專利名稱：太陽能發(fā)電監(jiān)測報警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種應用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運行的太陽能發(fā)電監(jiān)測報警系統(tǒng)。
(二)
背景技術(shù)：
當前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運行最短設計使用壽命為25年，整個項目經(jīng)濟收益由投資部分、運行維護費、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行檢測，則對采樣出的數(shù)據(jù)需要進行分別處理，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
本發(fā)明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)測報警系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種太陽能發(fā)電監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括主機、從機及環(huán)境傳感器，主機與從機之間采用RS485或RS232總線連接，環(huán)境傳感器與主機之間采用環(huán)境采樣接口連接；
所述從機包括電流傳感器、RS485或RS232通訊接口 、通訊地址設置開關(guān)、電流量程等級設置開關(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端口進行采樣，所述電流傳感器設置了 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上設定0-15之間的16種電流量程，所述通訊地址設置開關(guān)及電流量程等級設置開關(guān)都與CPU的IO端口相連，RS485或RS232通訊接口外接485或232總線，與主機進行數(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，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)絡接口， CPU采用TI公司推出的C2000平臺下的TMS320LF2407 DSP，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1/0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)主機與從機之間的通訊，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；
系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)出廠后在正常運行前設定一些必要的參數(shù)，如當前時間、査詢時間間隔、從機數(shù)量、本機IP地址和選程主機IP地址，從機在安裝時按從小到大順序設定好從機的通訊地址，同一個子系統(tǒng)中，地址從l開始設置，
最大地址250;超過250時，將其余的從機接入另一個子系統(tǒng)；
主機與從機之前采用串口多機通訊模式，地址00及255用作主機的廣
播命令，OO命令所有從機停止采樣，255命令所有從機開始采樣；
在一個子系統(tǒng)中，主機隔一段時間査詢從機采樣的電流數(shù)據(jù)，査詢方
法為輪詢法。
本發(fā)明的有益效果是
從機的方式，通過每個從機采樣系統(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，主機集成環(huán)境檢測接口，并將 接收到的數(shù)據(jù)匯總，按設定的規(guī)則進行分析計算，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。
本發(fā)明將從機的電流采樣端口，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，由主機將匯總的數(shù)據(jù)按軟件預定 的規(guī)則進行分析處理，當有數(shù)據(jù)達到或超過設定范圍時，主機將發(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)絡接口，將報警信息發(fā)至遠程主機，供用戶遠程査詢監(jiān)測。
本發(fā)明可應用于各種規(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)濟回報性，降低維護成本。

圖1為本發(fā)明涉及的電流傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明涉及的從機結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明涉及的主機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中附圖標記
線圈l、開口磁環(huán)2、線性霍爾3。 具體實施例方式
本發(fā)明太陽能發(fā)電監(jiān)測報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)由主機、從機、及環(huán)境傳感 器(溫度、輻射)組成，主機與從機之間采用RS485或RS232總線連接， 環(huán)境傳感器與主機之間采用環(huán)境采樣接口連接。
參見圖2，圖2為本發(fā)明涉及的從機結(jié)構(gòu)示意圖。由圖2可以看出， 從機由電流傳感器、RS485或RS232通訊接口、通訊地址設置開關(guān)、電流 量程等級設置開關(guān)及CPU組成。電流傳感器由線圈l、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，
當太陽能電池板發(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，線 圈圈數(shù)越大，磁場也越強，線性霍爾受到磁場的感應，就輸出一定的電壓， 磁場越強，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IOA)。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。通訊地址設置開關(guān)及電流量程等縛 設置開關(guān)可采用DIP開關(guān)或跳線的方式進行硬件設置，通訊地址設置開關(guān) 的通訊地址采用8位開關(guān)，使得RS485或232總線上主機能區(qū)分250臺以 上的從機。電流量程等級設置開關(guān)釆用4位開關(guān)設定，在安裝了不同量程 電流傳感器的從機上設定0-15之間的16種電流量程。通訊地址設置開關(guān) 及電流量程等級設置開關(guān)都與CPU的IO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，該類單片機具有成本低、應用廣等特點， 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。
