專利名稱：太陽能發(fā)電監(jiān)測報警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運行的太陽能發(fā)電監(jiān)測報警裝置。
(二)
背景技術(shù)：
當(dāng)前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運行最短設(shè)計使用壽命為25年，整個項目經(jīng)濟(jì)收益由 投資部分、運行維護(hù)費、發(fā)電收益費組成。在沒有尋求到更好的能夠提高太陽能系統(tǒng)發(fā)電效 率的方法時，價格成本是制約光伏發(fā)展的重要因素，因此如何提高系統(tǒng)的有效運行率，是提 高發(fā)電效率，實現(xiàn)投資利益最大化的良好方法之一。
目前，國外市場上只有極少數(shù)相關(guān)的系統(tǒng)產(chǎn)品存在于市場，國內(nèi)市場上也有一些
太陽能發(fā)電方面監(jiān)測系統(tǒng)，但直到目前為止，還沒有穩(wěn)定可靠的商業(yè)化的產(chǎn)品出現(xiàn)，主要原
因是功能可靠性達(dá)不到要求，在技術(shù)及管理上存在著以下兩個方面的難點 (1)太陽能發(fā)電組件目前一般有單晶、多晶及非晶三種，各種組件之間的飽和發(fā)電
電流等性能存在著很大的差異，如果采用統(tǒng)一量程的傳感器檢測方法，只能選擇量程較大
的傳感器進(jìn)行統(tǒng)一檢測，則造成在測量電流較小的組件時，引起較大的測量誤差；如果為不
同的組件采用不同量程的電流傳感器進(jìn)行檢測，則對采樣出的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行分別處理，技
術(shù)及管理上存在著較高的要求。 (2)太陽能發(fā)電數(shù)據(jù)跟外部環(huán)境之間密切相關(guān)，在監(jiān)測太陽能發(fā)電數(shù)據(jù)時，如果單 一將測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷處理，從而得出結(jié)論發(fā)電是否正常，往往會出現(xiàn)誤報警，所以必須 將外部環(huán)境檢測整合接入系統(tǒng)，技術(shù)及管理上也存在著較高的要求。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述難點，提供一種能夠精確測量不同電流量程太陽 能組件的發(fā)電電流、同時將外部環(huán)境檢測整合接入系統(tǒng)的太陽能發(fā)電監(jiān)測報警裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種太陽能發(fā)電監(jiān)測報警裝置，所述裝置包括 主機(jī)、從機(jī)及環(huán)境傳感器，主機(jī)與從機(jī)之間采用RS485或RS232總線連接，環(huán)境傳感器與主 機(jī)之間采用環(huán)境采樣接口連接； 所述從機(jī)包括電流傳感器、RS485或RS232通訊接口 、通訊地址設(shè)置開關(guān)、電流量 程等級設(shè)置開關(guān)及CPU，電流傳感器包括線圈、開口磁環(huán)及線性霍爾，線圈繞于開口磁環(huán)上， 線性霍爾置于開口磁環(huán)開口處，線圈兩端串入太陽能發(fā)電系統(tǒng)的每一個太陽能電池板的串 聯(lián)回路與匯流箱之間，通過線性霍爾輸出模擬量數(shù)據(jù)連接至CPU的AD端口進(jìn)行采樣，所述 電流傳感器設(shè)置了 16種不同線圈圈數(shù)的電流傳感器，其最大測量電流從1A-16A不等，在安 裝了不同量程電流傳感器的從機(jī)上設(shè)定0-15之間的16種電流量程，所述通訊地址設(shè)置開 關(guān)及電流量程等級設(shè)置開關(guān)都與CPU的10端口相連，RS485或RS232通訊接口外接485或 232總線，與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，所述CPU采用一種通用的帶AD采樣端口的51系列單片機(jī)， 該CPU自帶串口通訊接口 ，外接一個RS485或232通訊模塊，所述CPU共設(shè)8個寄存器用于
