一种基于Lora和PLC的光伏优化器复合通讯系统及其工作方法与流程

本发明属于光伏优化器通讯技术领域，具体涉及一种基于lora和plc的光伏优化器复合通讯系统及其工作方法。

背景技术：

光伏优化器能够对每一个光伏组件实现最大功率点追踪(mppt)，保证光伏系统中每个光伏模块都可以最大限度地输出电能，它同时具有能量传输，能量优化，数据采集功能和通讯功能，适合在山地和屋面遮挡较严重的地区使用。

当前光伏优化器的通讯方式比较单一，一般采用有线通讯方法rs485通讯、总线通讯、电力线载波plc通讯或无线通讯方法lora技术。rs485通讯和总线通讯方法简单，但是需要铺设通讯网络增加施工成本，电力线载波plc通讯省却通讯线，有电线就能通讯，但是在直流系统线路，对地电容较大、滤波作用较大，载波信号随距离衰减较快，而提高发射功率则会影响发电效率。无线通讯lora技术体积小，性能强，环境适应力强，适合户外工作，但是无法解决光伏优化器光伏优化器在系统中定位问题，不能确定与邻近哪两个光伏优化器连接，且通过无线通讯延迟较高，不能满足相邻优化器的通讯问题和系统快速的对系统中所有光伏优化器下发指令信息。

技术实现要素：

为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种基于lora和plc的光伏优化器复合通讯系统及其工作方法，能够定位每个光伏优化器在系统中的位置，无需额外搭建通信网络，成本低，通信的实时性好，可靠性和稳定性高。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种基于lora和plc的光伏优化器复合通讯系统，包括与光伏系统中每个光伏组件连接的光伏优化器，光伏优化器的输入端与对应光伏组件连接，输出端与其它光伏优化器串联；

光伏优化器包括处理单元和功率转化单元，功率转化单元分别与处理单元和光伏组件连接，功率转化单元的输入端和输出端均连接有检测单元；处理单元还连接有lora通信模块和plc通信模块；

光伏优化器通过lora通信模块与上位机连接，通过plc通信模块与其它光伏优化器的plc通信模块连接，每个光伏优化器具有唯一标识id。

优选地，功率转化单元包括升压同步整流电路。

优选地，检测单元包括两个用于检测功率转化单元输入端和输出端电流的分流监控器和两个用于检测检测功率转化单元输入端和输出端电压的电压分压器。

优选地，上位机包括lora数据采集模块、数据处理模块和存储模块；lora数据采集模块与lora通信模块通信互连，lora数据采集模块与数据处理模块连接，数据处理模块连接与存储模块连接。

优选地，lora通信模块和plc通信模块的天线不接触的固定在光伏优化器外壳的外壁上。

进一步优选地，光伏优化器外壳为非金属外壳。

本发明公开了上述的基于lora和plc的光伏优化器复合通讯系统的工作方法，包括：上位机需要收集某串光伏优化器串的数据时，根据光伏优化器的唯一标识id确认光伏优化器串的位置信息，上位机对该光伏优化器串中的所有光伏优化器的lora通信模块下达指令，检测单元采集功率转化单元输入端和输出端的电参量数据，并将该电参量数据通过plc通信模块发送至相邻光伏优化器的plc通信模块；光伏优化器串中的每个光伏优化器的处理单元将本光伏优化器的电参量数据和相邻光伏优化器的电参量数据进行排序，依次通过lora通信模块上传至上位机；上位机对该光伏优化器串上传的所有电参量数据进行分析处理，将同一时刻下，每个光伏优化器的电参量数据和与其相邻的光伏优化器接受的该光伏优化器的电参量数据进行比对，若比对一致，则认为数据可靠并记录；若比对不一致，则认为数据不可靠不记录；

上位机发送指令时，上位机将指令发送至某个光伏优化器的lora通信模块，该光伏优化器接收指令后，通过plc通信模块将指令发送至相邻光伏优化器的lora通信模块，直至所有光伏优化器都接受到上位机发送的指令，所有光伏优化器根据上位机发送的指令更改运行方式。

