本發(fā)明涉及利用物聯(lián)網(wǎng)傳感檢測(cè)技術(shù)對(duì)新能源電氣設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)的應(yīng)用，具體涉及一種農(nóng)戶居家屋頂光伏電站檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

地球上大部分地區(qū)終年都能接受到太陽(yáng)光照，與核電、火電相比，太陽(yáng)能具有取之不盡用之不竭的特點(diǎn)。最近十年，光伏發(fā)電技術(shù)的高速發(fā)展，為人們利用太陽(yáng)能發(fā)電提供了廣闊的舞臺(tái)。早先建設(shè)的光伏電站基本上是大中型集中式光伏電站為主，占地千畝以上裝機(jī)MW以上；這些大中型集中式光伏電站有人值班巡檢，有一整套運(yùn)行維護(hù)體系。然而，建設(shè)屋頂光伏電站是分布式發(fā)電的最有效途徑之一，而為農(nóng)村貧困家庭安裝屋頂光伏電站又是我國(guó)精準(zhǔn)扶貧政策的一項(xiàng)重要舉措。

如圖1所示是一個(gè)典型的農(nóng)戶屋頂光伏電站，農(nóng)戶屋頂或一層或二層，安裝高度或3米或7米。農(nóng)戶大多都是一戶一戶獨(dú)立單位，農(nóng)戶屋頂光伏電站各自配有完備的電氣設(shè)備，如它有16片光伏板、并網(wǎng)逆變器以及計(jì)費(fèi)電能表。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，每個(gè)電氣設(shè)備環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)異常乃至故障。而且，由于風(fēng)沙、塵土的覆蓋，還可能導(dǎo)致光伏板的發(fā)電效率降低。

目前，光伏電站日常的運(yùn)維工作包括：1）光伏組件的運(yùn)維；2)匯流箱的運(yùn)維；3)逆變器的運(yùn)維；4)變電設(shè)備的運(yùn)維；運(yùn)維方式主要為：眼看、手摸（直接摸或利用專用工具）、鼻子聞、耳朵聽等方法。在光伏板灰塵清理方面，在人工手動(dòng)清洗清掃的基礎(chǔ)上，已經(jīng)有光伏板灰塵自動(dòng)清掃機(jī)系統(tǒng)。

在電氣設(shè)備檢測(cè)方面，SMA公司設(shè)計(jì)的SUNNY PORTAL光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)界面，介紹了相關(guān)電站的光伏發(fā)電、消耗與自消耗，通過(guò)無(wú)線電遙控實(shí)現(xiàn)負(fù)載的自動(dòng)化智能控制，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化的特點(diǎn)。又如公開日為2013年11月06日，公開號(hào)為CN103384089A的中國(guó)專利中，公開了一種基于Zigbee光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集裝置及采集方法，通過(guò)Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)分布式光伏電站監(jiān)控，不但可解決大型以及類似于村莊分布式屋頂光伏電站的監(jiān)控問(wèn)題，且使用時(shí)無(wú)需拉埋跨路線纜，無(wú)數(shù)據(jù)流量費(fèi)，實(shí)現(xiàn)電站的低成本、智能化管理。但是，這類系統(tǒng)功能非常強(qiáng)大，安裝在光伏電站的終端設(shè)備費(fèi)用昂貴，操作使用復(fù)雜，對(duì)于期待每月領(lǐng)取400-500元收益的農(nóng)戶尤其是困難戶而言，這些大中型光伏電站技術(shù)是不能直接照搬使用的。目前農(nóng)戶屋頂光伏電站采納的是原始措施，如人工直接爬上樓頂或人工站在梯子上親手清掃清洗，這極其不安全。農(nóng)戶面對(duì)電氣設(shè)備所處狀態(tài)往往就是聽之任之。同時(shí)農(nóng)戶分散居住特點(diǎn)，導(dǎo)致專業(yè)人員巡檢難度加大。迫切需要面向農(nóng)戶屋頂光伏電站檢測(cè)維護(hù)的技術(shù)手段與措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種農(nóng)戶居家屋頂光伏電站檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。旨在解決一個(gè)個(gè)孤立分散的農(nóng)戶屋頂光伏電站可隨時(shí)用水清洗光伏板灰塵，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備異常的簡(jiǎn)單、方便、初等的技術(shù)手段。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：該農(nóng)戶居家屋頂光伏電站檢測(cè)系統(tǒng)包括光伏板檢測(cè)模塊、逆變器檢測(cè)模塊和電能表檢測(cè)模塊，其特點(diǎn)在于，還包括光伏板清洗模塊和采集控制模塊；

