CN203224757U - 一种模块化光伏逆变器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种模块化光伏逆变器，包括多个功率模块和与多个功率模块连接的监控***，监控***包括：存储模块；显示模块；通信模块，用于从多个功率模块中获取信息；信息处理模块，分别与存储模块、显示模块和通信模块相连，对通信模块获取的信息进行处理，将处理后的信息存储于所述存储模块内，并将处理后的信息发送到显示模块进行显示；电源模块，用于给所述监控***供应电力。本申请提供的模块化光伏逆变器，其内部设置的监控***通过CAN通信和RS485通信两种通信方式，能将所有功率模块的相关信息全部采集到，作为后续数据处理的基础。数据处理后可实时查看、了解整个***及功率模块的各类详细信息。

Description

一种模块化光伏逆变器

技术领域

本申请涉及太阳能发电领域，尤其涉及一种模块化光伏逆变器。 

背景技术

随着太阳能光伏并网发电技术的发展，越来越多的大中型的光伏发电站投入建设使用。太阳光通过高晶硅光伏电池板转化为直流电，通过光伏并网逆变器并入电网。因为光伏并网逆变器工作负荷高、运行时间长，可能会发生供电异常现象。若无法及时有效地获知异常情况，将会造成逆变器装置的损耗甚至发生损坏的现象。监控***是整个光伏并网逆变器的控制中心，负责监控***内所有状态，实时监测着***运行的稳定性。传统的逆变器都是塔式机（只有一个功率模块），监控相对来说比较简单，只需同一个模块进行信息交互，而且在光伏逆变器本身上并无监控面板显示，都是通过引出接口（如RS485）给PC机，通过开发后台程序在PC上直接监控逆变器的运行状态信息。 

对于模块化光伏逆变器，由于有多个功率模块，因此监控方式相对复杂，目前还没有一个有效、可靠的监控***。 

发明内容

本申请要解决的主要技术问题是，提供一种模块化光伏逆变器，该模块化光伏逆变器可通过内部的监控***实时查看各个功率模块的各种数据，具有接口丰富、界面友好、使用简易、便于维护并且稳定可靠的特点。 

本申请提供一种模块化光伏逆变器，包括多个功率模块和与多个功率模块连接的监控***，监控***包括：存储模块；显示模块；通信模块，用于从多个功率模块中获取信息；信息处理模块，分别与存储模块、显示模块和通信模块相连，对通信模块获取的信息进行处理，将处理后的信息存储于所述存储模块内，并将处理后的信息发送到显示模块进行显示；电源模块，用于给所述监控***供应电力。 

进一步，通信模块包括具有CAN接口的CAN通信模块和具有RS485接口的RS485通信模块，信息处理模块通过CAN接口和RS485接口分别从多个功率模块中获取信息。 

进一步，监控***在通信模块从多个功率模块中获取信息时包括，向多个功率模块发送带有功率模块地址编号的请求数据命令；接收正确功率模块返回 来的信息，所述正确功率模块是指该功率模块的地址编号与请求数据发送模块发送的请求数据命令中带有功率模块地址编号一致的那个功率模块。 

进一步，信息处理模块对存储模块内存储的信息进行处理包括，读取存储模块中的信息；按照协议对读取到的信息进行解析；对解析后的信息进行计算。 

进一步，监控***通过通信模块从多个功率模块中获取信息包括，监控***采用不断轮询的方式从多个功率模块中获取信息。 

进一步，监控***从多个功率模块中获取的信息包括各个功率模块的模拟量和状态量，所述模拟量包括电压、电流、功率、发电量、发电时间等信息，所述状态量包括运行状态、告警信息、开关量等。 

进一步，存储模块为掉电可保存存储器。 

进一步，监控***还包括与信息处理模块连接的报警模块，所述报警模块用于报警提醒。 

进一步，监控***还包括与信息处理模块连接的具有RS485接口的RS485模块和具有RJ45网络接口的RJ45网络模块，RS485模块用于多台模块化逆变器的集群式网络监控，RJ45网络模块用于远程后台监控。 

进一步，监控***与多个功率模块采用菊花链式结构连接。 

本申请的有益效果是：本申请提供的模块化光伏逆变器，其内部的监控***通过CAN通信和RS485通信这两种通信方式，能很好将所有功率模块的相关信息全部采集到，作为后续数据处理的基础。数据处理后可实时查看、了解整个***及功率模块的各类详细信息。 

