一种用于光伏发电模块的智能安全监控保护系统的制作方法

本实用新型涉及一种光伏发电模块保护系统，特别涉及一种光伏发电模块保护系统及方法。

背景技术：

近年来，太阳能光伏微网发展迅速，光伏微网系统中通常需要并网逆变器将光伏发电系统获得的支流电力转换成可并网的交流电力，一系列光伏组件串并联成光伏阵列来统一提供直流端供电。

在实际运行过程中，由于阴影遮挡，污垢，电池板老化等因素，每个光伏组件的故障损坏会给整个发电系统的安全性带来大幅影响。为了解决整个问题，一般利用分布式微逆变器直接增加开关光伏组件电路功能来实现。分布式微逆变器直接工作于各个光伏组件并主要进行电力输出的优化，比如进行最大功率点跟踪,从而使每个直流光伏组件产生最大的能量。但是这样的成本很高，而其各个光伏组件电路之间无通讯及信息交流，无法可靠的实现中央控制器的开关信号到各个光伏组件的完全传递。同时，光伏电路会产生较高电压，给系统的安装，维修，以及某些特定在场人员如救火人员带来触电的安全威胁。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于光伏发电模块的智能安全监控保护系统，解决现有技术中各个光伏组件之间通信不方便以及故障不容易发现解决的问题。

本实用新型的目的是这样实现的：一种用于光伏发电模块的智能安全监控保护系统，包括若干对应连接在光伏组件上的监控单元，所述监控单元包括：

电流/电压传感器，负责实时收集光伏组件的电流和电压状况并将信息输入给安全控制器；

安全控制器，根据电流或电压异常与否来做进一步安全控制，如果检测到异常电流或电压， 安全控制器会驱动安全驱动器来使本光伏组件进入安全模式状态，隔离异常电流或电压；

安全驱动器电路，根据安全控制器的不同驱动指令，用以关闭本光伏组件电路、开启本光伏组件电路或使其进入安全隔离状态；

无线通讯模块，用以实现邻近监控单元的信息交流与传递；

安全系统电源，利用本光伏组件的发电和可充电电池来实现独立无中断电源，提供给监控单元工作所需；

所述电流/电压传感器、安全驱动器电路均电连接在光伏组件上，电流/电压传感器、安全驱动器电路均与安全控制器电连接，所述无线通信模块与安全控制器电连接。

作为本实用新型的进一步限定，还包括中央控制器，与监控单元实现通信，获取监控单元监测到的数据，同时可发送控制信号给监控单元控制光伏组件工作。

作为本实用新型的进一步限定，所述中央控制器与监控单元之间的通信方式包括：中央控制器可与监控单元直接进行通信，也可先单个监控单元进行通信，再通过临近的监控单元之间进行通信。

作为本实用新型的进一步限定，所述安全驱动器可以包括旁路开关，阻断二极管电路，断路开关，短路开关，根据不同的监控需要，安全控制器通过安全驱动器电路来实现对光伏组件电路的安全控制。

作为本实用新型的进一步限定，所述无线通讯模块可选用射频声波或磁场来进行数据通讯，射频声波可用以警示光伏组件的安全模式状态，以提示特定在场人员。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型可实时监控光伏发电组件的安全状态，并根据各个光伏发电组件实际运行状态通过无线通讯实现各个监控系统之间的信息交换，由此来整体优化系统的运行，最大限度的防止由于个别光伏发电组件突然故障而导致整个发电系统当机，从而提高整个光伏发电系统的运行稳定性和可靠性，同时杜绝由于光伏电路产生高压而对特定在场人员带来的触电的安全隐患。本实用新型可用于太阳能发电中。

附图说明

图1为本实用新型中智能安全监控保护系统与光伏组件连接配合示意图。

图2为本实用新型中监控单元结构原理示意图。

图3 为本实用新型中智能安全控制器与安全驱动器电路连接示意图。

图4为本实用新型中智能安全监控保护方法流程图。

图5为本实用新型中中央控制器与监控单元的通信方法流程图。

图6为本实用新型中无线通讯模块通信示意图。

图7为本实用新型中未保护的光伏组件系统结构框图。

具体实施方式

本实用新型针对的是对光伏系统发电组件的安全监控与保护，未保护的光伏组件系统结构框图如图7所示，发电电路有多个光伏组串串联起来一致向逆变器供直流电，如果单个光伏组件出现故障，会给系统整体效率带来大幅影响，而且故障定位困难，导致系统维修成本高。

