一種光伏電站的監測數據採集終端及監測數據系統的製作方法
2023-12-01 06:44:26
一種光伏電站的監測數據採集終端及監測數據系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種光伏電站的監測數據採集終端及監測數據系統，所述的監測數據採集終端包括數據採集模塊、存儲模塊、數據處理模塊、遠程通訊模塊和電源模塊。由數據採集模塊每隔預設時間採集光伏電站的工作參數，通過數據處理模塊對數據採集模塊採集的數據進行分類和分級存儲，對正常數據進行過濾，對異常數據發送消息通知，由遠程通訊模塊發送給遠程控制設備，確保用戶遠程對電站數據的監控需求，實現了光伏電站在無人值守的條件下安全、穩定的運行，並且將光伏電站運行數據和氣象信息發送至遠程控制設備，使用戶全面了解和及時掌握光伏電站各個環節的運行情況，確保電站的安全運行。
【專利說明】一種光伏電站的監測數據採集終端及監測數據系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及光伏電站的監控技術，特別涉及一種光伏電站的監測數據採集終端及監測數據系統。
【背景技術】
[0002]傳統光伏電站的數據採集和監測主要由逆變器廠商隨相關設備提供，實現對光伏電站運行的一些參數進行監測，但這些方式難以，甚至不能直接控制逆變器的運行狀態，並且無法獲取光伏電站中的其它設備的信息，及控制這些設備，容易造成一個個「孤島」系統，無法形成數據統一的採集和監測。
[0003]隨著光伏發電的發展，越來越多的獨立和併網的光伏電站投入運行。這些電站大多建設在交通不便的地區，所以光伏電站常常需要在無人值守的條件下運行，因此實時採集光伏電站運行參數和監控其狀態保證電站安全和穩定運行十分必要。
【發明內容】
[0004]鑑於上述現有技術的不足之處，本發明的目的在於提供一種光伏電站的監測數據採集終端及監測數據系統，能遠程對光伏電站進行完整、統一的實時監測和控制。
[0005]為了達到上述目的，本發明採取了以下技術方案:
[0006]一種光伏電站的監測數據採集終端，其包括:
[0007]數據採集模塊，用於每隔預設時間採集光伏電站的工作參數；
[0008]存儲模塊，用於存儲所述工作參數；
[0009]數據處理模塊，用於對數據採集模塊採集的數據進行分類和分級存儲，對正常數據進行過濾，對異常數據發出消息通知；
[0010]遠程通訊模塊，用於將數據處理模塊輸出的消息通知發送給遠程控制設備；
[0011]電源模塊，用於對所述數據採集模塊、存儲模塊、數據處理模塊和遠程通訊模塊供電；
[0012]所述數據採集模塊、存儲模塊、電源模塊和遠程通訊模塊均連接數據處理模塊。
[0013]所述的光伏電站的監測數據採集終端中，所述數據處理模塊，還用於控制數據採集模塊自動採集、動態變化採集頻率，實現數據的補採和重採。
[0014]所述的光伏電站的監測數據採集終端中，所述數據處理模塊，還用於通過將多個相同設備的運行數據進行比較，查找出工作異常的設備。
[0015]所述的光伏電站的監測數據採集終端中，還包括外擴存儲器；
[0016]所述數據處理模塊，用於還對數據採集模塊採集的數據進行判斷，在判斷存在異常數據時，將波形數據存儲到外擴存儲器中，並向遠程控制設備上傳異常數據波形；其中，所述異常數據波形包括異常前的幾個周期的波形和實時異常時的故障波形。
[0017]所述的光伏電站的監測數據採集終端中，所述數據處理模塊，還用於在遠程通訊模塊與遠程控制設備進行數據交互前，與遠程控制設備進行AES加密認證。[0018]所述的光伏電站的監測數據採集終端中，所述工作參數包括:蓄電池電壓、太陽能輻射量、蓄電池充電電流、蓄電池放電電流、風力發電機充電電流和/或環境溫度。
[0019]所述的光伏電站的監測數據採集終端中，所述數據採集模塊包括:模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、數字量輸入單元、數字量輸出單元和頻率計數單元。
[0020]所述的光伏電站的監測數據採集終端中，所述數據處理模塊，還用於控制遠程通訊模塊進入低功耗模式，所述低功耗模式包括休眠模式、定時上下線模式和定時開關機模式。
