專利名稱:用于光伏電站的智能監控裝置制造方法
【專利摘要】一種用于光伏電站的智能監控裝置，包括主CPU模塊和箱變監控CPU模塊，主CPU模塊擴展出了多個串口、以太網口及光纖以太網口，用于對光伏電站的光伏發電單元的其它設備進行通訊，并通過光纖以太網接口在多個裝置之間直接構成光纖自愈環網與后臺監控系統通訊。與箱變監控CPU模塊相連的有電流電壓輸入模塊、傳感器輸入模塊、開關量輸入模塊、繼電器輸出模塊，實現對每個光伏發電單元的箱式變電站進行監控和保護。兩個CPU模塊之間采用雙端口存儲器交換數據。由于本裝置集多種功能為一體，從而用單一的設備替代了目前光伏電站每個發電單元監控所需的箱變測控裝置、通訊管理機及光纖網絡設備等多個設備，降低了光伏電站的造價，減少了通訊環節，提高了通訊可靠性，適合大面積推廣。
【專利說明】用于光伏電站的智能監控裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電力監控裝置，尤其涉及一種集系統集成、箱式變電站監控、光纖組網通訊為一體的電力監控裝置，用于在光伏電站中為每個光伏發電單元提供智能監控終端。

【背景技術】
[0002]現有的光伏電站中，一般將太陽能電池板陳列劃分為若干單元，每個單元均有匯流箱、逆變器和箱式變電站對電池板進行匯流、逆變和升壓，為了能對每個單元的匯流箱、逆變器、及箱式變電站等電氣設備進行遠方集中監控，所采用的設備均為智能式設備，具有通訊功能，在每個單元的逆變器室設有一臺通訊管理機負責對本單元的設備進行通訊集成，最后通過網絡設備和通訊網傳輸至監控中心。現有的監控模式中，不僅需要的設備多，而且還需要專門的光纖網絡設備進行組網，即增加了投資成本又增加了工程的施工調試工作量。
[0003]另外，用于升壓的箱式變電站中的設備較為復雜，為了能夠實現對箱式變電站的監控，在箱式變電站中均安裝有專門用于箱式變電站的智能監控裝置，采集箱變中的電流、電壓、溫度、開關位置等信號，并可對箱變進行保護和遠方控制。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種集多種功能為一體的監控保護裝置，即具有對箱式變電站的監控功能，又具有通訊管理機的功能，可以對其它的具有通訊功能的智能設備進行通訊集成，同時還具有組網功能，不需要借助其它的網絡設備，多個裝置之間就可以直接組成光纖自愈環網與監控中心進行通訊。
[0005]為實現上述功能，本實用新型采用了雙CPU技術，由一個主CPU通過總線擴展出12路串口及3路以太網口和兩路光纖以太網口，用以實現與其它智能設備的通訊及通訊協議的轉換和裝置之間的組網與監控中心通訊。另一個CPU(箱變監控CPU)負責對箱式變電站進行的各種模擬量、開關量進行采樣、計算及提供控制和保護功能，對箱式變電站采用單獨的CPU進行監控而不采用主CPU的主要原因是為滿足對箱式變電站的監控及保護實時性要求。兩個CPU之間通過一塊雙端口存儲器(雙端口 RAM)進行數據交換。
[0006]本實用新型還包括了 12路電流、電壓采集模塊，22路開關量采集模塊，3路傳感器采集模塊，6路繼電器輸出模塊，與箱變監控CPU相連，用于對箱式變電站的監控。
[0007]本實用新型還包括了顯示模塊，與主CPU模塊連接，用于顯示CPU模塊處理結果。存儲模塊，與CPU模塊連接，包括鐵電存儲器(FRAM)，時鐘電路和外部開門狗電路。FRAM用于保存定值，記錄事件信息。外部看門狗提供了可靠的程序運行，防止程序跑飛。
[0008]本實用新型技術方案實現的有益效果:
[0009]降低光伏電站的設備成本，采用本實用新型技術方案由于減少了設備，平均每個光伏發電單元比現有方案節約設備資金5000-10000元。以100MW的光伏發電項目為例，一般劃分為約200個左右的光伏發電單元，約節約資金100-200萬元。
[0010]減少施工光伏電站的施工及調試工作量，本實用新型技術方案減少了設備種類，因而相應地減少了施工工作量和調試的工作量。