本实用新型提出的专门用于光伏发电组件级的安全监控及保护系统如图1所示，每个光伏组件由一个监控单元来实现实时安全监控与保护，单个光伏组件的故障会被及时发现与处理，不会影响系统整体工作效率；另外每个监控单元可以互相通讯，必要时作为路由器来逐级传递中央控制信号，比如开关信号。

如图2所示，所述监控单元包括：

电流/电压传感器负责实时收集光伏组件的电流和电压状况并将信息输入给安全控制器；

安全控制器根据电流或电压异常与否来做进一步安全控制，如果检测到异常电流或电压， 安全控制器会驱动安全驱动器来使本光伏组件进入安全模式状态，隔离异常电流或电压。

如图3所示，所述安全驱动器可以包括旁路开关，阻断二极管电路，断路开关，短路开关，根据不同的监控需要，安全控制器通过安全驱动器电路来实现对光伏组件电路的安全控制。根据安全控制器的不同驱动指令，安全驱动器可以关闭本光伏组件电路，开启本光伏组件电路，或使其进入安全隔离状态。

无线通讯模块可以利用低成本的射频，磁场或声波来实现邻近智能安全系统的信息交流与传递，比如中央控制器发出关闭信号，此信号可以通过智能安全系统的相互通讯功能而逐级传递到每一个光伏组件。另外，声波也可以用来警示光伏组件的安全模式状态，以提示特定在场人员，如日常维护或火灾抢险人员。

安全系统电源利用本光伏组件的发电和可充电电池来实现独立无中断电源，提供给智能安全系统工作所需。

本实用新型的工作流程如图4所示，整个控制程序由安全控制器来执行，具体步骤如下：

1）每个执行周期中，首先安全控制器监测传感器传递的信号以及收到的中央控制信号；

2）如果没有发现电流或电压异常，而且没有受到中央控制关闭信号，则返回上一步骤开始新的执行周期；

3）如果发现电流或电压异常或者收到中央控制关闭信号，安全控制器驱动安全驱动器隔离本光伏组件电路，使其进入安全模式，并利用相应的断路和短路保护确保本光伏电路不会产生对人员有威胁的电压或电流；

4）然后安全控制器利用无线通讯器来发出警示信息提示本光伏电路处于安全模式和关闭状态；

5）如果是发生异常而关闭，则维修需要等待，利用射频无线通讯和声波可以提示故障定位，安全关闭模式保证维修人员不受触电的危险；

6）维修结束后，如果接收器收到中央控制开启信号，安全控制器首先进行本光伏组件电路局部自检 ，确认发电电路有无异常，如果有异常，重新回到步骤4）；

7）如果自检电路无异常，安全控制器利用安全驱动器来导通本光伏组件使其并入发电系统；

8）然后安全控制器利用无线通讯器来发出提示信息提示本光伏电路处于正常发电状态。

本实用新型中智能安全监控保护系统的无线通讯模块，通讯模式可以利用无线电射频，声波，或磁场来实现，通讯距离可以很短，因为各个邻近的监控单元可以互相通讯并逐级传递中央控制信息。图6显示的是监控单元互相通讯交换信息的示意图，图中显示了两种通讯模式，一种利用无线电射频，另一种用磁场信号。图5显示的是各监控保护系统互相传递中央控制信号子程序流程图，中央控制信号可以是针对单个组件的开光信号或者整体组串系统的开关信号，各监控安全保护系统在收到邻近的系统发来的信号后，首先判断是不是针对自己的控制信号，如果是则做相应的开关处理，如果是针对别的系统的，则继续利用无线通讯模块向别的系统传递，直到相对应的组件系统收到此控制信号。整个执行中央控制信号过程的具体步骤如下：

1）接受临近系统发来的控制信息；

2）判断是否是中央控制信号，如果不是，返回上一步继续接受信息；

3）如果是中央控制信号，根据信号中所包括的ID信号来进一步判断是否是关于本组件的控制信号；

4）如果是关于本组件的控制信号，则根据控制信号内容开启或关闭本组件，并利用无线通讯器来发放信号提示本组件的状态，同时不再进一步传递此中央控制信号；

5）如果不是关于本组件的控制信号，则利用无线通讯器发放信息给邻近的其它组件以继续传递此控制信号，直到目标组件收到此信号为止；

6）继续下一执行周期。

本实用新型所述智能安全监控保护系统也可以利用wifi和网关来实现PC，笔记本或者智能电话对整个监控安全保护系统的控制，中央控制器的信号通过网关传递到每个组件的监控单元。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。