3存放采樣的電流值，定時每5秒鐘采樣一次電流，依次存放于8個寄存器中，第9次采樣值 再從1號寄存器開始存放，覆蓋舊值； 所述主機(jī)包括CPU、存儲器、時鐘芯片、揚聲器、LCD、鍵盤、RS485通訊接口、環(huán)境采 樣接口和網(wǎng)絡(luò)接口 ， CPU采用TI公司推出的C2000平臺下的TMS320LF2407DSP，存儲器采用 4M的串口 FLASH存儲器，與CPU自帶的SPI模塊連接，時鐘芯片采用DS1232芯片與CPU的 兩個通用I/O 口連接，實行串行數(shù)據(jù)交換，采用電源塊及后備電池雙電源供電，揚聲器通過 CPU的一個通用I/O 口驅(qū)動三極管進(jìn)行控制，LCD采用128*64點陣的模塊，連至CPU的總 線，CPU采用自帶的SCI模塊通過RS485通訊接口與外部485或232總線相連，實現(xiàn)主機(jī)與 從機(jī)之間的通訊，環(huán)境采樣接口通過CPU的AD采樣端口來實現(xiàn)環(huán)境傳感器的采樣，網(wǎng)絡(luò)接 口采用WIZnet公司生產(chǎn)的W5100芯片，與CPU有并口或串口兩種連接方式，網(wǎng)絡(luò)接口內(nèi)部 集成有10/100以太網(wǎng)控制器，W5100內(nèi)部集成了 TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層和物理 層，W5100內(nèi)部還集成有16KB存儲器； 裝置工作原理 裝置出廠后在正常運行前設(shè)定一些必要的參數(shù)，如當(dāng)前時間、查詢時間間隔、從機(jī) 數(shù)量、本機(jī)IP地址和選程主機(jī)IP地址，從機(jī)在安裝時按從小到大順序設(shè)定好從機(jī)的通訊地 址，同一個子系統(tǒng)中，地址從1開始設(shè)置，最大地址250 ;超過250時，將其余的從機(jī)接入另 一個子系統(tǒng)； 主機(jī)與從機(jī)之前采用串口多機(jī)通訊模式，地址00及255用作主機(jī)的廣播命令，00 命令所有從機(jī)停止采樣，255命令所有從機(jī)開始采樣； 在一個子系統(tǒng)中，主機(jī)隔一段時間查詢從機(jī)采樣的電流數(shù)據(jù)，查詢方法為輪詢法。 本實用新型的有益效果是 從機(jī)的方式，通過每個從機(jī)采樣系統(tǒng)定時檢測采樣，并將采樣的數(shù)據(jù)通過通訊接
口 RS485或RS232傳送至主機(jī)，主機(jī)集成環(huán)境檢測接口 ，并將接收到的數(shù)據(jù)匯總，按設(shè)定的
規(guī)則進(jìn)行分析計算，最后得出發(fā)電綜合狀態(tài)檢測結(jié)果，判斷是否輸出報警。 本實用新型將從機(jī)的電流采樣端口，接在發(fā)電系統(tǒng)每一個太陽能電池板的串聯(lián)回
路與匯流箱之間，采樣其發(fā)電電流數(shù)據(jù)，再通過RS485或RS232端口將各串聯(lián)回路的電流數(shù)
據(jù)匯總至主機(jī)，由主機(jī)將匯總的數(shù)據(jù)按軟件預(yù)定的規(guī)則進(jìn)行分析處理，當(dāng)有數(shù)據(jù)達(dá)到或超
過設(shè)定范圍時，主機(jī)將發(fā)出報警信號驅(qū)動揚聲器報警，同時將故障存入FLASH存儲器中，并
通過自帶的網(wǎng)絡(luò)接口 ，將報警信息發(fā)至遠(yuǎn)程主機(jī)，供用戶遠(yuǎn)程查詢監(jiān)測。 本實用新型可應(yīng)用于各種規(guī)模的光伏電站，無論是獨立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)，還是混合
系統(tǒng)。通過最早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)錯誤和最快實施維修來提高每個光伏系經(jīng)濟(jì)回報性，降低維護(hù)成本。

圖1為本實用新型涉及的電流傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本實用新型涉及的從機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實用新型涉及的主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中附圖標(biāo)記 線圈1、開口磁環(huán)2、線性霍爾3。
具體實施方式