[0021]一種光伏電站監測系統，其包括:遠程控制設備、環境監測儀、至少一逆變器、至少一智能電錶、防逆流採集箱和上述的監測數據採集終端，所述逆變器、智能電錶和監測數據採集終端位於光伏配電室中，所述防逆流採集箱位於併網配電室中；所述監測數據採集終端採用RS485協議與逆變器、智能電錶和防逆流採集箱通信，用於監測和控制逆變器、智能電錶和防逆流採集箱的運行狀況，並向遠程控制設備發送消息通知。
[0022]所述的光伏電站監測系統，還包括:
[0023]用於檢測逆變器的輸出電壓的電壓檢測模塊；
[0024]用於檢測逆變器的輸出電流的電流檢測模塊；
[0025]用於檢測逆變器的溫度的溫度傳感器；
[0026]用於測量逆變器的頻率的頻率傳感器；
[0027]所述電壓檢測模塊、電流檢測模塊、溫度傳感器和頻率傳感器均連接監測數據採集終端。
[0028]相較於現有技術，本發明提供的光伏電站的監測數據採集終端及監測數據系統，由數據採集模塊每隔預設時間採集光伏電站的工作參數，通過數據處理模塊對數據採集模塊採集的數據進行分類和分級存儲，對正常數據進行過濾，對異常數據發送消息通知，由遠程通訊模塊發送給遠程控制設備，確保用戶遠程對電站數據的監控需求，實現了光伏電站在無人值守的條件下安全、穩定的運行，並且將光伏電站運行數據和氣象信息發送至遠程控制設備，使用戶全面了解和及時掌握光伏電站各個環節的運行情況，確保電站的安全運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明光伏電站的監測數據採集終端的結構框圖。
[0030]圖2為本發明光伏電站監測系統的結構框圖。
【具體實施方式】
[0031]本發明提供一種光伏電站的監測數據採集終端及監測數據系統，所述監測數據採集終端可對光伏電站裡的電池陣列、防逆流採集箱、逆變器、交直流配電櫃、太陽跟蹤控制系統、電站周圍氣象環境等進行實時監測和控制，提供設備數據採集、解析、處理、事件產生、存儲，將採集到的數據通過各種傳送方式傳輸給遠程控制設備，確保用戶遠程對電站數據的監控需求。
[0032]為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0033]本發明的光伏電站的監測數據採集終端用於上位機(如遠程控制設備)和下接採集設備之間的數據傳輸、解析、存儲。請參閱圖1，其包括:數據採集模塊10、存儲模塊20、數據處理模塊30、遠程通訊模塊40和電源模塊50，所述數據採集模塊10、存儲模塊20、電源模塊50和遠程通訊模塊40均連接數據處理模塊30。
[0034]所述電源模塊50用於對所述數據採集模塊10、存儲模塊20、數據處理模塊30和遠程通訊模塊40供電。數據採集模塊10提供各類傳感器的接入，用於每隔預設時間採集光伏電站的工作參數。所述存儲模塊20用於存儲所述工作參數。所述數據處理模塊30負責對各個模塊的統一管理，用於對數據採集模塊10採集的數據進行分類和分級存儲，對正常數據進行過濾，對異常數據發出消息通知。所述遠程通訊模塊40用於將數據處理模塊30輸出的消息通知發送給遠程控制設備(如上位機)。
[0035]具體實施時，所述電源模塊50支持寬電源輸入(DC5?36V),內置有過壓保護模塊，用於反相保護和壓保護，防止損壞監測數據採集終端。數據採集模塊10內置有ESD模塊，可起15KV的ESD保護，監測數據採集終端的天線接口防雷保護，確保監測數據採集終端不被損壞，延長監測數據採集終端的使用壽命。
[0036]所述數據處理模塊30為光伏電站的監測數據採集終端的控制中心，還用於控制數據採集模塊10自動採集、動態變化採集頻率，實現數據的補採和重採，並對數據採集模塊10採集的數據進行分類和分級存儲，將變化率不大的數據確定為正常數據進行過濾，對異常情況(如數據變化率大、有告警、數值超過閥值等情況)發送消息通知應用層，以及通知給使用者。
[0037]其中，在分類存儲時按實時表、24小時表、歷史表存儲，針對不同的信息(如告警信息、狀態信息、監測數據信息、統計信息)分類採集、分類存儲和分類匯總。
