一种光伏板运行状态监测系统的制作方法

1.本发明涉及光伏发电监控技术领域，尤其是涉及一种光伏板运行状态监测系统。


背景技术：

2.太阳能作为一种非常重要的可再生能源受到广泛关注，光伏发电是目前利用太阳能最直接有效的一种方式。随着光伏新能源技术的不断发展和完善，光伏发电设备的数量也不断增加，在整个电网输电系统中，光伏发电所占的比重也是越来越大。随着光伏产业的高速发展，光伏板的总数急增，其实时监测需求量大，应用场景多，在光伏发电设备投运后，光伏板的实际运行状态容易受外在环境因素影响，比如雨渍、灰尘、鸟粪、人为破坏等，当发现有异常时，需要派人进行维保。当前企业对光伏维保情况主要流程包括定期维保到达现场、发现异常、处理并恢复异常等环节。分析和调查发现，光伏运维工作人员只有在每个季度进行现场实地维保时，才能掌握每块光伏板的状态情况。随着光伏电站的增多，现有工作人员按照原有维保模式只能通过平均90天的时长周期才能发现故障并进行处理，故障发现和维修效率低下，无法满足用户需求。基于此，本发明提供一种光伏板运行状态监测系统，能够及时获得每块光伏板运行状态，当发现光伏板状态异常时，第一时间告警提醒工作人员，尽快到达现场进行处理，提高故障维修效率，以满足用户需求。