所述光伏板清洗模塊由管路、孔管、總出水開關(guān)和指示燈組成，當(dāng)光伏板有灰塵時(shí)，由光伏板清洗模塊完成對(duì)光伏板的清洗；

所述采集控制模塊為單片機(jī)或嵌入式控制器，所述采集控制模塊的模擬量輸入回路與所述逆變器檢測(cè)模塊及所述光伏板檢測(cè)模塊連接，所述采集控制模塊的開關(guān)量輸入回路與所述電能表檢測(cè)模塊的脈沖接口連接，所述采集控制模塊的開關(guān)量輸出回路與所述光伏板清洗模塊連接，所述采集控制模塊的通信回路向遠(yuǎn)方運(yùn)維中心上傳數(shù)據(jù)，尤其是所述采集控制模塊通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)指定工作流程實(shí)現(xiàn)農(nóng)戶居家屋頂光伏電站各電氣設(shè)備的檢測(cè)與評(píng)估。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所述光伏板清洗模塊總出水開關(guān)為手動(dòng)全開全關(guān)閥門。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所述光伏板清洗模塊的管路孔管為普通PVC管，通過(guò)常用接頭相連后將壓力水從活塞型容器引至屋頂光伏板高端處，其中孔管在光伏板高端沿東西向鋪設(shè)；所述光伏板清洗模塊的指示燈處于總出水開關(guān)附近，所述指示燈與所述采集控制模塊的開關(guān)量輸出回路連接。

一種農(nóng)戶居家屋頂光伏電站檢測(cè)方法，基于所述的農(nóng)戶居家屋頂光伏電站檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括光伏板設(shè)備檢測(cè)工作流程，逆變器設(shè)備檢測(cè)工作流程，電能表設(shè)備檢測(cè)工作流程，以及上送數(shù)據(jù)工作流程。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所述光伏板設(shè)備檢測(cè)工作流程如下：

（1）計(jì)算各光伏板電壓為U_i 分別對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)上到下、左到右光伏板；

（2）計(jì)算U_mean為所有光伏板的平均電壓；

（3）建立正常光伏板電壓變化曲線模型：日出不久就可以上升到峰值電壓；下午3-4點(diǎn)電壓會(huì)下降到峰值電壓以下；日落后電壓下降比較快，但是不會(huì)到降零；

（4）判斷 U_i-U_mean是否接近于0；如偏差超門檻值則置異常標(biāo)志；

（5）如果電壓U_i不符合電壓變化曲線模型，可判斷該光伏板工作異常。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所述逆變器設(shè)備檢測(cè)工作流程如下：

（1）計(jì)算U_add 為所有光伏板電壓值和；

（2）建立光伏板狀態(tài)良好條件下電壓與電流對(duì)照表；

總電壓大于280V時(shí)，輸出電流大于20A；

總電壓大于280V時(shí)，輸出電流大于15A；

總電壓大于220V時(shí)，輸出電流大于10A；

（3）當(dāng)電壓電流違背上述電壓與電流對(duì)照表時(shí)，即可判斷逆變器工作異常；

（4）尤其是當(dāng)電壓數(shù)值大于220V而逆變器交流側(cè)無(wú)電流輸出時(shí)，即可判斷逆變器發(fā)生故障。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所述電能表設(shè)備檢測(cè)工作流程如下：

（1）光伏板設(shè)備完好；

（2）逆變器設(shè)備完好；

（3）計(jì)算逆變器交流側(cè)功率，每秒采集一次并累加，每小時(shí)形成（千瓦小時(shí)）電量W1；

（4）計(jì)算計(jì)費(fèi)電能表輸出脈沖數(shù)（1度電在5A互感器時(shí)脈沖常數(shù)3200）積累后轉(zhuǎn)換為電量W2；