[0038]本發明實施例中，所述數據處理模塊30還用於通過將多個相同設備的運行數據進行比較來發現問題，查找出工作異常的設備。如將兩臺逆變器的日發電量進行對比發現，如果發現有一臺逆變器的發電量總是比另外一臺低，那麼就可以認為發電量低的這一臺逆變器效率低下或疑似故障，藉此也可以用來判斷逆變器的好壞。
[0039]為了提高數據存儲的可靠性，本發明的光伏電站的監測數據採集終端還包括外擴存儲器；所述數據處理模塊30還用於對數據採集模塊10採集的數據進行判斷，在判斷存在異常數據時，將波形數據存儲到外擴存儲器中，並向遠程控制設備上傳循環記錄，及外部存儲器中存儲的異常數據波形；其中，所述異常數據波形包括異常前的幾個周期的波形和實時異常時的故障波形，避免了故障發生後無法實時記錄完整故障波形的，從而能夠幫助故障分析人員儘快定位問題的出處和原因，減少故障查找和維修的周期，大大提高了檢修效率。在採集到異常數據時，報警的觸發條件可各個通道獨立設置，當達到報警觸發條件時及時報警。
[0040]為了提高數據傳輸的安全性，所述數據處理模塊30，還用於在遠程通訊模塊40與遠程控制設備進行數據交互前，與遠程控制設備進行AES (advanced encryption standard,高級加密標準)加密認證。當然，本發明還可以採用其它加密算法，如DES (Data EncryptionStandar,對稱算法)。
[0041]為了實時獲取數據，所述數據採集模塊10每隔I分鐘將各項工作參數包括:蓄電池電壓、太陽能輻射量、蓄電池充電電流、蓄電池放電電流、風力發電機充電電流和/或環境溫度，並暫存於數據緩衝區中。
[0042]為了優化監測數據採集終端的結構設計，所述數據採集模塊10包括:模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、數字量輸入單元、數字量輸出單元和頻率計數單元，實現各部分協調工作和數據輸入\輸出。支持通用模擬量輸入(Al)、模擬量輸出(AO)、數字量輸入(DI)、數字量輸出(DO)以及計頻率計數(PI)等，通過相應的數據採集傳感器能實時採集太陽輻射能量、環境溫度、組件溫度、風速、風向、直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓、當前功率、當日發電量、累計發電量等。
[0043]為了提高通信的可靠性，所述遠程通訊模塊40支持多方通信，如TCP/IPServer/Client、UDP/IP、DDP、SMS、AT多種通信方式，並可定義數據通信模式，如，internet/GPRS/3G通訊模式，並且還能通過遠程控制設備遠程控制參數配置，如:TDP、AT+參數配置。
[0044]具體實施時，遠程通訊模塊40的通訊連接可自動恢復，提高通訊的可靠性，確保光伏電站在長期無人值守的情況下，可靠進行工作。所述數據處理模塊30還用於控制遠程通訊模塊40進入低功耗模式，所述低功耗模式包括休眠模式、定時上下線模式和定時開關機模式，節省監測數據採集終端的耗電。
[0045]本發明還相應提供一種光伏電站監測系統，其包括:遠程控制設備1、環境監測儀
2、至少一逆變器3、至少一智能電錶4、防逆流採集箱5和上述的監測數據採集終端6。所述逆變器3、智能電錶4和監測數據採集終端6位於光伏配電室中，所述防逆流採集箱5位於併網配電室中；所述監測數據採集終端6採用RS485協議與逆變器3、智能電錶4和防逆流採集箱5通信，用於監測和控制逆變器3、智能電錶4和防逆流採集箱5的運行狀況，並向遠程控制設備I發送消息通知。
[0046]在遠程控制時，通過在遠程控制設備I上設置需要監測的設備，通過在監測界面上點擊待控制設備的圖標，即可調出相應設備的遠程控制菜單，選擇或輸入控制內容後，即可通過監測數據採集終端測控相應的設備。而且受控設備的監測內容可實現在遠程控制設備I上展示。
[0047]所述監測數據採集終端6能夠對不同廠商、不同類別、不同型號的光伏發電電源設備、計量表、直/交流櫃、及其它電力設備的數據進行統一的採集，實現對光伏電站完整、統一的實時監測和控制，統計各設備的運行情況。其主要監測光伏電站的總體運行情況，如，各設備運行情況、關注度高的數據、整體告警信息等。