本實用新型太陽能發(fā)電監(jiān)測報警裝置，該系統(tǒng)由主機(jī)、從機(jī)、及環(huán)境傳感器(溫 度、輻射)組成，主機(jī)與從機(jī)之間采用RS485或RS232總線連接，環(huán)境傳感器與主機(jī)之間采 用環(huán)境采樣接口連接。 參見圖2，圖2為本實用新型涉及的從機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。由圖2可以看出，從機(jī)由電 流傳感器、RS485或RS232通訊接口 、通訊地址設(shè)置開關(guān)、電流量程等級設(shè)置開關(guān)及CPU組 成。電流傳感器由線圈1、開口磁環(huán)2及線性霍爾3組成(圖1)。線圈1繞于開口磁環(huán)2 上，線性霍爾3置于開口磁環(huán)2開口處。具體工作原理線圈兩端串入太陽能發(fā)電系統(tǒng)的每 一個太陽能電池板的串聯(lián)回路與匯流箱之間，通過線性霍爾輸出模擬量數(shù)據(jù)連接至CPU的 AD端口進(jìn)行采樣，再通過RS485或RS232端口將各串聯(lián)回路的電流數(shù)據(jù)匯總至主機(jī)， 當(dāng)太陽能電池板發(fā)電時，在線圈內(nèi)產(chǎn)生電流，由于線圈繞于開口磁環(huán)上，由于電流 作用在開口磁環(huán)內(nèi)部產(chǎn)生磁場，電流越大，磁場也越強(qiáng)，線圈圈數(shù)越大，磁場也越強(qiáng)，線性霍 爾受到磁場的感應(yīng)，就輸出一定的電壓，磁場越強(qiáng)，電壓也越大。為了使不同電流量程的太 陽能組件的發(fā)電電流都能精確測量，設(shè)置了 16種不同線圈圈數(shù)的電流傳感器，其最大測量 電流從1A-16A不等(一般太陽能電池組件的發(fā)電最大電流不超過10A)。通過這些傳感器， 能夠精確測量不同電流量程太陽能組件的發(fā)電電流。RS485或RS232通訊接口外接485或 232總線。通訊地址設(shè)置開關(guān)及電流量程等級設(shè)置開關(guān)可采用DIP開關(guān)或跳線的方式進(jìn)行 硬件設(shè)置，通訊地址設(shè)置開關(guān)的通訊地址采用8位開關(guān)，使得RS485或232總線上主機(jī)能區(qū) 分250臺以上的從機(jī)。電流量程等級設(shè)置開關(guān)采用4位開關(guān)設(shè)定，在安裝了不同量程電流 傳感器的從機(jī)上設(shè)定0-15之間的16種電流量程。通訊地址設(shè)置開關(guān)及電流量程等級設(shè)置 開關(guān)都與CPU的10端口相連。CPU采用一種通用的帶AD采樣端口的51系列單片機(jī)，該類 單片機(jī)具有成本低、應(yīng)用廣等特點，自帶串口通訊接口，外接一個RS485或232通訊模塊即 可與外界通訊。 從機(jī)模塊控制軟件工作原理CPU共設(shè)8個寄存器用于存放采樣的電流值，定時每
5秒鐘采樣一次電流，依次存放于8個寄存器中，第9次采樣值再從1號寄存器開始存放，
覆蓋舊值，采用這種辦法，使這8個寄存器中保存的永遠(yuǎn)是最近的8次采樣值。當(dāng)主機(jī)索取
時，送出8次采樣的平均值及本從機(jī)設(shè)定的電流量程值，大大減小的單次采樣誤差。 當(dāng)從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)出停止采樣命令時，CPU定時器停止計時，并停止采樣電流數(shù)
據(jù)，直到接收到主機(jī)發(fā)出開始采樣命令時，才恢復(fù)正常工作，通過這種方式，大大降低了整
個系統(tǒng)夜間所產(chǎn)生的無用能耗。 參見圖3，圖3為本實用新型涉及的主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。由圖3可以看出，主機(jī)由 CPU、存儲器、時鐘芯片、揚聲器、LCD、鍵盤、RS485通訊接口、環(huán)境采樣接口和網(wǎng)絡(luò)接口組成。 CPU采用TI公司推出的C2000平臺下的TMS320LF2407DSP，與傳統(tǒng)的CPU相比，該芯片具有 處理性能更好、外設(shè)集成度更高、程序存儲器更大、A/D轉(zhuǎn)換速度更快等特點，能輕松實現(xiàn)主 機(jī)所需要的運算及控制功能；存儲器采用4M的串口 FLASH存儲器，與CPU自帶的SPI模塊 連接，用來保存系統(tǒng)的一些參數(shù)(系統(tǒng)節(jié)點數(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)方面的一些參數(shù))及20000條 以上的系統(tǒng)運行故障記錄；時鐘芯片采用DS1232芯片與CPU的兩個通用I/O 口連接，實行 串行數(shù)據(jù)交換，用來給系統(tǒng)提供一個時間基準(zhǔn)，采用電源塊及后備電池雙電源供電(以備
