分布式光伏电站数据采集装置及数据传输系统的制作方法

1.本实用新型涉新能源控制系统技术领域，尤其涉及一种分布式光伏电站数据采集装置及数据传输系统。


背景技术：

2.近年来，全球新能源行业快速发展，特别是工商业屋顶分布式光伏电站的装机容量呈爆发式增长。分布式光伏电站数量多、设备类型不一且分散在屋顶，系统的巡检查和维护难度大。因此，建立一套基于大数据的智能运营分析平台，实时高精度采集光伏电站运行数据并进行统计、分析，及时发现缺陷并处理，实现精细化管控，使光伏电站运维模式从粗放式分散管理转向智能集中化管理，最终保障生命周期收益最大化将成为必然趋势。而如何将分布式光伏电站的运行数据准确、全面、可靠、采集并传输至集中监控主站侧是实现集中实时监控和开展大数据分析的基础。因此光伏电站设备的通讯和数据采集传输对于分布式光伏电站集中监控尤为重要。
3.目前多数分布式光伏的各发电单元配置有箱变测控装置、通信管理机、光纤环网站控层交换机、逆变器数据采集装置等，其中箱变测控等设备通过rs485串口与通讯管理机通信进行协议转换，由光纤环网站控层交换机传到远动机，远动机再将信息转发至集中监控的系统主站侧。整个系统的rs485串口接线过于繁多，施工困难，数据传输速度慢，关键的光伏区数据转发环节多，增加了故障机率和布设成本。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题的至少之一，本实用新型提出一种分布式光伏电站数据采集装置及数据传输系统，能够减少光伏电控监控系统的接线和数据转发环节，减少故障几率。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种分布式光伏电站数据采集装置，包括：主控单元、plc通讯模块和网口驱动单元；
6.所述网口驱动单元包括两个光口和多个电口，所述电口用于连接光伏电站的监测设备，所述光口用于接入光纤环网；
7.所述plc通讯模块用于连接光伏电站的逆变器；
8.所述主控单元分别连接有所述网口驱动单元和所述plc通讯模块。
9.在部分实施例中，所述主控单元还连接有存储单元。
10.在部分实施例中，所述主控单元和所述存储单元之间连接有看门狗定时器。
11.在部分实施例中，所述分布式光伏电站数据采集装置还包括有指示单元，所述指示单元与所述主控单元连接。
12.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种分布式光伏电站数据传输系统，包括逆变器、监测设备、站控层交换机、集中监控平台以及多台如第一方面所述的分布式光伏电站数据采集装置；
13.所述逆变器连接所述plc通讯模块；
14.所述监测设备连接所述电口；
15.多台所述分布式光伏电站数据采集装置通过所述光口和所述站控层交换机连接组成光纤环网；
16.所述站控层交换机与所述集中监控平台连接。
17.在部分实施例中，所述分布式光伏电站数据传输系统还包括有集中监控平台子站数据采集传输服务器，所述集中监控平台子站数据采集传输服务器通过以太网连接在所述站控层交换机和所述集中监控平台之间。
18.在部分实施例中，所述分布式光伏电站数据传输系统还包括有远动机，所述远动机接入所述站控层交换机所在的以太网中，所述远动机与所述集中监控平台子站数据采集传输服务器连接。
19.在部分实施例中，所述分布式光伏电站数据传输系统还包括有通信管理单元，所述通讯管理单元接入所述站控层交换机所在的以太网中，所述通信管理单元通过以太网与所述远动机连接。
20.在部分实施例中，所述分布式光伏电站数据传输系统还包括有保护测控装置，所述保护测控装置接入所述站控层交换机所在的以太网中，所述保护测控装置通过以太网与所述远动机连接。
21.在部分实施例中，所述集中监控平台还包括有防火墙设备，所述防火墙设备与所述站控层交换机连接。
