CN211481003U - 一种光伏电站电气设备一体化在线监测*** - Google Patents

一种光伏电站电气设备一体化在线监测*** Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，属于光伏电站电气设备在线监测技术领域。***基于“信号集中传输，设备分层配置”的原则进行三层级的开放型结构设计，包含站控层、中继层及设备层；设备层监测单元对各光伏电气设备采集，并传输至中继层的主IED中，主IED将信号传输至站控层的在线监测综合处理单元；站控层在线监测综合处理单元一方面将信号转发至状态监测主站（服务器），另一方面将监测单元的预警信号传输至智能巡检机器人和组件清扫机器人，实现智能巡检机器人的二次报警确认巡检和组件清扫机器人的定点清洁工作；***设备层除常规直流主工作电源外，引入光伏辅助工作电源，在实现节能降耗的同时也可以达到提升设备供电可靠性的目的。

Description

一种光伏电站电气设备一体化在线监测***
技术领域
本实用新型涉及一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，属于光伏电站电气设备在线监测技术领域。
背景技术
对光伏电站的电气设备进行智能化在线监测，实现对故障点、隐患点及缺陷点的实时定位和准确判别具有以下优点：（1）实现有针对性、有计划的现场核验和消缺，大幅降低运维人员以往“无差别”的核验工作量，提高运检效率；（2）多级部署，分级管控，实现电站运维考核精确量化；（3）对光伏电站的发电量进行预测，为电力部门调度决策提供基础数据；（4）依据所积累的故障数据库制定最优的运检规程，减少人员培训成本。总之，光伏电站电气设备一体化在线监测***的应用可最大限度减少设备故障导致的发电量隐性损失，使得电站设备在25年全寿命周期内始终处于最佳发电状态，实现收益最大化。
目前，针对光伏电站各电气设备的在线监测方式，国内已有诸多专利报道：专利《一种组件在线故障分级诊断***及方法》（专利公开号：CN 107276531 A）以单片组件为检测个体，依据单组件故障的特异性对光伏组件进行分级诊断，在满足故障诊断完整性要求的同时，也可降低故障诊断模型的复杂程度；专利《一种光伏逆变器的监控***及其方法》（专利公开号：CN 108540092 A）提出了一种包括光伏逆变器、总控制器和GPRS通信器的监控***，该***由光伏逆变器获得目标阵列的状态信息，并对GPRS通信器初始化，由此确定控制指令流的方向，由此避免阵列失配，保证了光伏发电的同步性；专利《一种汇流箱的故障检测方法和***》（专利公开号：CN 107764527 A）提出了一种多故障检测器的汇流箱故障检测和定位方法，该方法通过对温度、湿度及灰尘等监测量设定阈值，该阈值通过预设的故障检测器进行判定，在汇流箱的故障检测和定位应用中取得了良好的效果；专利《光伏发电箱变测控装置》（专利公开号：CN 206019853 U）提出集背板总线、人机交互面板、电源板插件、开入板插件、中央处理器板插件及交流采集板插件为一体的装置设计方案，可实时监测光伏发电箱变内多个待测点的温度，省时省力，可靠性较高，使运维人员能够快速发现发热部位及处理发热问题，确保了运维人员的人身安全；专利《一种对高压电缆进行故障预警的方法》（专利公开号： CN 108845227 A）将邻域保持嵌入法与主成分分析法相结合，获得电缆故障数据的结构特征用于故障预警，该方法具有良好的抗干扰性能，能够将不同故障明显区分开，有利于高压电缆故障的准确预测。以上专利所述***均基于光伏电站子设备层面进行设计，当前，国内尚未见针对光伏电站电气设备一体化在线监测***的专利报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本实用新型提供一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，基于三层级的开放型***结构实现全站各层级设备同步在线监测和智能巡检运维一体化，在保证便于后期光伏电站扩容和在线监测***升级前提下，全面提升了光伏电站的智能化水平，为其全寿命周期安全、经济及稳定运行奠定基础。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，其特征在于：光伏电站电气设备一体化在线监测***为三层级开放型***结构，包括站控层、中继层和设备层，设备层监测单元对电气设备各类状态量进行采集，并将所采集的信号转化为数字信号传输至中继层的主IED中，中继层为各电气设备的主IED，主IED接收设备层数据并转换为满足通讯规约要求的数字信号，该信号经以太网传输至站控层的在线监测综合处理单元；在线监测综合处理单元为各类信号的枢纽，一方面将信号转发至状态监测主站供信息显示和状态智能分析处理用，另一方面将监测单元的预警信号传输至智能巡检机器人和组件清扫机器人，实现智能巡检机器人的二次报警确认巡检和组件清扫机器人的定点清洁工作。