5市電停電后系統(tǒng)時間繼續(xù)運行)；揚聲器通過CPU的一個通用I/O 口驅(qū)動三極管進(jìn)行控制， 用來當(dāng)系統(tǒng)運行過程中檢測到發(fā)電數(shù)據(jù)異常時輸出報警聲音，以此來提醒工作人員去查詢 相關(guān)異常信息；LCD采用128*64點陣的模塊，連至CPU的總線，用來顯示系統(tǒng)的一些工作狀 態(tài)、數(shù)據(jù)、故障信息等，配合鍵盤使用提供給客戶一個人機(jī)接口，讓用戶來設(shè)定系統(tǒng)時間、節(jié) 點數(shù)等一些系統(tǒng)參數(shù)；CPU采用自帶的SCI模塊通過RS485通訊接口與外部485或232總 線相連，實現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)之間的通訊，從而從每臺從機(jī)獲取采樣的電流數(shù)據(jù)；環(huán)境采樣接口 主要用來采樣外界環(huán)境的溫度、輻射量等，主要由一些信號調(diào)整電路及信號放大電路組成， 通過CPU的AD采樣端口來實現(xiàn)環(huán)境傳感器的采樣；網(wǎng)絡(luò)接口主要用來提供系統(tǒng)的一個對外 接口，可以通過此接口與遠(yuǎn)程主機(jī)(電腦)通訊，實現(xiàn)太陽能發(fā)電數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。此接口 采用WIZnet公司生產(chǎn)的W5100芯片，W5100是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，與CPU有 兩種連接方式，(并口或串口 )，內(nèi)部集成有10/100以太網(wǎng)控制器，主要應(yīng)用于高集成、高穩(wěn) 定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)中，W5100內(nèi)部集成了 TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層 (MAC)和物理層(PHY)。硬件TCP/IP協(xié)議棧支持TCP, UDP， IPv4， ICMP，ARP，IGMP和PPPoE， W5100內(nèi)部還集成有16KB存儲器用于數(shù)據(jù)傳輸。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只 需要進(jìn)行簡單的端口 (Socket)編程。輕松實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。 系統(tǒng)工作原理 在一個電站中，可能有幾百個或幾千個串聯(lián)回路，一臺主機(jī)可以同時與250臺從 機(jī)相連，查詢從機(jī)采樣數(shù)據(jù)，( 一臺主機(jī)加上與其相連接的所有從機(jī)稱為一個子系統(tǒng))，所 以，當(dāng)串聯(lián)回路較多時，可能需要多個子系統(tǒng)同時接入，這些子系統(tǒng)能通過各自的網(wǎng)絡(luò)接口 接入同一臺遠(yuǎn)程服務(wù)器，由主機(jī)對整個電站實行發(fā)電數(shù)據(jù)統(tǒng)一監(jiān)測。 系統(tǒng)出廠后在正常運行前須設(shè)定一些必要的參數(shù)，如當(dāng)前時間、查詢時間間隔、從 機(jī)數(shù)量、本機(jī)IP地址、選程主機(jī)IP地址等，從機(jī)在安裝時按從小到大順序設(shè)定好從機(jī)的通 訊地址(同一個子系統(tǒng)中，地址從1開始設(shè)置，最大地址250 ;超過250時，將其余的從機(jī)接 入另一個子系統(tǒng))。 主機(jī)與從機(jī)之前采用串口多機(jī)通訊模式，地址00及255用作主機(jī)的廣播命令，00 命令所有從機(jī)停止采樣，255命令所有從機(jī)開始采樣。 在一個子系統(tǒng)中，主機(jī)隔1分鐘查詢從機(jī)采樣的電流數(shù)據(jù)(具體時間間隔可設(shè)定 調(diào)整)，查詢方法為輪詢法，假設(shè)一臺主機(jī)與1-50號從機(jī)相連接，具體操作如下 主機(jī)先發(fā)送地址1，等待1號從機(jī)傳回數(shù)據(jù)，再接收1號從機(jī)傳來的電流數(shù)據(jù)，再發(fā) 送地址2……以次類推，直到50號從機(jī)查詢結(jié)束。