另外监控***具有RS485接口的RS485模块和具有RJ45网络接口的RJ45网络模块，适用于多台逆变器的集群式网络监控，便于电站的远程后台监控。 

附图说明

图1是本申请的一种模块化光伏逆变器结构框图； 

图2是本申请的监控***获取功率模块的运行状态和是否告警信息的流程图； 

图3是监控***获取第i功率模块的模拟量信息的流程图； 

图4是本申请的监控***功率模块的运行状态状态量与告警信息用位来表示的格式表格； 

图5是典型modbus数据帧格式表格； 

图6是本申请的监控***的通信modbus协议的请求数据帧格式改进表格； 

图7是本申请的监控***的通信modbus协议的设置数据帧格式改进表格。 

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。 

如图1所示，一种模块化光伏逆变器，包括多个功率模块和监控***，本实施例以模块化光伏逆变器有10个功率模块为例进行说明，将其编号后分别称为第一功率模块1、第二功率模块2，依次类推直至第十模块10，其中有部分功率模块未画，每一个功率模块的功率为50kw。当然，在其他实施例中，功率模块的数量可视情况增加或减少，功率模块的功率可不同。监控***与这10个功率模块采取的是菊花链式（手拉手）结构连接，在其他实施例中，还可采取星型结构或分叉结构连接。 

监控***包括给监控***供应电力的电源模块11、通信模块12、存储模块13、信息处理模块14、显示模块15和报警模块16，监控***通过通信模块12从与监控***相连的光伏逆变器的多个功率模块（图1中第一功率模块1到第十功率模块10）中获取信息，并将该信息存储在存储模块13的缓冲区域中，信息处理模块14对缓冲区域内存储的信息进行处理，并将处理后的信息存储于存储模块13内，显示模块15将处理后的信息进行显示。若某个功率模块发生故障，则显示模块15会显示故障信息，报警模块16报警提醒。 

信息处理模块15包括：请求数据发送模块141、数据接收模块142、读取模块143、解析模块144和计算模块145。其中，请求数据发送模块141用于向多个功率模块发送带有功率模块地址编号的请求数据命令；数据接收模块142用于接收正确功率模块返回来的信息，正确功率模块是指该功率模块的地址编号与请求数据发送模块141发送的请求数据命令中带有功率模块地址编号一致的那个功率模块，例如在本实施例中，请求数据发送模块每次都发一个带地址编号的数据帧，这个地址编号可以循环累加（从1加到10，然后再返回1），这个数据帧会被所有功率模块收到，但是只有那个地址编号与实际地址一致的功率模块才返回数据；读取模块143用于读取存储模块13缓冲区域中的信息；解析模块144用于按照协议对读取模块143读取到的信息进行解析；以及用于对解析后的信息进行计算的计算模块145。本实施例中的通信模块12包括CAN通信模块121和RS485通信模块122。当然，其他实施例中，通信模块12可以是两个CAN通信模块121或者是两个RS485通信模块122，本实施例中的信息处理模块14采用ARM9的嵌入式处理器，当然可以采用其他处理器例如ARM7。另外，本申请的监控***还包括用于多台模块化逆变器的集群式网络监控的RS485模块17和用于远程后台监控的RJ45网络模块18。能够使用户开发相应的客户端 软件，对逆变器进行远程监控，实时掌握其运行信息。存储模块13为掉电可保存存储器，监控***可将从逆变器功率模块发送过来的各种信息以及历史记录数据保存在掉电可保存存储器中，即使掉电、重启，仍然可以读取相关数据，工作人员据此可以很方便地分析故障的具体原因。以达到节省维护成本、缩短问题解决时间、延长设备使用寿命的目的。当然存储模块13也可为其他存储器。信息处理模块14还包括用于设置功率模块运行参数的数据设置模块146，运行参数包括开机电压、关机电压、运行模式，电压校准系数等参数。 

信息处理模块14可以是一个集成芯片，上述请求数据发送模块141、数据接收模块142、读取模块143、解析模块144和计算模块145可通过执行计算机程序实现其功能。 

监控***需要采集的信息主要有各个功率模块的模拟量和状态量，模拟量一般包括电压、电流、功率、发电量、发电时间等信息，状态量包括运行状态、告警信息、开关量等。对于模块化逆变器来说，首先最重要的是实时了解当前每个功率模块的运行状态，是否告警，便于对当前整个机器有一个全面的了解，所以功率模块的运行状态是监控***最先需要得到的信息。CAN通信由于其速度快，自带硬件校验功能，用来传输状态量信息，这样可以快速、有效的得到所有功率模块的运行状态和是否告警信息。 

如图2所示，是监控***获取功率模块的运行状态和是否告警信息的流程图。包括以下步骤： 

步骤S100,监控***CAN通信模块开始初始化。 

步骤S101，发送同步帧给各个功率模块。 

请求数据发送模块141根据各个功率模块的地址发送同步帧信号，同步帧是一种总线通信信号处理方式，主要用于CAN多机通信，例如每次都发一个带地址编号的数据帧，这个地址编号可以循环累加（从1加到10，然后再返回1），这个数据帧会被所有功率模块收到，但是只有那个地址编号与实际地址一致的功率模块才返回数据，这样能有效避免总线冲突，由监控***来统一调度整个通信线路上的数据传输流程。 

