6个(图10中的102)，能够将穿线机构定位，防止其使用过程中产生移动。突出结构100上设计有用于固定整个监测装置壳体的通孔103，用于固定监测装置。同时下封装壳体左上位置的前后开有散热孔104，且下封装壳体外部的前后对称开有直径7.5mm的通孔105，供对应的光伏组串输出线路穿过，并且前后通孔105的上端都分别对应印有“1～16”的数字，用来区分各光伏组串输出线路。
霍尔板固定于穿线机构的正上方，下封装壳体内部的螺柱101将霍尔板用螺栓固定牢固，由于光伏组串输出线路为16路，那么，霍尔板上的霍尔传感器有16组，各霍尔传感器向下凸出设置，即向穿线机构的方向凸出设置，以便于与穿线机构配合设置。
穿线机构布置在下封装壳体内部，且在霍尔板的下方。相应地，穿线机构设计16路穿线孔，各穿线孔与各霍尔传感器一一对应，为了实现与霍尔传感器装配设置，穿线机构上还设置有用于放置安装各霍尔传感器的安装空间，穿线机构与霍尔板在下封装壳体中固定布置时，各霍尔传感器恰好处于对应的安装空间内，各安装空间与各穿线孔一一对应，各光伏组串输出线路在穿过对应的穿线孔时也穿过对应安装空间中安装的霍尔传感器，那么，就能够实现各霍尔传感器检测对应光伏组串输出线路的相关数据信息。进一步地，穿线机构整体上也是一块板型结构，称为穿线板，如图11所示，图11所示为穿线机构的立体图，图12-图14为图11的相关视角图，穿线孔为穿线通道200，穿线通道200设计成圆柱形，各穿线通道200在穿线板上依次排列布置，并且，各穿线通道200上设置有断开位置201，断开位置201用于将对应的穿线通道200一分为二，用于安装霍尔传感器的安装空间就设置在对应的断开位置201处，本实施例中，断开位置201就是安装空间，都以201进行表示。如果穿线板比较厚，安装空间201不必要贯通穿线板，则安装空间201就相当于一个安装槽；如果穿线板比较薄，安装空间201就要贯通穿线板，则安装空间201就是一个贯穿穿线板的安装孔，本实施例中，安装空间201是安装孔，进一步地，安装孔具体为长方孔，各穿线通道的轴心穿过对应安装孔的中心位置，那么，穿线板与霍尔板在下封装壳体中固定布置时，各霍尔传感器恰好处于对应的安装孔内。另外，通常情况下，霍尔传感器的截面积比穿线通道的截面积大，那么，安装孔的宽度也就比穿线通道的直径大，为了安装霍尔传感器，就需要加大相邻两个穿线通道之间的间隔，穿线板就需要做的很宽，进而就需要增大整个壳体的宽度。因此，为了减小穿线板的宽度以及壳体的宽度，对安装孔的布置进行了设计，如图11所示，相邻两个安装孔沿穿线通道的轴向方向相互错开，使安装孔错落有序布置，这样的话，相邻两个穿线通道之间的间隔就不需要做的很大，进而减小穿线板的宽度以及壳体的宽度。
同时，各穿线通道200与下封装壳体外部的通孔105一一对应。因此，各穿线通道200、通孔105以及安装孔之间一一对应。霍尔板的16组霍尔传感器与穿线机构的16个穿线通道200一一对应，16个霍尔传感器的圆心与下封装壳体内部的16个穿线通道200和封装壳体外部的16个通孔105同轴心。霍尔板上有一组接线端口，用以实现霍尔板与监测板之间的信息传递。穿线机构上设置有与螺柱102对应的固定孔202，在穿线机构与下封装壳体安装到位后，穿线机构的左右上下被牢牢固定，不产生移动。另外，在这些穿线机构中间前后对称设计有朝内的突起203，共6个，用以在穿线机构定位后，保证其上下方向的固定。
图15为光伏汇流箱监测装置的装配爆炸图，图16是光伏汇流箱监测装置的外观图。
本实用新型的重点在于上述监测装置的硬件装配机构，并不在于其中的电气连接关系。所以，虽然以下给出一种电气连接关系，但是，本实用新型并不局限于以下描述。
监测装置可根据需要接入1～16路支路电流。各支路电流的穿线孔位于监测装置壳体的下侧，负责采样各支路电流值。本实施例中，设定：电流参考方向为上方(靠近端子X1一侧)流入，下方(靠近端子X6一侧)流出，此时采集电流值为正。监测装置可以安装于支路的正极性端，此时电流为负值，需软件配置电流方向取反后方为正。为简化工作，设计时把监测装置安装于支路的负极性端，保持电流与参考方向一致。
本实施例中，以下给出监测板的控制端子及辅助电源输入端子的一种具体的实施方式，为：开入端子X1，RS-485通讯端子X2(从站)，继电器开出端子X3、母线电压输入端子X4、串口通讯端子X5(主站)和JTAG端子X6，如图17所示。端子接线表如表1所示。
表1
如图18所示，为本实施例提供的装置内、外部接线图。监测板X4端子对应为监测板上的电源输入接口，从电气主回路取电，供监测装置内部工作使用；监测板端子P1对应为监测板上的电源输入接口，与电源板端子P1连接，将电源传递给电源板，电源板内部件电源转换为3组5VDC电源接至P3端子，通过P3端子将5VDC电源提供至监测板P50端子，保证监测板的微处理器及相关器件工作使用。霍尔板根据支路电流，将采集到的信号通过带缆传递给监测板，开关量根据实际需要接入端子排X1。监测装置的所有信息通过R485通讯端子传递给后台。
本实施例采用了一套新的设计方案，将电路按功能和电气结构划分为主控电路、采样电路和通讯电路共计三部分，且这三部分各成独立回路，可以分别采用三套相互隔离的电源供电。回路与回路之间的信号传输通过选用合适的电气隔离器件进行安全隔离，显著降低了本装置在光伏电站的户外环境中的故障发生概率。在通讯设计方面，本装置通过多种措施相结合来加强接口电路的防浪涌保护，显著增强了其可靠性，并通过在接收中断中设置同步时钟的方式对通讯响应实时性做了有效改善。
以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。