技术实现要素：

3.本发明是为了克服现有技术的工作人员按照原有维保模式发现故障并进行处理，故障发现和维修效率低下，无法满足用户需求的问题，提供一种光伏板运行状态监测系统。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种光伏板运行状态监测系统，包括监测端和上位机管理端，所述监测端包括数据采集模块和中央处理模块，所述数据采集模块与中央处理模块相连，所述中央处理模块连接有数据信号发送模块，所述上位机管理端包括数据信号接收模块和数据处理分析模块，所述数据信号接收模块与数据信号发送模块相连，所述数据处理分析模块与数据信号接收模块相连。本发明的一种光伏板运行状态监测系统，监测端能够及时获得每块光伏板运行数据，上位机管理端对光伏板运行数据进行分析处理，判断光伏板的运行状态是否异常，当发现光伏板状态异常时，第一时间告警提醒工作人员，尽快到达现场进行处理，提高故障维修效率，以满足用户需求。
5.作为本发明的优选方案，所述数据采集模块包括：电压采集单元，所述电压采集单元对单个光伏板的实际输出电压值进行采集，并将采集到的实际电压值数据传输至中央处理模块；电流采集单元：所述电流采集单元对单个光伏板的实际输出电流值进行采集，并将采集到的实际电流值数据传输至中央处理模块；温度采集单元：所述温度采集单元对单个光伏板的温度值进行采集，包括光伏板的正面温度和光伏板的背面温度，并将采集到的温度数据传输至中央处理模块；光照强度采集单元：所述光照强度采集单元对太阳的光照强度进行采集，并将采集到的太阳光照强度数据传输至中央处理模块。
6.作为本发明的优选方案，所述中央处理模块包括a/d转换单元和中央处理单元，所述a/d转换单元分别与数据采集模块的电压采集单元、电流采集单元、温度采集单元和光照强度采集单元相连，所述数据采集模块采集到的数据信号通过a/d转换单元转换成数字量传输给中央处理单元，所述中央处理单元与数据信号发送模块相连。
7.作为本发明的优选方案，所述数据处理分析模块包括仿真建模单元和数据对比单元，所述仿真建模单元根据当前太阳能光照强度和太阳鞥电池板数据，对光伏板的光电转化进行模拟，并输出模拟电流值和模拟电压值，所述数据对比单元将电压采集单元采集到的实际电压值数据和电流采集单元采集到的实际电流值数据分别与模拟电压值和模拟电流值进行比对，若比对结果处于预设阈值范围内，则表明光伏板运行状态正常，否则表明光伏板运行状态异常。
8.作为本发明的优选方案，所述温度采集单元实时采集每个光伏板的温度数据，数据对比单元将温度采集单元实时采集每个光伏板的温度数据相互之间进行对比，若某个光伏板的温度数据明显区别于其他光伏板的温度数据，则表明该光伏板运行状态异常，否则表明光伏板运行状态正常。
9.作为本发明的优选方案，所述仿真建模单元包括光伏板模拟子单元和光伏板电路模拟子单元，所述光伏板模拟子单元接收光照强度采集单元采集到的太阳光照强度数据，并转化为模拟电信号，所述光伏板电路模拟子单元包括模拟电路，所述模拟电路与光伏板供电电路相同，所述光伏板电路模拟子单元接收模拟电信号后输出模拟电压值和模拟电流值。
10.作为本发明的优选方案，所述电压采集单元具体为电压传感器，所述电流采集单元具体为电流传感器，所述温度采集单元具体为负温度系数热敏电阻，所述光照强度采集单元具体为数字型光强传感器。
11.作为本发明的优选方案，所述监测端还包括电源模块，所述电源模块包括蓄电池电源和a/d基准源，所述a/d基准源作为a/d转换单元的电压基准，所述蓄电池电源为监测端提供电能。
12.作为本发明的优选方案，所述系统还包括显示模块，所述显示模块包括监测端显示单元和上位机显示单元，所述监测端显示单元用于显示数据采集模块检测的原始数据，所述上位机显示单元显示原始数据的处理过程和光伏板运行状态结果。
13.因此，本发明具有以下有益效果：本发明的一种光伏板运行状态监测系统，监测端能够及时获得每块光伏板运行数据，上位机管理端对光伏板运行数据进行分析处理，判断光伏板的运行状态是否异常，当发现光伏板状态异常时，第一时间告警提醒工作人员，尽快到达现场进行处理，提高故障维修效率，以满足用户需求。
附图说明
14.图1是本发明的系统结构示意图；图2是本发明的系统主程序流程图。
具体实施方式
15.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
16.如图1所示，一种光伏板运行状态监测系统，包括监测端和上位机管理端，监测端包括数据采集模块和中央处理模块，数据采集模块与中央处理模块相连，中央处理模块连接有数据信号发送模块，上位机管理端包括数据信号接收模块和数据处理分析模块，数据信号接收模块与数据信号发送模块相连，数据处理分析模块与数据信号接收模块相连。本发明的一种光伏板运行状态监测系统，监测端能够及时获得每块光伏板运行数据，上位机管理端对光伏板运行数据进行分析处理，判断光伏板的运行状态是否异常，当发现光伏板状态异常时，第一时间告警提醒工作人员，尽快到达现场进行处理，提高故障维修效率，以满足用户需求。