进一步的，所述中继层为各设备的智能电子装置，包括组件主IED、逆变器主IED、汇流箱主IED、箱变主IED及集电线路主IED；所述的在线监测综合处理单元有6个以太网口和2个WIFI通信模块，以太网口分别与所述的状态监测主站、组件主IED、逆变器主IED、汇流箱主IED、箱变主IED和集电线路主IED相连，WIFI通信模块分别与智能巡检机器人和组件清扫机器人相连，构成光伏电站电气设备在线监测***的数据采集与控制通道。
进一步的，所述设备层为各子设备的状态监测单元和工作电源，状态监测单元包括VI特性监测单元、积灰监测单元、PID监测单元、直流绝缘监测单元、发电信息监测单元、汇流箱状态监测单元、局放监测单元、温湿度监测单元、电缆接头温度监测单元、电缆接头环流监测单元和电缆接头局放监测单元；所述的VI特性监测单元和积灰监测单元连接组件主IED，所述的PID监测单元、直流绝缘监测单元和发电信息监测单元连接逆变器主IED，所述的汇流箱状态监测单元连接汇流箱主IED，所述的局放监测单元和温湿度监测单元连接箱变主IED，所述的电缆接头温度监测单元、电缆接头环流监测单元和电缆接头局放监测单元连接集电线路主IED，所述的工作电源为直流主工作电源和光伏辅助工作电源两部分，两电源接于同一直流母线，直流主工作电源作为各状态监测单元和主IED的主要供电电源，光伏辅助工作电源作为辅助供电电源，实现直流母线双电源供电。
进一步的，所述状态监测主站选用研华IPC-610H型工控机；所述在线监测综合处理单元选用武汉利捷的HSJ-III综合处理单元；所述智能巡检机器人为具备自主智能巡检、智能数据实时监测及准确隐患预警功能的航天华拓履带型智能巡检机器人；所述的组件清扫机器人为德瑞智能的QDX-D系列大型地面单机光伏电站清洁机器人。
进一步的，所述的状态监测主站集成在线监测大数据云，通过聚类算法划分最小、最优数据，并进行光伏电站健康状态ANN人工神经网络专家库的评估与决策，针对所述智能巡检机器人发出二次报警确认巡检指令。
进一步的，所述的状态监测主站内置大数据处理模块，实现边缘分析组串发电效率，并下发组件清洁预警、精确定位和清洁周期信息至组件清扫机器人，实现光伏电站的高效清洁。
进一步的，所述组件主IED型号为SPM-2/PIC型；所述逆变器主IED型号为SPM-2/NIC型；所述汇流箱主IED型号为SPM-2/HIC；所述箱变主IED型号为SPM-2/TIC；所述集电线路主IED型号为SPM-2/LIC。
进一步的，所述的VI特性监测单元型号为模块化87715D型；所述的积灰监测单元型号为DustIQ型；所述的PID监测单元型号为PV-6300HP型；所述的直流绝缘监测单元型号为TZPV-1000-UD型；所述的发电信息监测单元型号为NSF3100型；所述的汇流箱状态监测单元型号为BR805型；所述的局放监测单元型号为FG-BPD型；所述的温湿度监测单元型号为HC5212F型；所述的电缆接头温度监测单元型号为CESM-6010型；所述的电缆接头环流监测单元型号为KDZD300C型；所述的电缆接头局放监测单元型号为JC-OM400D型。
本实用新型的有益效果是：本实用新型***基于“信号集中传输，设备分层配置”的原则进行三层级的开放型结构设计，在使得全站在线监测主通讯网协议统一的前提下，亦可保证后期光伏电站扩容和在线监测***升级的便利性；本实用新型***站控层在线监测综合处理单元强制性协议约定和开放式端口满足了状态监测主站（服务器）、全站设备层各设备主IED和第三方智能机器人的无缝接入，全站一体化监测数据（含组件、逆变器、汇流箱、箱变及集电线路等其他设备监测数据）经大数据和ANN专家库的评估与决策后，可下发控制指令至智能巡检机器人和组件清扫机器人，实现故障的报警确认巡检和组件的定点清洁工作；本实用新型***设备层除常规直流主工作电源外，引入光伏辅助工作电源，在实现节能降耗的同时也可以达到提升设备供电可靠性的目的；本实用新型***对提高光伏电站发电量、巡检效率及智能化运维水平有着积极的推动作用。
附图说明
下面根据附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的结构原理框图。
具体实施方式