【附圖說明】

[0011]圖1為本實用新型用于光伏電站的智能監控裝置一實施例的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖詳細描述本實用新型的技術方案。本實用新型實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍中。
[0013]圖1為本實用新型具體實施例的結構示意圖，如圖1所示的光伏電站監控裝置，包括主CPU模塊1、顯示模塊2、鍵盤輸入模塊3、主CPU總線4、多串口擴展模塊5、以太網接口模塊6、光纖以太網接口模塊7、雙端口存儲器8、箱變監控CPU模塊9，電流電壓輸入模塊10、傳感器輸入模塊11、開關量輸入模塊12、繼電器輸出模塊13。其中顯不模塊2和鍵盤輸入模塊3通過主CPU模塊I的I/O接口直接與主CPU模塊I相連，作為裝置的人機界面，用于顯示裝置的運行狀態及對裝置進行各種設置等。多串口擴展模塊5、以太網接口模塊6、光纖以太網接口模塊7通過主CPU總線4與主CPU模塊I相連。箱變監控CPU模塊9通過與主CPU模塊I之間的數據交換是通過一個雙端口存儲器8相連，各自通過總線對雙端口存儲器進行讀、寫操作。電流電壓輸入模塊10、傳感器輸入模塊11、開關量輸入模塊12、繼電器輸出模塊13分別與箱變監控CPU模塊9相連，用于對箱式變電站進行監控和保護。
[0014]本實施例中，主CPU模塊I采用Freescale公司1.MX6系列處理器內核處理器，主頻可達1.2GHz，存儲器采用2GB SDRAM, 4GB iNAND Flash。軟件采用嵌入式Linux操作系統和C語言編程。通過編程實現與箱變監控CPU模塊的數據交換及與其它設備的通訊和協議轉換，再通過光纖以太網接口組成的光纖環網與后臺監控系統通訊。為了實現光纖自愈環網，軟件還要對兩對光纖以太網接口所收到的數據包進行路由處理。
[0015]顯示模塊2，與主CPU模塊I連接，用主模塊的I/O接口驅動，用于顯示裝置信息。本實施例中，顯示模塊2采用6個發光二極管，及320X240的點陣液晶，使用戶在操作上更加方便和簡單。
[0016]按鍵輸入模塊3，利用主CPU模塊I中的8路1/0，構成4X4點陣鍵盤輸入，滿足裝置的操作需求。
[0017]主CPU總線4，包括了從主CPU模塊I引出的數據線、地址線及控制線，本實用新型具體實施例機箱結構采用背板式結構，主CPU總線4設計在背板之上，其它模塊均以插件形式與背板相連，這種結構方便維護和擴展。
[0018]多串口擴展模塊5，選用3塊TG16C554串口擴展芯片，每個芯片可通過總線擴展出4路串口，總共可以擴展至12路串口。
[0019]以太網接口模塊6，選用3塊DM9000AB以太網控制器，該控制器集成了物理層及MAC層協議，可以直接通過總線與主CPU模塊I相連。
[0020]光纖以太網接口模塊7，采用兩塊AFBR-5103Z單模光電轉換口，再分別與兩塊DM9000AB以太網控制器相連，以太網控制器通過總線連接到主CPU模塊I。
[0021 ] 雙端口存儲器8，采用美國TI生產的IDT7132雙端口 RAM，具有2KX8BIT存儲容量，完全可以滿足主CPU模塊I與箱變監控CPU模塊9之間的數據交換要求。
[0022]箱變監控CPU模塊9，CPU采用數字信號處理芯片(DSP)，整個模塊自成系統，通過軟件實現對電流電壓輸入模塊10和傳感器輸入模塊11所輸入的模擬量進行AD轉換，并結合開關量輸入模塊12所輸入的信號進行綜合處理、運算，得到各種電氣量及各種保護邏輯判斷，并通過繼電器輸出模塊13控制外部設備和對外部設備進行保護。
[0023]電流電壓采集模塊10，包括了 6路電流互感器和6路電壓互感器，可以分別對兩條三相電力線路進行采樣，并進行低通濾波及運放電路放大和信號轉換，成為符合DSP的AD要求的信號。
[0024]傳感器輸入模塊11，選用3路線性光耦對采樣源進行隔離采樣，經運放回路變換將傳感器的4-20mA的電流轉換為符合DSP的AD要求的信號送入箱變監控CPU模塊9。
[0025]開關量輸入模塊12，選用3片74LS245作為驅動芯片，通過箱變監控CPU模塊9的DSP總線進行I/O擴展，最多可擴展至24路開關量輸入，各個開關量采用光電隔離電路輸入，可以減少電磁干擾及對內部電路形成保護。
[0026]繼電器輸出模塊13，通過箱變監控CPU模塊9的DSP的6路I/O接口控制6路繼電器。本實施例中，采用繼電器(松下NAIS系列繼電器)輸出，繼電器采用光電隔離電路控制，通過控制繼電器的動作可以對電路進行分閘、合閘以或發出報警信號。
[0027]箱變監控部分的箱變監控CPU模塊9，電流電壓輸入模塊10、傳感器輸入模塊11、開關量輸入模塊12、繼電器輸出模塊13基本原理和實現與我公司的專利產品微機保護測控裝置JWB200(專利號ZL201120018632.2)基本相同，本實用新型實施例完全可以采用該產品的主要電路及程序來實現。
【權利要求】
1.一種用于光伏電站的智能監控裝置，其特征在于包括: 具有兩個獨立運行的CPU模塊，一個主CPU用于實現通訊功能，并可組網與后臺監控系統通訊；一個箱變監控CPU模塊用于對光伏電站的箱式變電站進行實時監控和保護。2.根據權利要求1所述的用于光伏電站的智能監控裝置，其特征還包括兩個CPU模塊之間的數據交換采用雙端口存儲器實現。3.根據權利要求1所述的用于光伏電站的智能監控裝置，其特征還包括主CPU模塊連接的有顯示模塊和按鍵輸入模塊以及通過主CPU模塊總線擴展的多串口模塊、以太網接口模塊和光纖以太網接口模塊。4.根據權利要求1所述的用于光伏電站的智能監控裝置，其特征還包括與箱變監控(PU模塊相連的有電流電壓輸入模塊、傳感器輸入模塊、開關量輸入模塊、繼電器輸出模塊。5.根據權利要求3所述的用于光伏電站的智能監控裝置，其特征所述的光纖以太網接口模塊還具有路由功能，用于光伏電站的智能監控裝置相互之間可以直接組成光纖自愈環網同后臺監控系統通訊。
【文檔編號】G05B19-418GK204287910SQ201420400064
【發明者】任安俊, 馮輝, 文勇 [申請人]上海金導電力科技有限公司