（5）比較兩個(gè)電量數(shù)值W1與W2做差，當(dāng)偏差超越門檻數(shù)值時(shí)，判定電能表異常。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所述上送數(shù)據(jù)工作流程如下：

（1）上傳報(bào)文內(nèi)容采用CDT循環(huán)遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約框架；

（2）報(bào)頭是 EB 90 EB 90 EB 90；

（3）Add碼占兩個(gè)字節(jié)，功能碼占一個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)碼占一個(gè)字節(jié)；

（4）數(shù)據(jù)體占六個(gè)字節(jié)，CRC校驗(yàn)占兩個(gè)字節(jié)；

（5）在沒(méi)有任何異常（沒(méi)有光伏板異常，沒(méi)有逆變器異常，沒(méi)有計(jì)費(fèi)電能表異常，也沒(méi)有壓力水清掃行為）的情況下，選擇功能碼01，數(shù)據(jù)體內(nèi)容為當(dāng)日發(fā)電總電量及各小時(shí)發(fā)電量；

（6）異常發(fā)生后，用不同功能碼表達(dá)：0A為光伏板異常，0B為逆變器異常，0C為計(jì)費(fèi)電能表異常，0D為壓力水清掃動(dòng)作；數(shù)據(jù)體為異常發(fā)生時(shí)異常數(shù)據(jù)，先每分鐘上傳一次數(shù)據(jù)，連續(xù)10分鐘；隨后每小時(shí)上傳一次數(shù)據(jù)，直到手動(dòng)關(guān)閉。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：本發(fā)明的目的在于提供一種農(nóng)戶居家屋頂光伏電站檢測(cè)系統(tǒng)，其光伏板清掃模塊是一個(gè)全人工手動(dòng)的過(guò)程，吻合農(nóng)戶尤其是困難戶身體特點(diǎn)與認(rèn)知能力；采集控制模塊可判斷電氣設(shè)備異常并告知縣城城鎮(zhèn)維護(hù)中心專業(yè)人員，可實(shí)現(xiàn)“一小時(shí)發(fā)現(xiàn)異常、三天內(nèi)解決問(wèn)題”的效果；從而保障農(nóng)戶困難戶的經(jīng)濟(jì)收益，為國(guó)家新能源政策及扶貧政策提供技術(shù)基礎(chǔ)。因此，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)農(nóng)村一戶一戶屋頂光伏電站的簡(jiǎn)單、高效、快捷、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行維護(hù)模式方面有應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中典型的農(nóng)戶屋頂光伏電站的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明農(nóng)戶居家屋頂光伏電站檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明對(duì)農(nóng)戶屋頂光伏電站各電氣設(shè)備環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)的示意圖。

圖4是本發(fā)明采集控制模塊首先完成初始化配置并進(jìn)入循環(huán)檢測(cè)流程示意圖。

圖5是本發(fā)明采集控制模塊在巡檢檢測(cè)流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例。

本發(fā)明提供了一種農(nóng)戶居家屋頂光伏電站檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。

如圖1所示，農(nóng)戶屋頂光伏電站日常運(yùn)維工作主要是光伏板灰塵清掃與電氣設(shè)備檢測(cè)，同時(shí)在縣城城鎮(zhèn)設(shè)置有專業(yè)人員的遠(yuǎn)程維護(hù)中心。農(nóng)戶屋頂光伏電站電氣設(shè)備主要包括光伏板本身、并網(wǎng)逆變器、電能表。

如圖2所示農(nóng)戶居家屋頂光伏電站檢測(cè)系統(tǒng)由如下部分組成：光伏板清洗模塊、光伏板檢測(cè)模塊、逆變器檢測(cè)模塊、電能表檢測(cè)模塊、采集控制模塊和遠(yuǎn)方運(yùn)維中心等組成。其中采集控制模塊是系統(tǒng)的樞紐，通過(guò)采集控制模塊模擬量輸入回路與逆變器檢測(cè)模塊及光伏板檢測(cè)模塊連接，通過(guò)采集控制模塊開關(guān)量輸入回路與電能表檢測(cè)模塊脈沖接口連接，通過(guò)采集控制模塊開關(guān)量輸出回路與光伏板清洗模塊連接，通過(guò)采集控制模塊通信回路向遠(yuǎn)方運(yùn)維中心上傳數(shù)據(jù)。而光伏板清洗模塊則專門針對(duì)農(nóng)戶屋頂光伏板灰塵給出技術(shù)方案。