17.数据采集模块包括：电压采集单元，电压采集单元对单个光伏板的实际输出电压值进行采集，并将采集到的实际电压值数据传输至中央处理模块；电流采集单元：电流采集单元对单个光伏板的实际输出电流值进行采集，并将采集到的实际电流值数据传输至中央处理模块；温度采集单元：温度采集单元对单个光伏板的温度值进行采集，包括光伏板的正面温度和光伏板的背面温度，并将采集到的温度数据传输至中央处理模块；光照强度采集单元：光照强度采集单元对太阳的光照强度进行采集，并将采集到的太阳光照强度数据传输至中央处理模块。
18.因为光伏组件露天安装，受天气、环境和人员等外部条件影响，容易出现诸如遮挡、污损、碎裂等问题。轻则影响发电效率，重则产生无法恢复的故障。如鸟粪遮盖、落叶遮挡、影子遮挡等情况下会产生热斑效应。热斑效应是指光伏组件内部出现的局部过热现象。当组件中一片或几片光伏板被遮光或损坏时，工作电流超过了该光伏板或电池组的短路电流；此时该部分光伏板被处于反向偏置状态，在电路中的功能由电源变为负载，消耗能量，从而在组件内部形成局部过热。 严重的热斑效应可导致电池组件局部烧毁、形成、焊点熔化、封装材料老化或盖板玻璃炸裂等永久性损坏。由此可知热斑检测是考察光伏电站工作状况的一项重要内容。上述遮挡、暗斑、碎裂等问题可以通过光伏组件的电压、电流和温度等参数的变化反映出来。
19.本发明的一种光伏板运行状态监测系统，包括分布安装于光伏板附近的用于采集数据的监测端和管理处理采集数据的上位机管理端，二者之间通过有线或无线的方式进行通信。通过采集每个光伏板串联节点的输出电压、输出电流以及光伏板的温度，为光伏反的性能分析即故障检测提供基础数据，在光伏板状态发生异常时能够及时发现与处理，确保光伏发电系统的平稳、高效、安全的运行。
20.本发明的系统的设计理论依据为：当光伏板组件收到遮挡影响时，光伏板（太阳能电池）输出的电压、电流会降低，可以在接线盒出对光伏板组件串联节点的输出电压、输出电流进行监测；遮挡光伏板的输出功率降低至称为耗能元件，因此被遮挡处的光伏板单元温度会上升，因此可以检测光伏板的温度变化来发现问题。
21.中央处理模块包括a/d转换单元和中央处理单元，a/d转换单元分别与数据采集模块的电压采集单元、电流采集单元、温度采集单元和光照强度采集单元相连，数据采集模块采集到的数据信号通过a/d转换单元转换成数字量传输给中央处理单元，中央处理单元与数据信号发送模块相连。
22.数据处理分析模块包括仿真建模单元和数据对比单元，仿真建模单元根据当前太阳能光照强度和太阳鞥电池板数据，对光伏板的光电转化进行模拟，并输出模拟电流值和
模拟电压值，数据对比单元将电压采集单元采集到的实际电压值数据和电流采集单元采集到的实际电流值数据分别与模拟电压值和模拟电流值进行比对，若比对结果处于预设阈值范围内，则表明光伏板运行状态正常，否则表明光伏板运行状态异常。
23.温度采集单元实时采集每个光伏板的温度数据，数据对比单元将温度采集单元实时采集每个光伏板的温度数据相互之间进行对比，若某个光伏板的温度数据明显区别于其他光伏板的温度数据，则表明该光伏板运行状态异常，否则表明光伏板运行状态正常。
24.仿真建模单元包括光伏板模拟子单元和光伏板电路模拟子单元，光伏板模拟子单元接收光照强度采集单元采集到的太阳光照强度数据，并转化为模拟电信号，光伏板电路模拟子单元包括模拟电路，模拟电路与光伏板供电电路相同，光伏板电路模拟子单元接收模拟电信号后输出模拟电压值和模拟电流值。
25.电压采集单元具体为电压传感器，电流采集单元具体为电流传感器，温度采集单元具体为负温度系数热敏电阻，光照强度采集单元具体为数字型光强传感器。
26.监测端还包括电源模块，电源模块包括蓄电池电源和a/d基准源，a/d基准源作为a/d转换单元的电压基准，蓄电池电源为监测端提供电能。采集到的电压、电流、温度、光强等数据信号都要通过a/d转换单元转换成数字量，然后才能送至中央处理模块即mcu。为保证a/d转换的精度，必须提供额外的基准源，具体的，基准源可选用mc1404作为a/d转换单元的电压基准。
27.系统还包括显示模块，显示模块包括监测端显示单元和上位机显示单元，监测端显示单元用于显示数据采集模块检测的原始数据，上位机显示单元显示原始数据的处理过程和光伏板运行状态结果。
28.本发明系统的监测端中央处理模块具体选用stm32单片机，stm32系列是基于要求高性能、低成本、低功耗的嵌人式应用专门设计的arm cortex-m3内核。本监测系统选用其中性能较高的增强型stm32f103vet6作为核心器件，时钟频率可达72mhz，具有一流的外设和优异的实时性能，利用其内部丰富的功能模块，无需外扩芯片即可对各模块采集到的数据信号进行多通道模/数转换，并可采用jtag仿真器进行调试。
