一种光伏电站安全性健康度的智能诊断系统及判断方法与流程

本发明涉及一种光伏电站的健康与控制装置,尤其涉及一种光伏电站安全性健康度的智能诊断系统及判断方法,属于光伏电站智能管理技术领域。

背景技术：

太阳能是一种可再生清洁能源，随着石油等消耗性资源的日渐短缺，以及，国、内外对清洁能源的重视和能源结构调整等利好因素而越来越受到欢迎。因此，光伏产业有着良好的发展前景，尤其是分布式光伏系统，可以因地制宜地利用太阳能。随着光伏产业的发展，光伏系统的形态和组网模式进一步多样化，这样就产生了很多亟待解决的新问题，同时，对智能化、可靠性、安全性等方面也提出了更高的要求。

尤其是分布式户用光伏系统，由于位置较为分散，且经销商良莠不齐，因此很多电厂处于无人管理状态，有些小型逆变器厂家倒闭后，户用光伏系统的数据监控及健康度分析更是无人问津。

当前，国内市场上的光伏数据采集器产品采集数据来源单一，大多是逆变器厂家配置的相关采集器，例如：在申请号为201520765081.4，名称为“一种智能光伏数据采集器”的专利文献中公开了一种光伏数据采集器，能够采集逆变器数据，但采集逆变器数据的前提在于其获得了逆变器对外的通讯协议。而目前由于户用光伏快速发展，行业快速洗牌，有相当比例的电站处于无人监管状态，且由于部分小型逆变器厂家倒闭，导致于其监控系统的不可使用中，因此电站的健康度更无法获得。

因此，需要设计一种更加先进的光伏系统数据采集及安全性健康度分析系统，采集并计算得出电站安全性健康度数据并上传云平台

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供一种光伏电站安全性健康度智能诊断系统，监控光伏系统整体安全性，确保光伏电站无系统损坏危险，提高光伏系统运维的安全性、智能化、精确化及有效性。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种光伏电站安全性健康度的智能诊断系统，所述光伏电站包括智能光伏组件、逆变器、电表/配电箱，其特征在于：还包括智能诊断采集器(ecu)、用户移动终端以及云平台，ecu与逆变器输出端电气连接，且可与智能组件进行无线通讯，采集电站发电及智能组件的运行情况，通过预设的安全性健康度判断模型，判断光伏电站的健康度；在出现设定的情形时，关断故障的光伏组件；通过与云平台的远程通讯，将电站运行情况及告警信息(即安全指数si)上传至云平台，用户可通过移动终端与云平台相连或与电站现场的ecu相连接查看电站信息，实现对电站的远程监控。

进一步地，所述安全性健康度判断模型为：

设定安全指数si(safetyindex)，并设定：si为0时，电站处于正常工作状态；当si为1时，电站处于危险工作状态；其中，si判断标准如下：当整体电站中有一块组件温度超过90摄氏度时，将si置1；当逆变器检测出直流拉弧时，将si置1。

进一步地，所述ecu包括：电能采样模块、通讯模块、存储模块、mcu模块、自身管理模块，其中：

所述电能采样模块采集逆变器输出各相电流、电压、频率、功率及发电量信息，传输到mcu进行数据处理及判断；

所述通讯模块包含：zigbee通讯模块，与智能组件进行相互通讯及数据传输；bluetooth蓝牙模块与用户移动终端无线连接，访问用户移动终端上的应用程序，同时通过蓝牙模块进行ecu的出厂设置；gprs模块，通过gprs网络将处理完的数据发到云平台；rs485/232模块，采集逆变器相关数据；

