一种高精度光伏抄表的采集方法及装置与流程

本申请涉及光伏发电直流侧智能计量领域，特别是涉及一种高精度光伏抄表的采集方法及装置。

背景技术：

1、随着分布式光伏装机规模快速扩大，直流侧精确计量、数据稳定上传及线路故障自诊断已成为电站智能化运维的关键需求。传统直流表多数采用 12–16 bit adc，温漂大，在 200 v～1500 v、0.1 a～1000 a 全量程内综合误差往往大于 0.5 %，无法满足收益结算及组件级精细化管理要求。光伏现场普遍使用单一lora 或 2g/nb-iot模块进行通信，山区或城市遮挡环境下信号衰减严重，掉包率>5 %；掉线后需人工上站复位，运维成本高。直流侧线缆数量多、接头老化、鼠害等易引发开路、短路或微电弧，现有系统缺乏在线检测手段，只能在发电量异常后被动排查，存在火灾与收益双重风险。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术中光伏发电计量装置不够精确且缺乏故障检测能力的问题，本申请提出了一种高精度光伏抄表的采集方法及装置，具体的技术方案如下：

2、第一方面，本申请提出了一种高精度光伏抄表的采集方法，包括以下步骤：

3、接收采样模拟信号，并进行滤波与阻抗匹配；

4、对完成滤波与阻抗匹配的信号进行差分放大和调整放大倍率；

5、将放大后的信号进行模数转换，得到采样数字信号；

6、基于温漂自校准算法对采样数字信号进行温度漂移补偿，得到对应的物理量值。

7、进一步地，所述温漂自校准算法的具体内容为：

8、预设多个温度点，针对预设电流和预设电压进行全量程标定，记录各温度-量程点的模数转换原始码值与标准值，建立三维查找表 lut(t, i, v)，t表示温度，i表示电流量程档位，v表示电压量程档位；

9、经过预设时间间隔读取当前温度t_now，当t_now与上次校准温度 t_last 的差值大于预设阈值，进入下述校准步骤；在量程切换点查询lut，获取相邻温度点的校准系数和偏移量；基于所述校准系数和偏移量通过线性插值计算当前温度补偿系数；当差值不大于预设阈值，使用上一次校准得到的温度补偿系数；

10、基于所述温度补偿系数对采样数字信号进行补偿，并通过映射关系得到对应的物理量值。

11、第二方面，本申请提出了一种高精度光伏抄表的采集装置，包括自校准宽量程直流计量模块、双冗余无线传输模块以及断线自诊断自恢复模块，自校准宽量程直流计量模块分别与双冗余无线传输模块、断线自诊断自恢复模块电连接，双冗余无线传输模块与断线自诊断自恢复模块电连接，所述自校准宽量程直流计量模块用于进行光伏发电的直流计量，并将计量结果传输给双冗余无线传输模块，还用于接收自诊断自恢复模块输出的回采电压信号，将其转换为数字信号传输给自诊断自恢复模块，所述自诊断自恢复模块用于基于回采电压信号转换的数字信号进行故障的判别和备用通道的切换，并输出告警信号给双冗余无线传输模块，所述双冗余无线传输模块用于接收计量结果和告警信号并传输给云端。

12、进一步地，所述自校准宽量程直流计量模块包括模拟前端、差分放大器、程控偏置放大器和模数转换电路，所述模拟前端通过内置的通道选择器选择接入的信号并进行滤波与阻抗匹配预处理，预处理后的信号由差分放大器进行差分放大，再经程控偏置放大器进行放大倍数的切换，最终通过模数转换电路转换为数字信号，并基于温漂自校准算法进行温度漂移的补偿后得到计量结果送至双冗余无线传输模块，所述接入的信号包括：电压采样信号、电流采样信号、温度采样信号。在模数转换电路的计量芯片的空闲时隙，通道选择器还接入断线自诊断自恢复模块输出的回采电压信号用于故障判别。所述模数转换电路支持24位模数转换。

13、进一步地，所述断线自诊断自恢复模块包括断线检测电路、微控制器和继电器切换电路，所述断线检测电路在模数转换电路的计量芯片的空闲时隙，通过端子向直流母线注入脉冲电流，得到回采电压信号后输入通道选择器进行信号处理得到电压数字信号，微控制器基于电压数字信号的变化判别采样通道是否存在故障，所述继电器切换电路用于在出现故障时切换至备用通道；所述故障的类型包括开路、短路和虚接，当线路存在故障时，微控制器置位gpio驱动继电器切换电路，将模拟前端输入切换至备用采样通道，同时触发本地flash缓存续传，并将故障告警信号上报双冗余无线传输模块触发远程告警。

14、进一步地，所述故障的判别方法为：当电压无变化，判别为开路；当电压下降至预设短路阈值以下，判别为短路；当电压波动变化超过预设范围的次数达到预设次数，判别为虚接。