优选地，电参量数据排序是根据上位机对不同电参数的重要性要求进行的排序。

优选地，相邻plc通信模块之间采用握手法进行通信。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种基于lora和plc的光伏优化器复合通讯系统，功率优化器的检测单元能够实时采集光伏组件的电参量数据，并通过lora通信模块进行上位机与光伏优化器的通信，通过plc通信模块进行光伏优化器与光伏优化器之间的通信。通过lora通信模块和plc通信模块，上位机能够实时掌握光伏系统中每个光伏组件的实际运行情况，并通过光伏优化器的唯一标识id确定光伏组件的位置信息，进而根据实际运行情况下发控制指令，对光伏优化器的工作模式进行调整，保证光伏组件的正常工作。lora通信模块的优势在于体积小，适应环境能力强，传播距离长，单个上位机接纳的下面客户端多，保证信息的可靠性。plc通信模块的优势在于与邻近的光伏优化器串传递数据和指令信息时效性好，上位机的指令可快速下发到每一个光伏优化器中，提高系统的实时性。本发明的复合通讯系统将两者结合，无需额外搭建通讯网络，有效降低了成本，提高了通讯的可靠性和稳定性。

进一步地，lora通信模块和plc通信模块的天线不接触的固定在光伏优化器外壳的内壁上，防止天线间互相电磁干扰。

更进一步地，光伏优化器外壳为非金属外壳，进一步减少电磁干扰影响通讯效果。

本发明公开的上述基于lora和plc的光伏优化器复合通讯系统的工作方法，自动化程度高，在光伏系统正常工作时，上位机能够实时掌握每个光伏组件的工作状况，并根据实际情况对光伏优化器的工作模式进行调整，保证光伏组件的正常工作。将lora通信模块和plc通信模块相结合的通讯模式，充分发挥了两者的优点；上位机同时接受单个光伏优化器上传的本机电参量数据和相邻光伏优化器上传的该光伏优化器的电参量数据，通过比对后进行记录，避免了因个别设备临时故障或其它原因造成的数据失实，提高了通讯的可靠性和稳定性，为光伏的智能运维提供有力支撑。

进一步地，根据上位机对不同电参数的重要性要求进行排序后依次上传，能够保证重要性高的数据具有高的优先级，进一步提高了通讯的可靠性。

进一步地，相邻plc通信模块之间采用握手法进行通信，避免因为长组串电力载波通信信号强度逐级衰减而丢失数据包的情况。

附图说明

图1为本发明的基于lora和plc的光伏优化器复合通讯系统的结构示意图；

图2为本发明的光伏优化器的功能结构图；

图3为本发明的电力线载波plc通信模块的通讯工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图2，本发明的基于lora和plc的光伏优化器复合通讯系统，包括与光伏系统中每个光伏组件连接的光伏优化器，光伏优化器的输入端与对应光伏组件连接，输出端与其它光伏优化器串联；

光伏优化器包括处理单元和功率转化单元，功率转化单元分别与处理单元和光伏组件连接，功率转化单元包括升压同步整流电路，对光伏组件输出进行功率转换；功率转化单元的输入端和输出端均连接有检测单元，检测单元包括两个用于检测功率转化单元输入端和输出端电流的分流监控器和两个用于检测检测功率转化单元输入端和输出端电压的电压分压器；处理单元还连接有lora通信模块和plc通信模块；

光伏优化器通过lora通信模块与上位机连接，上位机包括lora数据采集模块、数据处理模块和存储模块；lora数据采集模块与lora通信模块通信互连，lora数据采集模块与数据处理模块连接，数据处理模块连接与存储模块连接。光伏优化器通过plc通信模块与其它光伏优化器的plc通信模块连接，每个光伏优化器具有唯一标识id。

lora通信模块和plc通信模块的天线不接触的固定在光伏优化器外壳的外壁上，光伏优化器外壳为非金属外壳。

处理单元可以采用mcu，可以采用stm32f334c8t6。

lora通信模块可以采用rfm98。

plc通信模块可以采用mc13250023。

本发明的基于lora和plc的光伏优化器复合通讯系统在工作时：

上位机需要收集某串光伏优化器串的数据时，根据光伏优化器的唯一标识id确认光伏优化器串的位置信息，上位机对该光伏优化器串中的所有光伏优化器的lora通信模块下达指令，检测单元采集功率转化单元输入端和输出端的电参量数据(包括输入、输出电压和电流、pwm占空比等数据)，并将该电参量数据通过plc通信模块发送至相邻光伏优化器的plc通信模块；光伏优化器串中的每个光伏优化器的处理单元将本光伏优化器的电参量数据和相邻光伏优化器的电参量数据按照上位机对不同电参数的重要性要求进行排序后，依次通过lora通信模块上传至上位机；上位机对该光伏优化器串上传的所有电参量数据进行分析处理，将同一时刻下，每个光伏优化器的电参量数据和与其相邻的光伏优化器接受的该光伏优化器的电参量数据进行比对，若比对一致，则认为数据可靠并记录；若比对不一致，则认为数据不可靠不记录；