所述存储模块存储瞬时数据及历史数据存储；

所述自身管理模块包括：看门狗电路、rtc时钟控制电路及电源模块，监测和管理ecu的工作状态，使其正常稳定运行；

所述mcu模块为整个ecu的核心处理器，处理及分析信息采集模块传输的数据，并将处理完的数据通过通讯模块发送到云平台。

进一步地，所述光伏电站还包括辐照计，所述辐照计通过zigbee通讯方式与所述ecu通讯，将当日累计辐照度信息上传至ecu。

进一步地，所述ecu的zigbee通讯模块，向智能组件和/或辐照计发送心跳信号，所述心跳信号一旦停止发送，组件在设定时间内关断。

进一步地，所述mcu模块采用cortex-m3内核。

进一步地，所述存储模块包括sd卡或flash。

进一步地，所述ecu的出厂设置包括：序列号、时钟、上传的服务器域名、ip地址、端口号、上传间隔中的一种或多种。

本发明的另一方面，还公开了一种光伏电站安全性健康度判断方法，采用上述的光伏电站安全性健康度的智能诊断系统，包括如下步骤：

步骤1:建立安全性健康度判断模型：设定安全指数si(safetyindex)，并设定：si为0时，电站处于正常工作状态；当si为1时，电站处于危险工作状态；其中，si判断标准如下：当整体电站中有一块组件温度超过90摄氏度时，将si置1；当逆变器检测出直流拉弧时，将si置1；

步骤2：采集智能组件运行数据及逆变器数据，根据步骤1的安全性健康度判断模型，判断电站的安全性健康度，当si等于1时，关闭相应的逆变器和/或智能组件。

本发明中，ecu接收电能采集模块采集的逆变器端的数据，以及，通过通讯模块采集智能组件及其他智能信息采集装置采集的数据，对上述数据进行分析，得到电站健康程度信息，根据与云端的通讯协议编码发送到云平台。根据云平台下发的相关指令，对连接的智能控制设备进行控制；zigbee模块用于连接智能组件和/或简易辐照计，zigbee模块的型号要与组件上zigbee模块的型号保持一致。无线通信模块用于连接互联网，与云端连接；蓝牙模块：用于出厂时系统配置以及用户手机端离网查看电站信息，可以配置ecu的序列号、ecu的时钟(如：北京时间)、上传的服务器域名、ip地址、端口号、上传间隔等。如果光伏电站安全性指数低于一定程度，向云平台及客户发出双向告警提示，如果警报指数超过危险指数，则会自动关闭逆变器及智能组件，将其断路电压限制在安全电压以内，确保光伏电站无系统损坏危险，大幅度提高了光伏系统运维的安全性，智能化，精确化及有效性，保证了客户的切身利益。

本发明的有益效果主要体现在：

1.通过智能组件对电站安全性进行全方位立体化检测及控制；

2.通过心跳信号控制智能组件的正常工作及停止工作；通过rs485通讯实时获取逆变器信息，并可以快速响应关断逆变器，防止危险发生；

3、引入si值，处理电站安全性健康度，并通过智能组件防止次生危险的发生；

4.支持用蓝牙模块进行出厂参数配置，免去了烧录程序的复杂配置过程，让生产过程更加便利；

5.可兼容电站系统中多种智能化采集器，为电站提供全方位的发电状况监控数据；

6.内部存储和sd卡扩展，在断网情况下数据不会丢失。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明中光伏系统3d示意图；

图2为本发明中光伏系统平面示意图；

图3为本发明中ecu功能模块示意图；

图4为本发明中ecu与选配传感器通讯控制示意图；

图5为本发明中采集器上传云端模式图。

图中，1为光伏组件，2为逆变器，3为ecu，4为电表/配电箱，5为简易辐照计，6为云平台，7为云监控中心，8为用户移动终端。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行进一步说明。

实施例1：

本发明的一种光伏电站安全性健康度的智能诊断系统，用于监控光伏电站的整体安全性，如果光伏电站安全性指数低于一定程度，向云平台及客户发出双向告警提示，提高光伏系统运维的安全性，智能化，精确化及有效性。

本发明所指的光伏电站，主要是分布式光伏电站，如图1，图2所示。如无特别说明书，本申请中，“电站”、“光伏电站”、“分布式光伏电站”均指代相同。

光伏电站主要包括光伏组件1、支架(未示出)、逆变器2、电表/配电箱3，光伏组件1通过支架安装在屋顶等建筑物顶部，如图1，图2所示的系统方案连接好后，进入正常工作模式。光伏组件产生的电流，经过逆变器的转换后，逆变器输出线缆先连接到ecu3，再从ecu3引出到电表/配电箱，将发出的电能上送到国家电网。