[0048]具體實施時，每個光伏發電站配置一套環境監測儀2來監測氣象數據，環境監測儀2採集的數據傳輸到位於配電室的監測數據採集終端6中。逆變器3將光伏組件輸出的能量轉換為交流供用戶供電，與逆變器3數量對應的智能電錶4採用RS485協議與逆變器3通訊，獲取逆變器3的發電量，並通過位於併網配電室的防逆流採集箱5採集併網配電室的併網功率，用於防逆流，實現了光伏電站設備的統一運行監控，數據的集中管理，建立統一的資料庫，為監控平臺和其他各種專業監控系統提供數據服務。
[0049]其中，所述的光伏電站監測系統還包括用於檢測逆變器3的輸出電壓的電壓檢測模塊，用於檢測逆變器3的輸出電流的電流檢測模塊，用於檢測逆變器3的溫度的溫度傳感器，用於測量逆變器3的頻率的頻率傳感器；所述電壓檢測模塊、電流檢測模塊、溫度傳感器和頻率傳感器均連接監測數據採集終端6，由各傳感器將採集的數據傳輸至監測數據採集終端6的數據採集模塊，通過數據處理模塊對數據進行處理和判斷。
[0050]在採集逆變器3的基礎數據時，監測數據採集終端6通過RS485協議與逆變器3通訊採集逆變器3的基礎數據，具體通過:電壓檢測模塊、電流檢測模塊、溫度傳感器、頻率傳感器感應光伏發電系統中單組逆變器3的主要信息，生成可以測量的電信號，此電信號再經過調製裝置的處理後與光伏電站監測系統通訊，其逆變器3的主要採集數據如下:
[0051](I)累加參數:當前總功率、發電量(日、月、季度、年、總)、二氧化碳減排量(日、月、季度、年、總)、告警次數。
[0052](2)運行參數:直流電壓、直流電流、直流功率、交流電壓、交流電流、逆變器3的機內溫度、時鐘、頻率。
[0053](3)、運行狀態:運行、關閉、待機。
[0054](4)、告警數據:用於識別逆變器3的所有告警，可以通過解析設備的報文，發現逆變器3報送給系統的告警，也可以通過自身的分析功能，來發現逆變器3沒有報送或者逆變器3本身無法識別的報警，包括閾值告警和變化率告警等。
[0055]在採集防逆流採集箱5的基礎數據時，最多可監測16路光伏組件串的電流，監測數據採集終端6通過RS485協議或者標準MODBUS協議與防逆流採集箱5通訊監測防逆流採集箱5的所有監測數據，也可以通過寬溫度範圍的數碼管查看所有監測數據，並進行防逆流採集箱5監測的地址設置，監測數據循環顯示設置，監測數據顯示時間間隔設置等，監測數據採集終端6還可配合軟體進行數據監測、查詢、報表分析、圖形分析、通信調試等，並且還能配合自供電模塊可直接使用光伏陣列的電能供電，其採集、監測防逆流採集箱5的數據如下:
[0056](I)運行參數:直流電壓、直流電流。
[0057](2)、運行狀態:運行、關閉、待機。
[0058](3)、告警數據:用於識別防逆流採集箱5的所有告警，可以通過解析防逆流採集箱5的報文，發現防逆流採集箱5報送給系統的告警，也可以通過自身的分析功能，來發現設備沒有報送或者防逆流採集箱5本身無法識別的報警，包括閾值告警和變化率告警。
[0059]監測數據採集終端6以功能單元、功能模塊和I/O模塊，實現各部分協調工作採集氣象環境的基礎數據。其中，氣象環境數據是決定太陽能發電的重要指標，對太陽能發電質量起著決定性作用，同時也是光伏電站的設計提供有效的數據保證，監測數據採集終端6對採集到的氣象數據進行存儲，其標準配置為內存(即存儲模塊)存儲容量可達MG級，同時也可以選配外置U盤存儲器(即外擴存儲器)進行數據備份操作，氣象數據上傳可以通過有線連接、區域網連接、光纖連接、GPRS移動通訊、3G通訊等多種通訊方式，其採集的氣象數據主要如下:
[0060](I)、狀態位置:環境溫度、環境溼度、露點溫度、風速、風向、氣壓、太陽總輻射等多項指標。
[0061](2)、運行狀態:運行、關閉、待機。
[0062](3)、告警數據:識別用於識別環境監測儀2的所有告警，可以通過解析設備的報文，發現環境監測儀2報送給系統的告警，也可以通過自身的分析功能，來發現環境監測儀2沒有報送或者設備本身無法識別的報警，包括閾值告警和變化率告警。
[0063]綜上所述，與現有技術相比，本發明具有以下有效效果:[0064]1、運行監測功能:用於監測電站及電站設備的運行情況，從總體到局部依次有三個監測層次，分別是電站的整體運行監測、設備群監測、單個設備監測。