15、所述故障能够进行自恢复，具体方法为：对于开路故障，通过继电器切换电路将采样输入从采样通道切换至采样备用通道，采样通道标记为开路故障；对于短路故障，先断开采样通道的过流保护继电器，再通过继电器切换电路将采样输入从采样通道切换至备用通道，触发紧急告警；对于虚接故障，通过继电器切换电路将采样输入从采样通道切换至备用通道，采样通道标记为待检修。

16、进一步地，所述双冗余无线传输模块包括光电采样模块、隔离接口、通信链路和主处理器，所述通信链路包括本地通信链路和远程通信链路，所述光电采样模块和所述隔离接口组成抄表通道将计量结果输出到本地通信链路，主处理器用于接收计量结果和告警信号并进行边缘计算，将边缘计算的结果通过远程通信链路上报云端。

17、有益效果：

18、本申请提出了一种高精度光伏抄表的采集方法及装置，通过对采样信号进行处理以及温度漂移补偿实现光伏发电直流侧的高精度采集，同时对光伏发电线路提供了故障检测与恢复手段以及稳定的数据传输保障，实现高精度计量、稳定无线传输、断线自检自恢复的一体化。

1.一种高精度光伏抄表的采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高精度光伏抄表的采集方法，其特征在于，所述温漂自校准算法的具体内容为：

3.一种高精度光伏抄表的采集装置，其特征在于，包括自校准宽量程直流计量模块、双冗余无线传输模块以及断线自诊断自恢复模块，自校准宽量程直流计量模块分别与双冗余无线传输模块、断线自诊断自恢复模块电连接，双冗余无线传输模块与断线自诊断自恢复模块电连接，所述自校准宽量程直流计量模块用于进行光伏发电的直流计量得到计量结果，并将计量结果传输给双冗余无线传输模块，还用于接收自诊断自恢复模块输出的回采电压信号，将其转换为数字信号传输给自诊断自恢复模块，所述自诊断自恢复模块用于基于所述数字信号进行故障的判别和备用通道的切换，并输出告警信号给双冗余无线传输模块，所述双冗余无线传输模块用于接收计量结果和告警信号并传输给云端。

4.根据权利要求3所述的一种高精度光伏抄表的采集装置，其特征在于，所述自校准宽量程直流计量模块包括模拟前端、差分放大器、程控偏置放大器和模数转换电路，所述模拟前端通过内置的通道选择器选择接入的信号并进行滤波与阻抗匹配预处理，预处理后的信号由差分放大器进行差分放大，再经程控偏置放大器进行放大倍数的切换，最终通过模数转换电路转换为数字信号，并基于温漂自校准算法进行温度漂移的补偿后得到计量结果并送至双冗余无线传输模块，所述接入的信号包括：电压采样信号、电流采样信号、温度采样信号。

5.根据权利要求4所述的一种高精度光伏抄表的采集装置，其特征在于，通道选择器还接入断线自诊断自恢复模块输出的回采电压信号用于故障判别。

6.根据权利要求4所述的一种高精度光伏抄表的采集装置，其特征在于，所述断线自诊断自恢复模块包括断线检测电路、微控制器和继电器切换电路，所述断线检测电路在模数转换电路的计量芯片的空闲时隙，通过端子向直流母线注入脉冲电流，得到回采电压信号后输入通道选择器进行信号处理得到电压数字信号，微控制器基于电压数字信号的变化判别采样通道是否存在故障。

7.根据权利要求6所述的一种高精度光伏抄表的采集装置，其特征在于，所述故障的判别方法为：当电压无变化，判别为开路；当电压下降至预设短路阈值以下，判别为短路；当电压波动变化超过预设范围的次数达到预设次数，判别为虚接。

8.根据权利要求7所述的一种高精度光伏抄表的采集装置，其特征在于，所述继电器切换电路用于在出现故障时将采样输入从采样通道切换至采样备用通道；所述故障的类型包括开路、短路和虚接，当线路存在故障时，微控制器置位gpio驱动继电器切换电路进行采样通道切换，同时触发本地flash缓存续传，并将故障告警信号上报双冗余无线传输模块触发远程告警。

9.根据权利要求8所述的一种高精度光伏抄表的采集装置，其特征在于，所述故障能够进行自恢复，具体方法为：对于开路故障，通过继电器切换电路将采样输入从采样通道切换至采样备用通道，采样通道标记为开路故障；对于短路故障，先断开采样通道的过流保护继电器，再通过继电器切换电路将采样输入从采样通道切换至采样备用通道，触发紧急告警；对于虚接故障，通过继电器切换电路将采样输入从采样通道切换至采样备用通道，采样通道标记为待检修。

10.根据权利要求3所述的一种高精度光伏抄表的采集装置，其特征在于，所述双冗余无线传输模块包括光电采样模块、隔离接口、通信链路和主处理器，所述通信链路包括本地通信链路和远程通信链路，所述光电采样模块和所述隔离接口组成抄表通道将计量结果输出到本地通信链路，主处理器用于接收计量结果和告警信号并进行边缘计算，将边缘计算的结果通过远程通信链路上报云端。