普通PVC管與普通PVC管材接頭件配合，從壓力水出水接頭起經(jīng)出水開啟關(guān)閉總開關(guān)至農(nóng)戶屋頂光伏板區(qū)域，普通PVC管最后與帶孔的PVC管連接。

帶孔的PVC管的圓孔孔徑為3-5mm，圓孔孔間距為20mm左右，帶孔的PVC管兩端是密閉的，壓力水都是從圓孔射出。

農(nóng)戶或自行觀察風(fēng)沙對(duì)光伏板影響或觀察所述指示燈亮，可沿上述流程全手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏板灰塵清洗。

如圖3所示，對(duì)農(nóng)戶屋頂光伏電站各電氣設(shè)備環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)。

一塊光伏板開路電壓是55VDC，可通過(guò)DC\DC芯片（如TD1501H芯片）轉(zhuǎn)換，得到0-5VDC電壓。16片光伏板配置16個(gè)一一對(duì)應(yīng)的DC\DC芯片，連接到采集控制模塊模擬量輸入回路。由此，采集控制模塊得到了每一塊光伏板端電壓。

并網(wǎng)逆變器是將直流轉(zhuǎn)換為交流的功率設(shè)備，輸入為直流側(cè)，輸出為交流側(cè)；交流側(cè)與電網(wǎng)頻率與電壓保持同步。可以通過(guò)變送器（如HZ-PQ1）將交流電流、交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出，此變送器直流輸出與逆變器功率成正比例關(guān)系；此變送器直流輸出連接到采集控制模塊模擬量輸入回路。由此，采集控制模塊得到了逆變器交流側(cè)功率。

電能表可輸出脈沖（如一度電等于3200個(gè)脈沖），電能表脈沖輸出可直接連接到采集控制模塊開關(guān)量輸入回路。由此，采集控制模塊可對(duì)電能表輸出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。

通過(guò)上述技術(shù)措施，農(nóng)戶屋頂光伏電站光伏板電氣設(shè)備、并網(wǎng)逆變器電氣設(shè)備、電能表電氣設(shè)備都與采集控制模塊連接，采集控制模塊可得到光伏板端電壓、采集控制模塊可得到逆變器交流側(cè)電流及功率、采集控制模塊可得到電能表累加脈沖數(shù)。

所述采集控制模塊為單片機(jī)或嵌入式控制器。所述采集控制模塊包括了模擬量輸入回路、開關(guān)量輸入回路、開關(guān)量輸出回路、電源回路、串行通信回路及無(wú)線通信模塊。如圖4所示，所述采集控制模塊首先完成初始化配置并進(jìn)入循環(huán)檢測(cè)流程。

然而采集控制模塊對(duì)農(nóng)戶屋頂光伏電站電氣設(shè)備異常狀態(tài)的評(píng)判評(píng)估是按照三個(gè)檢測(cè)工作流程開展的，是所述采集控制模塊依照這三個(gè)檢測(cè)工作流程用軟件代碼實(shí)現(xiàn)的。

所述光伏板設(shè)備檢測(cè)工作流程如下：

（1）計(jì)算各光伏板電壓為U_i 分別對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)上到下、左到右光伏板；

（2）計(jì)算U_mean為所有光伏板的平均電壓；

（3）建立正常光伏板電壓變化曲線模型：日出不久就可以上升到峰值電壓；下午3-4點(diǎn)電壓會(huì)下降到峰值電壓以下；日落后電壓下降比較快，但是不會(huì)到降零；