22.本实用新型上述的技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：分布式光伏电站数据采集装置包括有plc通讯模块和网口驱动单元，通过plc通讯模块能够实现逆变器运行状态的数据采集与处理，并将处理后的数据传送到主控器中，通过网口驱动单元的电口连接监测设备能够获取监测设备的监测数据，并将监测数据和来自plc通讯单元的数据传送至主控单元，在主控单元中进行数据聚合，然后通过光口将聚合后的数据传送至光纤环网中。布式光伏电站数据采集装置集具备逆变器数据采集、数据聚合和光纤环网功能于一体，无需再拆分成逆变器数据采集、通信管理单元和环网站控层交换机各个单独的设备的连接，减少了繁多的接线，简化了光伏组件监测布设的过程。且逆变器和装置之间采用plc的方式连接，减少了rs485串口接线，节省了rs485通信线和线缆敷设的工程量。
附图说明
23.图1是根据本实用新型实施例提供的分布式光伏电站数据采集装置示意图；
24.图2是根据本实用新型另一实施例提供的分布式光伏电站数据传输系统示意图。
具体实施方式
25.本技术实施例所描述的实施例不应视为对本技术的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
26.在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本技术实施例的目的，不是旨在限制本技术。
28.本实用新型实施例提供一种分布式光伏电站数据采集装置，参照图1，分布式光伏电站数据采集装置包括主控单元、plc通讯模块和网口驱动单元，其中，网口驱动单元上包括两个光口和两个电口。主控单元分别与网口驱动单元和plc通讯模块连接。网口驱动单元可以采用具备2路千兆以太网口和2路千兆光纤接口的phy芯片，2路以太网口接口即作为网口驱动单元的两个电口，2路光纤接口作为网口驱动单元的两个光口。主控单元中集成了中央处理器和mac芯片，phy芯片通过mii接口与mac芯片连接，实现网口驱动单元与主控单元之间的通信。使用时，电口可以通过网线与监控设备连接，或者直接通过无线传输的方式与监控设备连接，监控设备的信号经phy芯片的解调后，通过mii接口传输到主控单元中。需要说明的是，监控设备可以是在分布式光伏电站侧的箱变测控或者汇流箱等装置。而逆变器则通过plc通讯模块接入到分布式光伏电站数据采集装置中，来自逆变器的数据通过plc通讯模块被调制成数字信号，通过串口将调制后的数字信号传输到主控单元中。主控单元按照箱变测控等装置的协议进行解析，然后将来自逆变器的数据和来自箱变测控等装置的数据进行聚合，按iec104协议要求进行组帧，按tcp/ip网络协议进行打包，通过mii接口发送到以太网驱动单元，调制成光纤信号。将分布式光伏电站数据采集装置的两个光口接入到光纤环网中，则光纤信号通过光口被发送出去。需要说明的是，光口接入到光纤环网的方式可是有线连接也可以是无线连接。
29.根据本实用新型一些具体实施例，分布式光伏电站数据采集装置还设置有电源转换模块，电源转换模块能将220v的家用交流电转换为装置中cpu、phy芯片等设备提供可用的稳压直流电。
30.根据本实用新型一些具体实施例，plc通讯模块与主控单元之间连接有隔离电路，能够防止在plc通讯模块与主控单元强弱电间的干扰。
31.根据本实用新型一些具体实施例，主控单元还连接有外置存储单元，存储单元和主控单元之间还连接有看门狗定时器。存储单元用于存储主控单元接收到的数据和运行日志，看门狗定时器用于监控主控单元的运行状态，当主控单元发生长时间未输出数据等异常状态时，看门狗定时器能发送一个信号通知主控单元复位，从而恢复正常。需要说明的是，主控单元会将解析后的数据实时存储进存储单元中，同时主控单元还能实时监控网络的连接状态，当连接状态出现异常，主控单元会记录异常时间，当异常恢复后，主控单元会可以从存储单元获取异常时间段存储的数据重新发送。主控单元还连接有指示单元，指示单元可以是led显示灯，也可以是蜂鸣器，当主控单元监控到网络连接状态异常时，能发送控制信号控制指示单元工作，提醒该处光伏电站的网络连接出现问题需要进行维修。