上位机发送指令时，上位机将指令发送至某个光伏优化器的lora通信模块，该光伏优化器接收指令后，通过plc通信模块将指令发送至相邻光伏优化器的lora通信模块，相邻plc通信模块之间采用握手法进行通信，直至所有光伏优化器都接受到上位机发送的指令，所有光伏优化器根据上位机发送的指令更改运行方式。

下面以具体实施例对本发明的基于lora和plc的光伏优化器复合通讯系统及其工作方法作进一步解释：

如图1，一个光伏系统中包括s个光伏优化器和一个上位机。m个光伏优化器输出串联组成一个光伏优化器串，n串光伏优化器串并联，共计s个光伏优化器。所述第i个光伏优化器在第j串光伏优化器串中，与相邻第i-1个光伏优化器和第i+1个光伏优化器串联。

如图3，电力线载波plc模块分为发送和接收两部分，处理单元通过串口发出信息，逻辑处理单元将信号与载波发生器产生的基频信号合在一起，经过功率放大，通过载波变压器在电力线上产生高频信号传送到临近的光伏优化器。接收部分将通过电力线临近优化器传来的高频信号放大，检波整形，提取出信息，传到处理单元串口中。阻波器滤掉高频信号，确保第i个光伏优化器的电力线载波plc模块只能收到在其输出端正负两极串联的临近两个光伏优化器第i-1个光伏优化器和第i+1个光伏优化器。

复合通讯系统的初始化步骤为：

初始化步骤1，第i个光伏优化器将其id通过其电力线载波plc模块传递给邻近的第i-1个光伏优化器的电力线载波plc模块和第i+1个光伏优化器的电力线载波plc模块；

初始化步骤2，第i个光伏优化器通过电力线载波plc模块，收到邻近的第i-1个光伏优化器和第i+1个光伏优化器的id号；

初始化步骤3，第i个光伏优化器通过无线通讯lora模块向上位机发送入网请求，上位机同意入网，并注册，建立联系，第i个光伏优化器收到上位机的数据；

初始化步骤4，上位机开始对所有入网的光伏优化器要求采集数据，第i个光伏优化器将自己的id号和i-1个和第i+1个光伏优化器的id号上传到上位机；

初始化步骤5，上位机的数据处理模块对收到的光伏优化器的id开始配对。第i个光伏优化器的数据包含前端第i-1个和后端第i+1个光伏优化器的id，后端配对前端，前端配对后端，形成n个链，每个有m个id，以此确定光伏优化器在阵列的位置；

初始化步骤6，上位机将第j串光伏优化器串中第i个光伏优化器的位置信息下发到第i个光伏优化器存储。

所述复合通讯方式其正常工作步骤为：

正常工作步骤1，上位机需要收集第j串光伏优化器串的数据时，上位机对第j串光伏优化器串所有光伏优化器发送信标，要求加快通讯采集数据，第j串的第i个光伏优化器的处理单元开始从功率转化单元得到本光伏优化器的数据；

正常工作步骤2，第i个光伏优化器收到信标后，处理单元将已经从功率单元采集的数据，通过其电力线载波plc模块，将数据传递给临近的第i-1个光伏优化器的电力线载波plc模块和第i+1个光伏优化器的电力线载波plc模块；

正常工作步骤3，第i个光伏优化器的处理单元通过电力线载波plc模块，收到邻近的第i-1个光伏优化器和第i+1个光伏优化器的数据；处理单元将包括本机的数据的三个光伏优化器的数据通过无线通讯lora模块将数据上传给上位机；

正常工作步骤4，上位机的数据处理模块分析处理第j串光伏组件串的所有光伏优化器的数据，将第i个光伏优化器采集的数据，与和第i-1个光伏优化器和第i+1个光伏优化器从电力载波plc模块通讯得到的第i个光伏优化器的数据，在确定时间一致下，对数据比对，若比对一致，则认为数据可靠并记录，若比对不一致，则认为数据不可靠不记录；

正常工作步骤5，上位机发送指令时，上位机的lora信息采集模块将指令信息发到第j串中第i个光伏优化器，被下发指令的光伏优化器通过电力线载波plc模块，将指令信息传送到第i-1个光伏优化器和第i+1个光伏优化器，而第i-1个光伏优化器会把指令信息传递到第i-2个光伏优化器，而第i+1个光伏优化器会把指令信息传递到第i+2个光伏优化器，以此类推，指令信息会传到该光伏优化器串所有光伏优化器，所有优化器并根据指令信息更改运行方式。

需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式之一，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。