（4）判斷 U_i-U_mean是否接近于0；如偏差超門檻值則置異常標(biāo)志；

（5）如果電壓U_i不符合電壓變化曲線模型，可判斷該光伏板工作異常。

所述逆變器設(shè)備檢測(cè)工作流程如下：

（1）計(jì)算U_add 為所有光伏板電壓值和。

（2）建立光伏板狀態(tài)良好條件下電壓與電流對(duì)照表；

總電壓大于280V時(shí)，輸出電流大于20A；

總電壓大于280V時(shí)，輸出電流大于15A；

總電壓大于220V時(shí)，輸出電流大于10A；

（3）當(dāng)電壓電流違背上述電壓與電流對(duì)照表時(shí)，即可判斷逆變器工作異常；

（4）尤其是當(dāng)電壓數(shù)值大于220V而逆變器交流側(cè)無(wú)電流輸出時(shí)，即可判斷逆變器發(fā)生故障。

所述電能表設(shè)備檢測(cè)工作流程如下：

（1）光伏板設(shè)備完好；

（2）逆變器設(shè)備完好；

（3）計(jì)算逆變器交流側(cè)功率，每秒采集一次并累加，每小時(shí)形成（千瓦小時(shí)）電量W1；

（4）計(jì)算計(jì)費(fèi)電能表輸出脈沖數(shù)（1度電在5A互感器時(shí)脈沖常數(shù)3200）積累后轉(zhuǎn)換為電量W2；

（5）比較兩個(gè)電量數(shù)值W1與W2做差，當(dāng)偏差超越門檻數(shù)值時(shí)，判定電能表異常。

所述上送數(shù)據(jù)工作流程如下：

（1）上傳報(bào)文內(nèi)容采用CDT循環(huán)遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約框架；

（2）報(bào)頭是 EB 90 EB 90 EB 90；

（3）Add碼占兩個(gè)字節(jié)，功能碼占一個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)碼占一個(gè)字節(jié)；

（4）數(shù)據(jù)體占六個(gè)字節(jié)，CRC校驗(yàn)占兩個(gè)字節(jié)；

（5）在沒(méi)有任何異常（沒(méi)有光伏板異常，沒(méi)有逆變器異常，沒(méi)有計(jì)費(fèi)電能表異常，也沒(méi)有壓力水清掃行為）的情況下，選擇功能碼01，數(shù)據(jù)體內(nèi)容為當(dāng)日發(fā)電總電量及各小時(shí)發(fā)電量；

（6）異常發(fā)生后，用不同功能碼表達(dá)：0A為光伏板異常，0B為逆變器異常，0C為計(jì)費(fèi)電能表異常，0D為壓力水清掃動(dòng)作；數(shù)據(jù)體為異常發(fā)生時(shí)異常數(shù)據(jù)，先每分鐘上傳一次數(shù)據(jù)，連續(xù)10分鐘；隨后每小時(shí)上傳一次數(shù)據(jù)，直到手動(dòng)關(guān)閉。

采集控制模塊在巡檢檢測(cè)流程運(yùn)行如圖5所示流程，將所述光伏板設(shè)備檢測(cè)工作流程、所述逆變器設(shè)備檢測(cè)工作流程、所述電能表設(shè)備檢測(cè)工作流程融于到采集控制模塊評(píng)估評(píng)判之中。

本發(fā)明應(yīng)用對(duì)象是農(nóng)戶屋頂光伏電站，是一戶一戶分散布局的，農(nóng)戶尤其是困難戶期待每月從光伏電站發(fā)電中收益400-500元。然而灰塵、電氣設(shè)備異常都會(huì)導(dǎo)致農(nóng)戶困難戶的受益下降乃至沒(méi)有受益。本發(fā)明提供了一種農(nóng)戶居家屋頂光伏電站檢測(cè)系統(tǒng)，其采集控制模塊可判斷電氣設(shè)備異常并及時(shí)上傳遠(yuǎn)方維護(hù)中心，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題快速解決問(wèn)題。因此，本發(fā)明在農(nóng)村一戶一戶屋頂光伏電站領(lǐng)域提出了一個(gè)簡(jiǎn)單、高效、快捷、經(jīng)濟(jì)的、有實(shí)用價(jià)值的維護(hù)模式。

此外，需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同，本說(shuō)明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例說(shuō)明。凡依據(jù)本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或者簡(jiǎn)單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。