32.本实用新型实施例还提供了一种分布式光伏电站数据传输系统，包括逆变器、监测设备、站控层交换机、集中监控平台以及多台上述的分布式光伏电站数据采集装置。分布式光伏电站数据采集装置的plc通讯模块的输入接口连接逆变器，电口连接有监测设备，每台分布式光伏电站数据采集装置与其连接的逆变器、监控设备组成一个光伏区子阵。每台分布式光伏电站数据采集装置的两个光口作为组环的端口，分布式光伏电站数据采集装置之间通过手拉手的形式和站控层交换机构成了环形的拓扑网络，即光纤环网。集中监控平
台和站控层交换机连接能够获取到光纤环网中每一个光伏区子阵的检测数据。
33.需要说明的是，为增加分布式光伏电站数据传输系统的可靠性，减少广播风暴的发生几率，可以采用多个站控层交换机来组成多个光纤环网。例如，原来是1个站控层交换机与10个分布式光伏电站数据采集装置共同组成一个光纤环网，为增加传输系统的可靠性可以改成采用2个站控层交换机，每个站控层交换与5个分布式光伏电站数据采集装置组成一个光纤环网，再将2个站控层交换机连接起来组成两个光纤环网。
34.具体地，参照图2，接入分布式光伏电站数据采集装置电口的监测设备为箱变测控装置，分布式光伏电站数据传输系统还包括有集中监控平台子站数据采集传输服务器、远动机、通信管理单元以及保护测控装置。通信管理单元、保护测控装置、远动机接入到站控层交换机所在的以太网中。集中监控平台子站数据采集传输服务器通过以太网连接在站控层交换机和集中监控平台之间，远动机也通过以太网和集中监控平台子站数据采集传输服务器连接。光伏区子阵中分布式光伏电站数据采集装置通过plc方式与逆变器通信，主要采集逆变器的运行信息，再以iec104协议通过光纤环网直接上传至集中监控平台子站数据采集传输服务器。箱变测控装置则接入分布式光伏电站数据采集装置的电口，也即phy芯片的以太网口，通过iec104协议将箱变的运行电压、电流、功率、开关位置、故障告警等数据经站控层交换机上传至远动机。通信管理单元通过rs485串口模块与环境监测仪、交直流/ups装置、电能量采集终端等智能设备连接，交直流/ups装置主要为光伏电站的二次设备供电，环境监测仪主要实时监测光伏电站的辐照、风速、气压等气象数据，电能量采集终端主要采集光伏电站的实时发电量，通信管理单元接收这些设备的数据并将这些数据进行协议转换接入以太网的站控层交换机中。同样地，用于采集10kv/380v配电设备的电压、电流、功率、开关刀闸位置等运行数据的保护测控装置的数据也能通过以太网接入站控层交换机中，保护测控装置也具备继电保护功能，确保设备发生故障时，采取正确动作，切除故障。远动机可以选择iec103或者iec61850或者iec104等协议通过以太网方式和保护测控装置、箱变测控装置、通信管理单元进行通讯，将保护测控装置、箱变测控装置和通信管理单元的数据采集后上传至电网调度机构或者第三方远方监控平台，同时将这些数据转发至集中监控平台子站数据采集传输服务器。集中监控平台子站数据采集传输服务器通过以太网连接在站控层交换机与集中监控平台之间，集中监控平台子站数据采集传输服务器能够获取并存储来自站控层交换机的光伏子阵的逆变器运行数据和来自远动机的数据，最终集中监控平台能够直接从集中监控平台子站数据采集传输服务器中获取到光伏组件的运行数据和各种设备的监控数据。
35.需要说明的是，集中监控平台建立vpn公网，采用加密技术为平台内部提供一个快捷访问内部网络的隧道。还设置了防火墙设备以杜绝外部的非法入侵，提高了数据的安全性。
36.根据本实用新型的一些具体实施例，光伏区子阵只包括了分布式光伏电站数据采集装置、逆变器和箱变测控装置等监控设备，就可以实现将逆变器的运行数据和监控设备的数据传输到以太网中，从而形成分布式光伏电站数据传输系统。逆变器通过plc的通讯方式实现数据传输，箱变测控装置直接通过以太网的方式将数据传输到装置中，代替了原来逆变器和箱变测控装置采用rs485串口设备的连接方式，节省了rs485通信线和线缆敷设的工程量且通信稳定，抗干扰能力强，有利于减少后期维护的工作量。分布式光伏电站数据采
集装置还兼备有数据融合和快速自愈环网功能，能够兼做通信管理机和环网交换机，因此减少了通信设备的使用和数据转发的环节，提高数据传输的稳定性和布设成本。
37.以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本实用新型权利要求所限定的范围内。