如图1所示的一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，其特征在于：光伏电站电气设备一体化在线监测***为三层级开放型***结构，包括站控层、中继层和设备层，设备层监测单元对电气设备各类状态量进行采集，并将所采集的信号转化为数字信号传输至中继层的主IED中，中继层为各电气设备的主IED，主IED接收设备层数据并转换为满足通讯规约要求的数字信号，该信号经以太网传输至站控层的在线监测综合处理单元；在线监测综合处理单元为各类信号的枢纽，一方面将信号转发至状态监测主站供信息显示和状态智能分析处理用，另一方面将监测单元的预警信号传输至智能巡检机器人和组件清扫机器人，实现智能巡检机器人的二次报警确认巡检和组件清扫机器人的定点清洁工作。
进一步的，所述中继层为各设备的智能电子装置，包括组件主IED、逆变器主IED、汇流箱主IED、箱变主IED及集电线路主IED；所述的在线监测综合处理单元有6个以太网口和2个WIFI通信模块，以太网口分别与所述的状态监测主站、组件主IED、逆变器主IED、汇流箱主IED、箱变主IED和集电线路主IED相连，WIFI通信模块分别与智能巡检机器人和组件清扫机器人相连，构成光伏电站电气设备在线监测***的数据采集与控制通道。
进一步的，所述设备层为各子设备的状态监测单元和工作电源，状态监测单元包括VI特性监测单元、积灰监测单元、PID监测单元、直流绝缘监测单元、发电信息监测单元、汇流箱状态监测单元、局放监测单元、温湿度监测单元、电缆接头温度监测单元、电缆接头环流监测单元和电缆接头局放监测单元；所述的VI特性监测单元和积灰监测单元连接组件主IED，所述的PID监测单元、直流绝缘监测单元和发电信息监测单元连接逆变器主IED，所述的汇流箱状态监测单元连接汇流箱主IED，所述的局放监测单元和温湿度监测单元连接箱变主IED，所述的电缆接头温度监测单元、电缆接头环流监测单元和电缆接头局放监测单元连接集电线路主IED，所述的工作电源为直流主工作电源和光伏辅助工作电源两部分，两电源接于同一直流母线，直流主工作电源作为各状态监测单元和主IED的主要供电电源，光伏辅助工作电源作为辅助供电电源，实现直流母线双电源供电。
进一步的，所述状态监测主站选用研华IPC-610H型工控机；所述在线监测综合处理单元选用武汉利捷的HSJ-III综合处理单元；所述智能巡检机器人为具备自主智能巡检、智能数据实时监测及准确隐患预警功能的航天华拓履带型智能巡检机器人；所述的组件清扫机器人为德瑞智能的QDX-D系列大型地面单机光伏电站清洁机器人。
进一步的，所述的状态监测主站集成在线监测大数据云，通过聚类算法划分最小、最优数据，并进行光伏电站健康状态ANN人工神经网络专家库的评估与决策，针对所述智能巡检机器人发出二次报警确认巡检指令。
进一步的，所述的状态监测主站内置大数据处理模块，实现边缘分析组串发电效率，并下发组件清洁预警、精确定位和清洁周期信息至组件清扫机器人，实现光伏电站的高效清洁。
进一步的，所述组件主IED型号为SPM-2/PIC型；所述逆变器主IED型号为SPM-2/NIC型；所述汇流箱主IED型号为SPM-2/HIC；所述箱变主IED型号为SPM-2/TIC；所述集电线路主IED型号为SPM-2/LIC。
进一步的，所述的VI特性监测单元型号为模块化87715D型；所述的积灰监测单元型号为DustIQ型；所述的PID监测单元型号为PV-6300HP型；所述的直流绝缘监测单元型号为TZPV-1000-UD型；所述的发电信息监测单元型号为NSF3100型；所述的汇流箱状态监测单元型号为BR805型；所述的局放监测单元型号为FG-BPD型；所述的温湿度监测单元型号为HC5212F型；所述的电缆接头温度监测单元型号为CESM-6010型；所述的电缆接头环流监测单元型号为KDZD300C型；所述的电缆接头局放监测单元型号为JC-OM400D型。
本实施例的一个具体应用为：当某单元光伏阵列局部过热且面板积灰超过设定阈值时，由模块化87715D型VI特性监测单元和DustIQ型积灰监测单元将监测信号转换并送至SPM-2/PIC型组件主IED。组件主IED再进一步将接收到的监测信号进行二次处理并经以太网（IEC 61850通讯规约）传输至HSJ-III型综合处理单元中，综合处理单元一方面将监测信号转发至状态监测主站供信息显示和状态智能分析处理用，另一方面将接收到的控制指令经无线WIFI传输至智能巡检机器人和组件清扫机器人。最终，智能巡检机器人按指令要求抵达所述光伏阵列进行二次报警确认巡检，积灰阵列的所属组件清扫机器人完成对组件进行定点清洁工作。