權(quán)利要求一種太陽能發(fā)電監(jiān)測報警裝置，其特征在于所述裝置包括主機(jī)、從機(jī)及環(huán)境傳感器，主機(jī)與從機(jī)之間采用RS485或RS232總線連接，環(huán)境傳感器與主機(jī)之間采用環(huán)境采樣接口連接；所述從機(jī)包括電流傳感器、RS485或RS232通訊接口、通訊地址設(shè)置開關(guān)、電流量程等級設(shè)置開關(guān)及CPU，電流傳感器包括線圈(1)、開口磁環(huán)(2)及線性霍爾(3)，線圈(1)繞于開口磁環(huán)(2)上，線性霍爾(3)置于開口磁環(huán)(2)開口處，線圈(1)兩端串入太陽能發(fā)電系統(tǒng)的每一個太陽能電池板的串聯(lián)回路與匯流箱之間，通過線性霍爾輸出模擬量數(shù)據(jù)連接至CPU的AD端口，所述電流傳感器設(shè)置了16種不同線圈圈數(shù)的電流傳感器，其最大測量電流從1A-16A不等，在安裝了不同量程電流傳感器的從機(jī)上設(shè)定0-15之間的16種電流量程，所述通訊地址設(shè)置開關(guān)及電流量程等級設(shè)置開關(guān)都與CPU的IO端口相連，RS485或RS232通訊接口外接485或232總線，所述CPU采用一種通用的帶AD采樣端口的51系列單片機(jī)，該CPU自帶串口通訊接口，外接一個RS485或232通訊模塊，所述CPU共設(shè)8個寄存器用于存放采樣的電流值，定時每5秒鐘采樣一次電流，依次存放于8個寄存器中，第9次采樣值再從1號寄存器開始存放，覆蓋舊值；所述主機(jī)包括CPU、存儲器、時鐘芯片、揚聲器、LCD、鍵盤、RS485通訊接口、環(huán)境采樣接口和網(wǎng)絡(luò)接口，CPU采用TI公司推出的C2000平臺下的TMS320LF2407DSP，存儲器采用4M的串口FLASH存儲器，與CPU自帶的SPI模塊連接，時鐘芯片采用DS1232芯片與CPU的兩個通用I/O口連接，采用電源塊及后備電池雙電源供電，揚聲器通過CPU的一個通用I/O口驅(qū)動三極管進(jìn)行控制，L CD采用128*64點陣的模塊，連至CPU的總線，CPU采用自帶的SCI模塊通過RS485通訊接口與外部485或232總線相連，環(huán)境采樣接口與CPU的AD采樣端口相連，網(wǎng)絡(luò)接口采用WIZnet公司生產(chǎn)的W5100芯片，與CPU有并口或串口兩種連接方式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能發(fā)電監(jiān)測報警裝置，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)接口內(nèi) 部集成有10/100以太網(wǎng)控制器，W5100內(nèi)部集成了 TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層和物 理層，W5100內(nèi)部還集成有16KB存儲器；通訊地址設(shè)置開關(guān)及電流量程等級設(shè)置開關(guān)采用 DIP開關(guān)或跳線的方式進(jìn)行硬件設(shè)置，通訊地址設(shè)置開關(guān)的通訊地址采用8位開關(guān)，電流量 程等級設(shè)置開關(guān)采用4位開關(guān)設(shè)定。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能發(fā)電監(jiān)測報警裝置，包括主機(jī)、從機(jī)及環(huán)境傳感器，主機(jī)與從機(jī)采用RS485或RS232總線連接，環(huán)境傳感器與主機(jī)采用環(huán)境采樣接口連接；從機(jī)包括電流傳感器、RS485或RS232通訊接口、通訊地址設(shè)置開關(guān)、電流量程等級設(shè)置開關(guān)及CPU，電流傳感器包括線圈(1)、開口磁環(huán)(2)及線性霍爾(3)，線圈兩端串入太陽能發(fā)電系統(tǒng)的每一個太陽能電池板的串聯(lián)回路與匯流箱之間，通過線性霍爾輸出模擬量數(shù)據(jù)連接至CPU的AD端口進(jìn)行采樣，電流傳感器設(shè)置了16種不同線圈圈數(shù)的電流傳感器；主機(jī)包括CPU、存儲器、時鐘芯片、揚聲器、LCD、鍵盤、RS485通訊接口、環(huán)境采樣接口和網(wǎng)絡(luò)接口。本實用新型能夠精確測量不同電流量程太陽能組件的發(fā)電電流，同時將外部環(huán)境檢測整合接入系統(tǒng)。
文檔編號G01R15/20GK201449412SQ20092004799
公開日2010年5月5日 申請日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者施秋石, 鄒承慧, 黃興 申請人:江陰愛康太陽能器材有限公司