一种基于直流载波通信的光伏组件级关断及数据采集装置的制作方法

本发明涉及光伏控制，具体涉及一种基于直流载波通信的光伏组件级关断控制装置。

背景技术：

1、近年来，光伏因其清洁、高效、经济的优势迅速发展。然而，随着光伏系统规模的扩大，与之伴随的光伏安全问题也逐渐浮现，引起了广泛的关注。这种安全问题涵盖了诸多方面，从消防风险、电气安全到应急救援等，因而对于太阳能光伏系统的稳健运行和周围环境的安全性提出了更高的要求。在这一背景下，光伏组件速断系统应运而生，以应对日益凸显的光伏安全挑战。光伏组件速断系统作为一种重要的安全装置，具有在紧急情况下快速切断光伏系统电源的能力，以减小潜在火灾风险，保障现场消防人员和维护人员的生命安全。

2、中国专利申请201410607584.9公开了一种基于直流载波的光伏接入监控系统，通过监测汇流箱处的数据，将汇流箱电压、电流、开关量信号采集回来后，上报给主服务器。其仅仅只能实现汇流箱的开关，导致一整个或者多个光伏组串不发电，而无法实现光伏组件级的开关。对于光伏组件级，由于组件数量多，数据量大，往往无法实现光伏组件级的控制和数据采集。

3、在当今光伏组件速断系统中，确保能够迅速切断单个或整体组件的输出是至关重要的。为实现这一目标，通常采用了心跳方法，这是一种有效的信号传递方式。具体而言，心跳发射器通过直流电力线载波通讯技术，持续不断地向关断器发送心跳信号，而关断器则通过持续接收这些信号来保证光伏组件的工作。这种机制确保了特定组件的持续输出。一旦心跳发射器停止向某个关断器发送信号，该关断器会自动控制自身的功率输出，迅速将当前组件置于断开状态。这种心跳技术在光伏组件速断系统中应用时，通过持续的心跳信号，组件之间建立起稳定的通信链接，确保系统的实时性和稳定性。一旦通信链路中断，关断器迅速响应，采取适当措施，使得光伏系统能够快速停止电力输出。

4、但上述通过心跳发射器进行关断控制的方法并不能满足对系统状态和组件健康状况的实时监测需求，且通常情况下关断器不会向发射器回复，用户只能通过观察光伏发电的功率来推测当前的组件工作情况，并不能直观了解是哪个组件故障或者已经发生危险。综合考虑，心跳方法在光伏组件速断系统中的运用确实弥补了紧急情况下的切断需求，但其不足之处也是显而易见的：缺少光伏组件级(每块光伏板)的数据获取能力，如电流电压温度等，光伏的安装现场往往规模较大且关断器的位置不易查找(段尾附图)，在组件出现故障时，并不能精准定位故障组件，需要大量人力手动查找，浪费大量时间人力和金钱；且现在常见光伏速断系统，很难实现对单个关断器控制。

5、综上所述，现有技术中的光伏关断装置缺乏精细的监测和数据获取能力，无法精确定位故障，也无法对每个组件进行监控管理。

技术实现思路

1、为适应光伏技术领域的实际需求，本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为，提供一种基于直流载波通信的光伏组件级关断控制装置，以实现光伏系统的组件级开关和数据采集。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于直流载波通信的光伏组件级关断及数据采集装置，包括光伏监控器和多个光伏关断器；

3、所述光伏关断器串联设置在各个光伏组件的支路中，用于采集对应光伏组件的数据后通过载波发送给所述光伏监控器，还用于接受光伏监控器的控制信息，并控制对应的光伏组件的功率输出断开；

4、所述光伏监控器用于接收各个光伏组件的数据后进行保存，还用于判断是否发生光伏组件设备故障，并在发生故障时，精准定位故障设备，并发送控制信息至对应的光伏关断器。

5、所述光伏关断器包括第一电力通信芯片，所述光伏监控器包括第二电力通信芯片和数据处理模块，所述数据处理模块通过所述第二电力通信芯片与所述第一电力通信芯片连接，实现数据的采集和控制命令的下发。

6、所述光伏监控器还包括存储模块，用于存储采集的光伏组件数据。

7、所述光伏监控器还包括蓝牙通信模块，所述蓝牙模块与所述数据处理芯片连接，用于接收各个光伏组件的配置文件并发送至所述存储模块存储，所述配置文件包括各个光伏组件的通信地址和位置信息。

8、所述光伏关断器和光伏监控器通过携带的方式实现采集信号与控制信号的共存通信，其使用自定义协议栈，在帧中data域的user data数据域中，新增一个字节携带控制与方向信息。

9、所述自定义协议栈的格式为：

10、

11、其中：

12、79h：帧头；

13、l：数据域data的长度；

14、ctrl：控制域；

15、cmd：指令字；

16、data：数据域；

17、csum：和校验，是l、ctrl、cmd、data所有字节算术和，不考虑溢出；

18、cxor：异或校验，初始值为0，是l、ctrl、cmd、data所有字节的异或；

19、所述光伏监控器和光伏关断器的交互数据包括采集数据和控制数据，存放在变长的data域中。

20、当光伏关断器接收光伏监控器的数据时，其格式为：

21、

22、当光伏监控器从光伏关断器接收需要本地处理的数据时，其格式为：

23、

24、其中，data ctrl：数据控制域；

25、dstaddr：目的通信地址，为ffffffffffffh，表示全网广播；

26、srcaddr：发送方的通信地址；

27、user data len：user data的长度；

28、user data：用户数据。

29、光伏监控器的工作流程为：

30、步骤101：上电后对配置文件后进行解析，获取光伏阵列中安装的所有光伏关断器的信息；

31、步骤102：判断各个光伏组件是否为本地或远程速断状态，若是，则向光伏关断器广播发送带关断信息的交互报文；若否，则进入下一步；

32、步骤103：通过广播或单播的方式，向所有光伏速断器发送采集报文，并对接收到的上报数据进行解析；

33、步骤104：根据解析结果判断是否存在异常，若是，则通过单播下发携带控制信息的报文数据至对应的光伏关断器使其进行关断控制，并返回步骤102，若否，则进行数据更新。

34、所述步骤104中，若解析结果存在异常，还包括根据配置文件中存储的通信地址和位置信息，对光伏组件进行地理定位的步骤。

35、所述光伏关断器的工作流程为：

36、步骤201：上电后从内存中读取自己的固件信息，随后周期性的采集线路上数据信息，并控制当前功率输出状态为断开状态；

37、步骤202：监测是否能到通信报文，若是，则解析报文中携带的控制信息并做出响应，随后根据报文中的采集项从内存中提取数据，组织好帧结构回复光伏监控器。

38、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

39、1、本发明提供了一种基于直流载波通信的光伏组件级关断及数据采集装置，通过在各个光伏组件上设置光伏关断器，利用光伏关断器采集光伏组件在线数据后通过载波发送至汇流后的光伏监控器，数据包括组件的电压、电流、设备温度、芯片温度、通断状态等。同时使光伏关断器与光伏监控器使用携带(夹带)的方式实现采集与控制的共存，无需专门的控制帧交互，减少数据交互的同时，提高系统的可靠性。

40、2、本发明通过利用光伏组件的通信地址与位置信息一起生成配置文件后发送给光伏监控器，使得光伏监控器不仅可以实时判断各个组件安全状态，还可以精确定位故障位置，解决了光伏阵列通常排布密集，出现故障时排查成本非常高的问题，大大提高了光伏组件的运行安全性和维护效率。

41、3、本发明通过较低成本，可以实现单个光伏组件的关断，维护，检修时可最大限度保证光伏发电效率。