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实例，并非来限制本实用新型实施范围,故凡依本实用新型申请专利范围所述的结构、特征及原理所作的任何简单修改、变更及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，其特征在于：光伏电站电气设备一体化在线监测***为三层级开放型***结构，包括站控层、中继层和设备层，设备层监测单元对电气设备各类状态量进行采集，并将所采集的信号转化为数字信号传输至中继层的主IED中，中继层为各电气设备的主IED，主IED接收设备层数据并转换为满足通讯规约要求的数字信号，该信号经以太网传输至站控层的在线监测综合处理单元；在线监测综合处理单元为各类信号的枢纽，一方面将信号转发至状态监测主站供信息显示和状态智能分析处理用，另一方面将监测单元的预警信号传输至智能巡检机器人和组件清扫机器人，实现智能巡检机器人的二次报警确认巡检和组件清扫机器人的定点清洁工作。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，其特征在于：所述中继层为各设备的智能电子装置，包括组件主IED、逆变器主IED、汇流箱主IED、箱变主IED及集电线路主IED；所述的在线监测综合处理单元有6个以太网口和2个WIFI通信模块，以太网口分别与所述的状态监测主站、组件主IED、逆变器主IED、汇流箱主IED、箱变主IED和集电线路主IED相连，WIFI通信模块分别与智能巡检机器人和组件清扫机器人相连，构成光伏电站电气设备在线监测***的数据采集与控制通道。
3.根据权利要求1所述的一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，其特征在于：所述设备层为各子设备的状态监测单元和工作电源，状态监测单元包括VI特性监测单元、积灰监测单元、PID监测单元、直流绝缘监测单元、发电信息监测单元、汇流箱状态监测单元、局放监测单元、温湿度监测单元、电缆接头温度监测单元、电缆接头环流监测单元和电缆接头局放监测单元；所述的VI特性监测单元和积灰监测单元连接组件主IED，所述的PID监测单元、直流绝缘监测单元和发电信息监测单元连接逆变器主IED，所述的汇流箱状态监测单元连接汇流箱主IED，所述的局放监测单元和温湿度监测单元连接箱变主IED，所述的电缆接头温度监测单元、电缆接头环流监测单元和电缆接头局放监测单元连接集电线路主IED，所述的工作电源为直流主工作电源和光伏辅助工作电源两部分，两电源接于同一直流母线，直流主工作电源作为各状态监测单元和主IED的主要供电电源，光伏辅助工作电源作为辅助供电电源，实现直流母线双电源供电。
4.根据权利要求3所述的一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，其特征在于：所述的状态监测主站集成在线监测大数据云，通过聚类算法划分最小、最优数据，并进行光伏电站健康状态ANN人工神经网络专家库的评估与决策，针对所述智能巡检机器人发出二次报警确认巡检指令。
5.根据权利要求3所述的一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，其特征在于：所述的状态监测主站内置大数据处理模块，实现边缘分析组串发电效率，并下发组件清洁预警、精确定位和清洁周期信息至组件清扫机器人，实现光伏电站的高效清洁。
6.根据权利要求2所述的一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，其特征在于：所述组件主IED型号为SPM-2/PIC型；所述逆变器主IED型号为SPM-2/NIC型；所述汇流箱主IED型号为SPM-2/HIC；所述箱变主IED型号为SPM-2/TIC；所述集电线路主IED型号为SPM-2/LIC。
7.根据权利要求3所述的一种光伏电站电气设备一体化在线监测***，其特征在于：所述的VI特性监测单元型号为模块化87715D型；所述的积灰监测单元型号为DustIQ型；所述的PID监测单元型号为PV-6300HP型；所述的直流绝缘监测单元型号为TZPV-1000-UD型；所述的发电信息监测单元型号为NSF3100型；所述的汇流箱状态监测单元型号为BR805型；所述的局放监测单元型号为FG-BPD型；所述的温湿度监测单元型号为HC5212F型；所述的电缆接头温度监测单元型号为CESM-6010型；所述的电缆接头环流监测单元型号为KDZD300C型；所述的电缆接头局放监测单元型号为JC-OM400D型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115455730A (zh) * 2022-09-30 2022-12-09 南京工业大学 一种基于完全邻域保持嵌入的光伏组件热斑故障诊断方法

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