如图2所示，ecu3与逆变器2输出端电气连接，且与智能组件1进行无线通讯，采集电站发电及智能组件的运行情况；在出现设定的情形时，关断故障的光伏组件；通过与云平台6的远程通讯，将电站运行情况及告警信息上传至云平台6，用户可通过移动终端8与云平台6相连或与电站现场的ecu3相连接查看电站信息；云平台6的信息通过云监控中心7进行监控和判断，实现对电站的远程监控。

通讯部分，ecu通过zigbee与智能组件相互通讯；通过rs485总线与逆变器相互通讯。ecu通过与逆变器输出端的电气连接，采集电站发电情况，通过与云平台的远程通讯，上报电站发电情况及告警信息，用户可通过手机app与云平台相连或通过手机app现场与ecu相连接查看电站信息。

如图3所示，ecu内部，根据功能可划分为5大模块：mcu模块、存储模块、自身管理模块、通讯模块、电能采样模块。

电能采样模块：采集逆变器输出各相电流、电压、频率、功率及发电量信息，传输到mcu进行数据处理及判断。

通讯模块：包含zigbee通讯模块，与智能组件、简易辐照计进行相互通讯及数据传输；bluetooth蓝牙模块与手机无线连接，访问app，同时通过蓝牙模块进行生产的出厂设置；gprs模块，通过gprs网络将处理完的数据发到云平台；rs485/232模块，采集逆变器相关数据。

存储模块：包括spiflash及microsd卡，存储瞬时数据及历史数据存储。自身管理模块：包括看门狗电路、rtc时钟控制电路及电源模块，确保整体ecu正常稳定工作。

mcu模块：整个ecu的核心处理器，处理及分析采集模块传输的数据，并将处理完的数据通过通讯模块发送到云平台。

ecu按图4描述的方式与各选配件通讯并交互传递信息。具体地，通过zigbee通讯方式，采集智能组件工作状态下的电压信息、电流信息以及温度信息，同时发送控制指令、心跳信号给智能组件；通过rs485总线通讯方式，采集逆变器输出各相电流、电压、频率、功率及发电量信息，以及故障信息，同样地，在出现设定的情形时，发送控制指令，关闭逆变器。通过zigbee通讯方式，采集其他智能设备的信息，如：简易辐照计5，辐照计5收集的当日累计辐照度信息，通过zigbee通讯方式传输给ecu，ecu通过zigbee将心跳信号发送给辐照计。

如图5所示，ecu在采集完数据后，通过预设的安全性健康度判断模型，计算电站的安全性健康度，同步通过gprs等通讯方式上传至云平台，用户可通过手机app与云平台相连或现场与ecu蓝牙连接查看电站信息，而托管后台也将同步监控电站安全性健康度，如若发生故障，及电站危险，则会自动关断，将组件输出电压控制到一定范围内；实现对电站的远程监控。

所述安全性健康度判断模型为：设定安全指数si(safetyindex)，并设定：si为0时，电站处于正常工作状态；当si为1时，电站处于危险工作状态；其中，si判断标准如下：当整体电站中有一块组件温度超过90摄氏度时，将si置1；当逆变器检测出直流拉弧时，将si置1。

实施例2：

一种光伏电站安全性健康度判断方法，采用实施例1所述的光伏电站安全性健康度的智能诊断系统，包括如下步骤：

步骤1:建立安全性健康度判断模型：设定安全指数si(safetyindex)，并设定：si为0时，电站处于正常工作状态；当si为1时，电站处于危险工作状态；其中，si判断标准如下：当整体电站中有一块组件温度超过90摄氏度时，将si置1；当逆变器检测出直流拉弧时，将si置1；

步骤2：采集智能组件运行数据及逆变器数据，根据步骤1的安全性健康度判断模型，判断电站的安全性健康度，当si等于1时，关闭逆变器及智能组件。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。