摘 要: 目前光伏發(fā)電已經(jīng)進(jìn)入智能化管理階段,其中的檢測工作主要由匯流箱完成,,檢測電流,、電壓以及溫濕度等信息。然而匯流箱只能檢測串聯(lián)回路單元,,具體哪塊光伏組件出現(xiàn)問題,,則需要檢修人員拿萬用表到現(xiàn)場測量。設(shè)計(jì)了一種分布式光伏發(fā)電的檢測管理系統(tǒng),,能夠檢測每塊光伏組件,,并且檢測模塊是嵌入在光伏組件的接線盒里,減少施工安裝工作,。采集的數(shù)據(jù)以無線方式傳輸給匯流箱,,匯流箱再通過RS-485等方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī),由上位機(jī)查看發(fā)電情況,,以及判斷光伏組件是否正常發(fā)電,。
關(guān)鍵詞: 光伏發(fā)電;分布式系統(tǒng),;霍爾傳感器,;匯流箱;無線傳輸
0 引言
近年來,,光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,,主要得益于國家和地方政府對施工安裝以及發(fā)電的補(bǔ)貼。雖然光伏發(fā)電站運(yùn)行良好,但是隨著時(shí)間的推移,,光伏發(fā)電的管理維護(hù)問題就會凸顯出來,。不論是大型的光伏發(fā)電站,還是分布式的發(fā)電系統(tǒng),,都需要額外的管理,。自2006年IBM公司提出“智能電網(wǎng)”解決方案,電網(wǎng)進(jìn)入了智能化階段,,光伏發(fā)電也已經(jīng)步入智能管理階段,。大型光伏發(fā)電站在這方面會做一些優(yōu)化設(shè)計(jì),對電池做統(tǒng)一的管理,,而對于分布式的發(fā)電系統(tǒng),,由于比較分散,問題不好處理,。目前分布式發(fā)電系統(tǒng)的檢測主要是由匯流箱完成的[1-5],,通過匯流箱檢測電流電壓、溫濕度等信息[6-8],,然后通過RS-485等方式傳輸數(shù)據(jù)到上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)判斷[9-12],。但是匯流箱只能檢測到串聯(lián)回路單元,對位于匯流箱之下的幾十個(gè)光伏組件則沒有進(jìn)行檢測管理,,而這些管理必然產(chǎn)生額外的費(fèi)用,。因此,有必要實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的智能管理,。通過增加相應(yīng)的模塊,,監(jiān)控每塊光伏組件的發(fā)電狀態(tài)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,有針對性地進(jìn)行檢修,?;谏鲜鏊悸罚疚奶岢鲆环N檢測方案,,描述了對分布式發(fā)電的智能化管理,。
1 基本原理
當(dāng)前分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由10~20個(gè)光伏組件串聯(lián)成一個(gè)回路來增加電壓,幾個(gè)串聯(lián)的回路在匯流箱處進(jìn)行匯流以增加電流,,其檢測系統(tǒng)如圖1所示,。匯流箱對每個(gè)串聯(lián)的回路單元進(jìn)行檢測,然后通過RS-485等方式將數(shù)據(jù)傳給監(jiān)控室的上位機(jī)進(jìn)行管理[9-12],。為了實(shí)現(xiàn)檢測每塊光伏組件,,只需在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加采集和傳輸模塊。采集模塊主要采集光伏組件的電壓,、電流等數(shù)據(jù),,光伏組件與匯流箱之間的數(shù)據(jù)傳輸采用無線方式,這些數(shù)據(jù)再由匯流箱傳輸出去,。光伏組件的接線盒預(yù)留有空間,,設(shè)計(jì)的模塊可以嵌入在接線盒中。
2 檢測設(shè)計(jì)
光伏組件的檢測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖2所示,,設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括電源的設(shè)計(jì),、電壓檢測、電流檢測,??刂菩酒捎肕SP430,工作狀態(tài)指示燈用來指示當(dāng)前發(fā)電狀態(tài),,無線模塊用來傳輸采集到的數(shù)據(jù),,通過撥碼開關(guān)設(shè)計(jì)無線模塊的地址。
對于電源的設(shè)計(jì),,可以直接從光伏組件取電,。光伏組件工作電壓可以達(dá)到30 V以上,因此,,在設(shè)計(jì)時(shí)需要選用寬電壓輸入的DC-DC芯片,,本文采用了TI公司的TPS54062芯片將電壓穩(wěn)定在3.3 V作為電源輸出給單片機(jī)等電路,其電路圖如圖3所示,。
