智能光伏汇流箱的设计.pdf

第36卷第3期
山东治金
2014年6月
Shandong Metallurgy
June 2014
经验交流
yryォヶォのや
智能光伏汇流箱的设计
王晓东',杨文琪2,刘伸
(1山东省冶金科学研究院,山东济南250014;2威海中玻光电有限公司,山东威海264205
摘要:通过设计远程监测控制软件,通过RS485通讯方式,使得智能光伏汇流箱能够通过监控软件实现远程控制,从而实
现较全面的监测保护功能,实现了整个光伏电站的智能化、数字化。
关键词:光伏汇流箱;监控软件;远程控制
中图分类号:TM615
文献标识码:B
文章编号:1004-4620(2014)03-0072-02
光伏阵列
1前
断潜时?路些电道
太阳能是一种低密度的平面能源,需要数量巨
大的太阳能电池板阵列进行串并联组合来达到所
RS485/RS232通信
FU13
FU13-2
需功率。光伏汇流箱是光伏发电的重要组成部
熔断器
智能检测单元
分,主要用于太阳能光伏组件与直流控制柜间的连
浪涌保护器
人机对话界面
接。为了减少光伏电池组件与逆变器之间的连接
直流断路器
图1智能光伏汇流箱基本组成
线,方便光伏电站的施工和维护工作,需要将光伏
铜排、直流断路器组成,主要功能是实现各回路光伏
阵列发出的电能通过分段连接、逐级汇流的方式进
阵列直流电能的汇集和保护。
行一次和二次汇流,这里便需使用光伏汇流箱。采
在智能光伏汇流箱中,直流熔断器应选用额定
用在光伏汇流箱内加装智能监测单元模块的方式,
工作电压为直流1000V的产品。它的主要功能是
能够很好地监测每一路光伏组件串联回路的工作电
在该路光伏阵列冋路中出现电流过大的情况时能够
流、电压等工作状态,并通过通讯模块与上位机通
及时断开回路,避免对其他光伏阵列回路造成损害。
讯,实现整个光伏电站的远程监控
直流断路器主要功能是根据噐要控制该光伏汇
为了进一步提高太阳能光伏电站的智能化、数
流箱输出的通断,要求工作电压达到直流1000V
字化水平,山东省治金科学研究院从提高光伏汇流
分断时间短,具备极好的短路限流能力。
箱的智能化程度入手,研发设计的智能光伏汇流箱
2.2汇流箱防雷功能
具有较全面的监测保护功能,设计光伏汇流箱与上
由于智能光伏汇流箱大部分是安装在户外,所
位机的通讯,能够通过监控软件实现光伏汇流箱的以必须考虑增加防
远程监控。
伏汇流箱的直流输出部分并联了1个光伏直流专用
2智能光伏汇流箱的设计
的浪涌保护器。在发生雷击情况时,浪涌保护器迅
速把过大的电能泄放掉,从而保证智能光伏汇流箱
光伏电池组件接收太阳光辐射能量,并将其转
化为直流电能,通过串联组合进人智能光伏汇流箱
内各元器件正常工作不受损坏。同时,需在浪涌保
护器的上端增加熔断器,其作用是防止因雷击而产
中,经过光伏熔断器的保护作用,并联接至汇流母
生的续流对浪涌保护器及其线路造成损坏;在维护
排,再经由直流断路器通断控制及保护作用,输出到
浪涌保护器时,直接断开熔断器即可对浪涌保护器
直流柜或光伏逆变器。智能光伏汇流箱的基本组成
进行操作;防止因浪涌保护器老化而造成线路故障。
如图1所示。智能光伏汇流箱主要由高防护売体、
直流熔断器、汇流铜排、直流断路器、浪涌保护器、智
2.3智能监测单元
能检测单元等部件组成。
由于光伏电池组件造价高,光伏阵列的占地面
积大,光伏组件布置相对分散,对光伏组件的监测及
2.1汇流箱一次线路
智能光伏汇流箱一次线路由直流熔断器、汇流
控制显得尤为重要。对此,根据现场需求的实际情
况,研发设计出安全可靠性相对较高,系统运行较为
收稿日期:2013-09-1
作者简介:王哓东,男,198年生,2003年毕业于山东大学控制科
稳定的就地监测控制单元。并设计通过RS485接
学与工程专业。现为山东省治金科学研究院研创中心助理工程口,遵循 Modbus通讯协议,实现上位机与就地监浏
师,从事光伏逆变器设计、太阳能光伏发电系统设计工作。
控制单元的通讯,使用上位机人机对话界面实现远
王晓东等
智能光伏汇流箱的设计
14年第3期
程监测控制
2.3.4通讯功能的实现
2.3.1就地监测控制单元组成
智能监测控制单元与上位机之间的通讯采用
就地监测控制单元主要由开关电源、霍尔传感RS485的通讯方式。RS485采用差模信号传输方
器、开关量采集模块、RS485通讯接口、就地显示模式,与地电平无关,因而其抗干扰的能力强,即便在
块、就地键盘控制等元器件组成,组成框图见图2。信号电压较小的情况下也可获得稳定的传输。
开关电源显示模块
霍尔传感器
1)读写寄存器内容。使用 Modbus功能码03
AD采集一主u-健盘
(03H)、04(04H)可访问地址表中的所有内容,使用
功能码06(06H)可写单个寄存器数据,使用功能码
尔传感器
RSA485通讯接口开关量采集模块
16(10H)可写连续寄存器数据,表格中的数据地址
图2就地监测显示控制单元组成
为十进制格式,1个地址代表1个Word数据。
2.3.2就地监测控制单元功能
)开关量输入的读取。用 Modbus的功能码02
1)电流监测功能。该智能光伏汇流箱内电流的(02H)访问相应地址表中的内容,其中1=ON,0
采样,是选用霍尔传感器实现对光伏电流的隔离测OFF。
量。霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传
3)开关量输出状态的读取。用 Modbus的功能
感器。霍尔效应是指当有一半导体薄片,假设以
码O1(01H)访问相应地址表中的内容,其中1=0N
维空间的视角来看,在其Y轴方向施加一个一定强0=OFF。
度的磁场,在X轴方向通以电流,则在此半导体薄片
4)波特率设置。通过拨码开关上拨码6和7位
的Z轴方向会产生电动势,该电动势就是霍尔电置来设置通讯的波特率,设置方法见表1。
势。设计霍尔传感器输入,信号类型为:0~50mA,
表1波特率设置
输入回路数:18路(16路排线输人,信号电流0~50
波特率拨码6拨码7
mA;2路接线端子输入,信号电流0~50mA),共负
4800
端;预留16路模拟量接插件输入接口(排线输入,信
号电流0~50mA);通过拨码开关控制实际输人回
19200
路数。
5)通讯调试。通电前检查电源是否连接正确
2)开关量监测功能。就地监测控制单元设计有通电后,观察电源灯是否点亮,若不亮则表明电源未
3路开关量输人无源接点,用于采集直流断路器、防加上:观察运行灯是否闪烁,若不闪烁,表明模块没
雷器等输出空接点的状态,并将工作状态通过有正常运行;只有当通讯指示灯闪烁时,才表明通讯
RS485通讯传至上位机进行远程监测。
建立起来。设置上位机查询时间间隔,由于总线是
3)温度及湿度监测控制功能。设计热电阻输入
半双工方式,上位机应设定适