步骤S102，以轮询的方式获取所有功率模块的运行状态。 

步骤S103，判断是否有告警信息。若有则执行步骤S104，获取功率模块的告警代码。执行步骤S105，解析告警信息并保存在存储模块中。之后再执行步骤S106，显示模块将告警信息显示出来并报警提醒。若无则执行步骤S107，显示模块显示功率模块的当前运行状态。 

由于Can通信每次发送一帧的数据一般为8个字节，为了每一帧数据中能 传送完所有的状态信息和告警量，制定相应的协议，将状态量与告警信息用位来表示，如图4所示。通过规定好各个功率模块与监控***的can发送接收邮箱ID，发送接收邮箱是can通信的一种机制，每个can芯片都会有32个邮箱，通过事先规定好接收和发送各用到哪个邮箱，邮箱ID就是该邮箱的标志号，以后监控***发给功率模块的信息就会直接发送到规定好的那个邮箱，同样功率模块发送个监控***的信息也会到指定的邮箱，从而实现监控***与模块之间的信息交流。 

除了功率模块的运行状态信息，剩下的就是功率模块的模拟量信息，监控***是多任务管理，在can通信的同时，可以并行的进行rs485通信，利用rs485信号与模块之间信息交互，读取各个功率模块的模拟量信息，保证各种数据的实时更新。如图3所示，是监控***获取第i功率模块的模拟量信息的流程图。包括以下步骤： 

步骤S200,监控***RS485通信模块开始初始化。 

步骤S201，获取当前功率模块的数量。 

当前功率模块的数量可以通过数据设置模块146灵活设置。 

步骤S202，获取第i个功率模块的模拟量信息。 

步骤S203，判断是否收到数据。是则执行步骤S204，解析数据并保存在存储模块中。否则继续执行步骤S202。 

重复上述步骤S202至步骤S204即可获得第i+1个功率模块的模拟量信息，直到获取所有的功率模块的模拟量信息。 

RS485通信的特点是一主多从式，需要规定一个主机来统一调度整个RS485网络的通信信号，否则会造成混乱的情况，数据不能正常的收发。这里规定监控***为主机，所有功率模块按照1-10的编号作为从机，由监控***统一调度。由于模拟量数据量较多，需要制定详细的通信协议。这里采用modbus协议作为基本协议，如图5所示,Modbus通讯协议是一种已广泛应用于当今工业控制领域的通用主从通讯协议。即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询），其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。因此本监控***的通信modbus协议总体上可以分为两种改进格式：请求数据和设置数据（如图6和图7所示）。监控***根据功率模块的地址，向不同的功率模块发送请求数据命令，在规定的时间内收到正确功率模块返回的数据，然后根据modbus协议解析，得到各个模块的相关模拟量信息，并计算出整个***的发电量、运行时间等数据。最终通过不断轮询的方式，将所有模块的模拟量数据采集上来，进行处理、更新、显示。 

本申请提供的模块化光伏逆变器及其监控***，通过CAN通信和RS485通信这两种通信方式，能很好将所有功率模块的相关信息全部采集到，作为后续数据处理的基础。数据处理后可实时查看、了解整个***及功率模块的各类详细信息。同时本监控***具有对外RS485模块和RJ45网络模块，适用于多台逆变器的集群式网络监控，便于电站的远程后台监控。 

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。 

Claims (5)

1.一种模块化光伏逆变器，包括多个功率模块，其特征在于，还包括与所述多个功率模块连接的监控***,所述监控***包括： 

存储模块； 

显示模块； 

通信模块，用于从多个功率模块中获取信息； 

信息处理模块，所述通信模块包括具有CAN接口的CAN通信模块和具有RS485接口的RS485通信模块，信息处理模块通过CAN接口和RS485接口分别从多个功率模块中获取信息 

电源模块，用于给所述监控***供应电力。 

2.如权利要求1所述的模块化光伏逆变器，其特征在于，所述存储模块为掉电可保存存储器。 

3.如权利要求1所述的模块化光伏逆变器，其特征在于，所述监控***还包括与信息处理模块连接的报警模块，所述报警模块用于报警提醒。 

4.如权利要求1所述的模块化光伏逆变器，其特征在于，所述监控***还包括与信息处理模块连接的具有RS485接口的RS485模块和具有RJ45网络接口的RJ45网络模块，所述RS485模块用于多台模块化逆变器的集群式网络监控，所述RJ45网络模块用于远程后台监控。 

5.如权利要求1所述的模块化光伏逆变器，其特征在于，所述监控***与多个功率模块采用菊花链式结构连接。 

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