[0065]2、遠程控制功能:在運行監測界面，通過點擊待控制設備的圖標，即可調出設備的遠程控制菜單，選擇或輸入控制內容後，指令將立即傳遞給需控制的設備，可以達到實時控制。
[0066]3、警報通知功能:向用戶提供故障設備的告警，以及設備在故障前的預警功能。
[0067]4、視頻監控功能:視頻監控功能能夠展示實時的視頻內容，從而實現「遙視」。
[0068]5、分析診斷功能:向用戶提供設備的故障分析功能，具體包括比對分析、專家分析。
[0069]6、統計報表功能:可為管理人員提供必要的報表。
[0070]7、設備管理功能:用戶可以通過此功能建立電站所有設備的臺帳，從而實現了設備臺帳管理的信息化。
[0071]可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種光伏電站的監測數據採集終端，其特徵在於，包括: 數據採集模塊，用於每隔預設時間採集光伏電站的工作參數； 存儲模塊，用於存儲所述工作參數； 數據處理模塊，用於對數據採集模塊採集的數據進行分類和分級存儲，對正常數據進行過濾，對異常數據發出消息通知； 遠程通訊模塊，用於將數據處理模塊輸出的消息通知發送給遠程控制設備； 電源模塊，用於對所述數據採集模塊、存儲模塊、數據處理模塊和遠程通訊模塊供電； 所述數據採集模塊、存儲模塊、電源模塊和遠程通訊模塊均連接數據處理模塊。
2.根據權利要求1所述的光伏電站的監測數據採集終端，其特徵在於，所述數據處理模塊，還用於控制數據採集模塊自動採集、動態變化採集頻率，實現數據的補採和重採。
3.根據權利要求1所述的光伏電站的監測數據採集終端，其特徵在於，所述數據處理模塊，還用於通過將多個相同設備的運行數據進行比較，查找出工作異常的設備。
4.根據權利要求3所述的光伏電站的監測數據採集終端，其特徵在於，還包括外擴存儲器； 所述數據處理模塊，用於還對數據採集模塊採集的數據進行判斷，在判斷存在異常數據時，將波形數據存儲到外擴存儲器中，並向遠程控制設備上傳異常數據波形；其中，所述異常數據波形包括異常前的幾個周期的波形和實時異常時的故障波形。
5.根據權利要求1所述的光伏電站的監測數據採集終端，其特徵在於，所述數據處理模塊，還用於在遠程通訊模塊與遠程控制設備進行數據交互前，與遠程控制設備進行AES加密認證。
6.根據權利要求1所述的光伏電站的監測數據採集終端，其特徵在於，所述工作參數包括:蓄電池電壓、太陽能輻射量、蓄電池充電電流、蓄電池放電電流、風力發電機充電電流和/或環境溫度。
7.根據權利要求1所述的光伏電站的監測數據採集終端，其特徵在於，所述數據採集模塊包括:模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、數字量輸入單元、數字量輸出單元和頻率計數單元。
8.根據權利要求1所述的光伏電站的監測數據採集終端，其特徵在於，所述數據處理模塊，還用於控制遠程通訊模塊進入低功耗模式，所述低功耗模式包括休眠模式、定時上下線模式和定時開關機模式。
9.一種光伏電站監測系統，其特徵在於，包括:遠程控制設備、環境監測儀、至少一逆變器、至少一智能電錶、防逆流採集箱和如權利要求1-8任意一項所述的監測數據採集終端，所述逆變器、智能電錶和監測數據採集終端位於光伏配電室中，所述防逆流採集箱位於併網配電室中；所述監測數據採集終端採用RS485協議與逆變器、智能電錶和防逆流採集箱通信，用於監測和控制逆變器、智能電錶和防逆流採集箱的運行狀況，並向遠程控制設備發送消息通知。
10.根據權利要求9所述的光伏電站監測系統，其特徵在於，還包括: 用於檢測逆變器的輸出電壓的電壓檢測模塊； 用於檢測逆變器的輸出電流的電流檢測模塊； 用於檢測逆變器的溫度的溫度傳感器；用於測量逆變器的頻率的頻率傳感器； 所述電壓檢測模塊、電流檢測模塊、溫度傳感器和頻率傳感器均連接監測數據採集終端。
【文檔編號】H02S50/00GK103997298SQ201410232610
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】黃俊華 申請人:廣州邦訊信息系統有限公司