從機模塊控制軟件工作原理CPU共設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 器中保存的永遠是最近的8次采樣值。當主機索取時，送出8次采樣的平 均值及本從機設定的電流量程值，大大減小的單次采樣誤差。
當從機接收到主機發(fā)出停止釆樣命令時，CPU定時器停止計時，并停 止采樣電流數(shù)據(jù)，直到接收到主機發(fā)出開始采樣命令時，才恢復正常工作， 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為本發(fā)明涉及的主機結(jié)構(gòu)示意圖。由圖3可以看出， 主機由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，采用電源塊及后備電池雙電源供電(以備市 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 極管進行控制，用來當系統(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査詢相關(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接口，讓用戶來設定系統(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)主機與從機之間的通訊，從而從每臺從機獲 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程主機(電腦)通訊，實現(xiàn)太陽能發(fā)電數(shù)據(jù)的遠 程監(jiān)測。此接口采用WlZnet公司生產(chǎn)的W5100芯片，W5100是一款多功 能的單片網(wǎng)絡接口芯片，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，只需要進行簡單的端 口 (Socket)編程。輕松實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸。 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， 一臺主機可以同時 與250臺從機相連，查詢從機采樣數(shù)據(jù)，(一臺主機加上與其相連接的所有 從機稱為一個子系統(tǒng))，所以，當串聯(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)絡接口接入同一臺遠程服務器，由主 機對整個電站實行發(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定一些必要的參數(shù)，如當前時間、查詢 時間間隔、從機數(shù)量、本機IP地址、選程主機IP地址等，從機在安裝時 按從小到大順序設定好從機的通訊地址(同一個子系統(tǒng)中，地址從l開始 設置，最大地址250;超過250時，將其余的從機接入另一個子系統(tǒng))。
主機與從機之前采用串口多機通訊模式，地址00及255用作主機的廣 播命令，00命令所有從機停止采樣，255命令所有從機開始采樣。
在一個子系統(tǒng)中，主機隔1分鐘査詢從機采樣的電流數(shù)據(jù)(具體時間 間隔可設定調(diào)整)，査詢方法為輪詢法，假設一臺主機與l一50號從機相連 接，具體操作如下主機先發(fā)送地址1，等待1號從機傳回數(shù)據(jù)，再接收1號從機傳來的
電流數(shù)據(jù)，再發(fā)送地址2……以次類推，直到50號從機査詢結(jié)束。
權(quán)利要求
1、一種太陽能發(fā)電監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括主機、從機及環(huán)境傳感器，主機與從機之間采用RS485或RS232總線連接，環(huán)境傳感器與主機之間采用環(huán)境采樣接口連接；所述從機包括電流傳感器、RS485或RS232通訊接口、通訊地址設置開關(guān)、電流量程等級設置開關(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端口進行采樣，所述電流傳感器設置了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上設定0-15之間的16種電流量程，所述通訊地址設置開關(guān)及電流量程等級設置開關(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，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)主機與從機之間的通訊，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。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能發(fā)電監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于 所述通訊地址設置開關(guān)及電流量程等級設置開關(guān)采用DIP開關(guān)或跳線的方 式進行硬件設置，通訊地址設置開關(guān)的通訊地址采用8位開關(guān)，電流量程 等級設置開關(guān)采用4位開關(guān)設定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能發(fā)電監(jiān)測報警系統(tǒng)，包括主機、從機及環(huán)境傳感器，主機與從機之間采用RS485或RS232總線連接，環(huán)境傳感器與主機之間采用環(huán)境采樣接口連接；從機包括電流傳感器、RS485或RS232通訊接口、通訊地址設置開關(guān)、電流量程等級設置開關(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端口進行采樣，電流傳感器設置了16種不同線圈圈數(shù)的電流傳感器；主機包括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)絡接口。本發(fā)明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G08B21/00GK101667321SQ200910034350
公開日2010年3月10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, 興 黃 申請人:江陰愛康太陽能器材有限公司