發(fā)電的檢測,,一般檢測電壓和電流。電壓的檢測電路如圖4所示,,使用兩個(gè)高精度的電阻串聯(lián)分壓,,產(chǎn)生1/16的分壓,這個(gè)電壓進(jìn)入單片機(jī)AD端口進(jìn)行采樣,。
電流檢測使用基于霍爾感應(yīng)原理的電流檢測芯片ACS712進(jìn)行檢測[13],,電路如圖5所示。ACS712根據(jù)檢測電流的大小分為3種型號,,光伏組件的電流比較大,,因此選用ACS712-20A芯片。ACS712-20A是一種輸出電壓與輸入電流成正比的器件,,其內(nèi)阻為1.2 mΩ,,具有較低的功耗,其檢測范圍為-20 A~+20 A,。該芯片檢測電流受溫度影響小,,對于安裝于戶外溫差變化大的光伏組件,檢測產(chǎn)生的偏差較小,。
ACS712-20A輸出電壓為:
Vout=2.5+0.1×IP(1)
采樣參考電壓使用MSP430單片機(jī)的內(nèi)部參考電壓2.5 V,,而ACS712-20A輸出電壓大于2.5 V,,因此在輸出端加上兩個(gè)等阻值的高精度電阻將其電壓分出一半,即Vout=1/2×(2.5+0.1×IP)=1.25+0.05×IP,,然后進(jìn)入單片機(jī)的采樣端口,。
目前匯流箱電壓和電流的檢測都只檢測一次,瞬間的抖動會造成采集電壓和電流誤差,。因此,,為了消除瞬間抖動的影響,對光伏組件的檢測采用多次采樣求平均的方法,。
3 通信設(shè)計(jì)
單片機(jī)采集的電壓電流信息,,通過無線傳輸給匯流箱。無線通信的本機(jī)地址通過撥碼開關(guān)設(shè)定,,這一設(shè)定在安裝之時(shí)完成,,單片機(jī)上電后讀取撥碼開關(guān)的值,并將該值設(shè)定為無線模塊的本機(jī)地址,。MSP430的采樣精度為12位,,因此AD采樣的數(shù)據(jù)需要用2 B傳輸,采集電壓和電流數(shù)據(jù)共占據(jù)4 B,。數(shù)據(jù)由無線接收后,,在匯流箱一端通過RS-485等方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。分布式發(fā)電系統(tǒng),,上位機(jī)對采集到的電壓電流數(shù)據(jù)稍做比較處理即可知道光伏組件是否正常發(fā)電,,并且能夠知道哪塊光伏組件出現(xiàn)問題。
接收端嵌入到匯流箱之中,,一個(gè)接收端作為中心節(jié)點(diǎn)管理10~20個(gè)光伏組件節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),。通過組成星形網(wǎng)絡(luò)來管理,通信協(xié)議時(shí)序如圖6所示,。
首先由位于匯流箱處的中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送開始采集數(shù)據(jù)的命令,,各個(gè)組件節(jié)點(diǎn)都能接收到這個(gè)命令,然后進(jìn)行多次采集數(shù)據(jù)求平均,,得到電流電壓數(shù)據(jù),。中心節(jié)點(diǎn)等待一段時(shí)間之后,開始輪詢各個(gè)組件節(jié)點(diǎn),,組件節(jié)點(diǎn)判斷接收地址是否與本機(jī)地址相符,,若是,則提交數(shù)據(jù),,否則繼續(xù)等待輪詢,。不同匯流箱的中心節(jié)點(diǎn)使用不同頻率與各自的組件節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,這樣可以避免數(shù)據(jù)的沖突,。
4 結(jié)論
隨著國家加大對光伏產(chǎn)業(yè)的扶持力度,,光伏發(fā)電正在從“補(bǔ)充能源”過渡到“替代能源”,,而智能化管理對這個(gè)過程起到很大作用。本文設(shè)計(jì)了一種光伏組件的檢測管理系統(tǒng),,這種設(shè)計(jì)主要用于對分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行檢測,。光伏組件主要檢測電壓和電流,本文對這兩個(gè)物理量的采集都是使用AD采樣方式進(jìn)行,,為減小瞬間抖動產(chǎn)生的誤差,,使用多次采樣求平均,。電壓檢測使用電阻分壓后,,進(jìn)入AD采樣;電流檢測首先利用霍爾傳感器將其轉(zhuǎn)換成電壓輸出,,再通過電阻分壓,,然后進(jìn)行AD采樣。匯流箱中心節(jié)點(diǎn)與光伏組件節(jié)點(diǎn)的通信使用無線傳輸方式,,無線傳輸?shù)慕M網(wǎng)采用星形網(wǎng)絡(luò),。匯流箱與上位機(jī)之間的通信方式使用RS-485,電壓電流數(shù)據(jù)交由上位機(jī)進(jìn)行處理,,然后做相應(yīng)的判斷和保護(hù),。
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