29.本系统采用的开发平台为经典的keil4。应用程序包括主程序、数据采集及处理程序、串行通信程序、彩屏显示程序4个主要部分。 主程序主要负责对系统时钟、gpio口、彩屏显示、嵌套中断的配置以及定时器、adc和串行通信模块的初始化。数据采集及处理程序中，由于stm32拥有着丰富 的片上外设，stm32f103vet6内部集成有两个a/d，共16个采样通道，转换速度达到1us，所以设计采用了 stm32自带的a/d进行数据转换。a/d采样完成后会促发中断，进而进入a/d中断服务程序，进行数据的处理。串行通信程序则是通过rs-232总线将处理好的数据传送给上位机。显示模块放弃了使用较普遍的12864液晶，而采用了基于ili9341控制的彩屏，采用spi接口与stm32进行通信。系统的主程序流程图如图2所示。
30.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种光伏板运行状态监测系统，其特征是，包括监测端和上位机管理端，所述监测端包括数据采集模块和中央处理模块，所述数据采集模块与中央处理模块相连，所述中央处理模块连接有数据信号发送模块，所述上位机管理端包括数据信号接收模块和数据处理分析模块，所述数据信号接收模块与数据信号发送模块相连，所述数据处理分析模块与数据信号接收模块相连。2.根据权利要求1所述的一种光伏板运行状态监测系统，其特征是，所述数据采集模块包括：电压采集单元，所述电压采集单元对单个光伏板的实际输出电压值进行采集，并将采集到的实际电压值数据传输至中央处理模块；电流采集单元：所述电流采集单元对单个光伏板的实际输出电流值进行采集，并将采集到的实际电流值数据传输至中央处理模块；温度采集单元：所述温度采集单元对单个光伏板的温度值进行采集，包括光伏板的正面温度和光伏板的背面温度，并将采集到的温度数据传输至中央处理模块；光照强度采集单元：所述光照强度采集单元对太阳的光照强度进行采集，并将采集到的太阳光照强度数据传输至中央处理模块。3.根据权利要求2所述的一种光伏板运行状态监测系统，其特征是，所述中央处理模块包括a/d转换单元和中央处理单元，所述a/d转换单元分别与数据采集模块的电压采集单元、电流采集单元、温度采集单元和光照强度采集单元相连，所述数据采集模块采集到的数据信号通过a/d转换单元转换成数字量传输给中央处理单元，所述中央处理单元与数据信号发送模块相连。4.根据权利要求2或3所述的一种光伏板运行状态监测系统，其特征是，所述数据处理分析模块包括仿真建模单元和数据对比单元，所述仿真建模单元根据当前太阳能光照强度和太阳鞥电池板数据，对光伏板的光电转化进行模拟，并输出模拟电流值和模拟电压值，所述数据对比单元将电压采集单元采集到的实际电压值数据和电流采集单元采集到的实际电流值数据分别与模拟电压值和模拟电流值进行比对，若比对结果处于预设阈值范围内，则表明光伏板运行状态正常，否则表明光伏板运行状态异常。5.根据权利要求4所述的一种光伏板运行状态监测系统，其特征是，所述温度采集单元实时采集每个光伏板的温度数据，数据对比单元将温度采集单元实时采集每个光伏板的温度数据相互之间进行对比，若某个光伏板的温度数据明显区别于其他光伏板的温度数据，则表明该光伏板运行状态异常，否则表明光伏板运行状态正常。6.根据权利要求4所述的一种光伏板运行状态监测系统，其特征是，所述仿真建模单元包括光伏板模拟子单元和光伏板电路模拟子单元，所述光伏板模拟子单元接收光照强度采集单元采集到的太阳光照强度数据，并转化为模拟电信号，所述光伏板电路模拟子单元包括模拟电路，所述模拟电路与光伏板供电电路相同，所述光伏板电路模拟子单元接收模拟电信号后输出模拟电压值和模拟电流值。7.根据权利要求2或3所述的一种光伏板运行状态监测系统，其特征是，所述电压采集单元具体为电压传感器，所述电流采集单元具体为电流传感器，所述温度采集单元具体为负温度系数热敏电阻，所述光照强度采集单元具体为数字型光强传感器。8.根据权利要求3所述的一种光伏板运行状态监测系统，其特征是，所述监测端还包括
电源模块，所述电源模块包括蓄电池电源和a/d基准源，所述a/d基准源作为a/d转换单元的电压基准，所述蓄电池电源为监测端提供电能。9.根据权利要求2或3或8所述的一种光伏板运行状态监测系统，其特征是，系统还包括显示模块，所述显示模块包括监测端显示单元和上位机显示单元，所述监测端显示单元用于显示数据采集模块检测的原始数据，所述上位机显示单元显示原始数据的处理过程和光伏板运行状态结果。

技术总结
本发明公开了一种光伏板运行状态监测系统，包括监测端和上位机管理端，所述监测端包括数据采集模块和中央处理模块，所述数据采集模块与中央处理模块相连，所述中央处理模块连接有数据信号发送模块，所述上位机管理端包括数据信号接收模块和数据处理分析模块，所述数据信号接收模块与数据信号发送模块相连，所述数据处理分析模块与数据信号接收模块相连。本发明的一种光伏板运行状态监测系统，监测端能够及时获得每块光伏板运行数据，上位机管理端对光伏板运行数据进行分析处理，判断光伏板的运行状态是否异常，当发现光伏板状态异常时，第一时间告警提醒工作人员，尽快到达现场进行处理，提高故障维修效率，以满足用户需求。以满足用户需求。以满足用户需求。


技术研发人员：陈冰晶 郑林英 周刚 郑涛 冯宇立 姜福涛 周子誉 王洪一 杨秀彬 郭晓 李锐锋 马克琪 金乐婷 陈曦 吴钟文
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/10/19