云可视20000千瓦智慧电源测试系统技术方案

本发明专利技术旨在提供一种云可视20000千瓦智慧电源测试系统。本系统基于物联网技术建立针对光伏电源进行状态测试作业以及测试数据采集、传输、存储的物理层基础架构，并在将海量数据实时聚合的基础上，通过多层封装和统一调用接口，在云端实现可由管理终端设备随时随地接入的智慧监控中心，并且通过该云端的智慧监控中心提供可视化的查询和管理接口，以便提供交互图形化的光伏电源状态分析与显示功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及一种云可视20000千瓦智慧电源测试系统。
技术介绍
光伏电源是近年来清洁、可再生能源领域的热点，特别是我国，在政策扶持力度加大、产业布局日趋完善等因素的激励下，光伏发电得到了飞速的发展，在整个十二五规划期间装机量增长168倍。截至2015年底，我国光伏发电的总装机容量达到4300万千瓦，成为了全球光伏发电装机容量最大的国家。并且，光伏电源不局限于满足家庭、边远村庄等小规模用电单位应用需求的分散式独立供电系统，而是日益向着面向公共电网大规模输送电能的并网光伏发电系统转化，从而逐渐成为主流的电力供给来源，替代火力发电等传统发电方式。光伏电源的优点包括：运行安全可靠，建设周期短，不受煤、气等燃料资源地域分布的限制，特别是无任何环境有害物质及温室气体排放，据测算，电力供应中光伏电源产生的电能每相对增加一千瓦时，就可减少排放粉尘0.27千克、二氧化碳0.99千克、二氧化硫0.03千克、氮氧化合物0.02千克，对缓解我国当前较严重的大气污染具有重要意义。实现并网发电的光伏电源容量一般需达到20000千瓦或以上。由于太阳能的能量分布密度较低，加之太阳能电池元件的能量转换效率难以达到25%以上，因此20000千瓦级光伏电源的空间分布面积非常广大。目前主要是在广阔的野外荒漠、滩涂、开阔地大规模铺设太阳能电池元件阵列，特别是我国西部的无人地区，太阳能资源丰富，非常适合建设此种光伏发电电源。从发展方向来看，光伏并网发电普及化的有效途径是利用城市和乡镇居住区的建筑屋顶等空间面积实现与建筑结合的大型光伏电源，这样可以充分利用光伏发电无污染、无噪声的优势，并且节约大量的架设输电线路成本和输电能量损耗，但这种方式导致整个光伏电源架构更加复杂，维护管理难度更大，智能化要求更高。电源测试对于任何光伏电源来说都是必需的环节。20000千瓦级光伏电源是由大量太阳能电池元件按串联和／或并联拓扑连接组成的；对其中各个独立的太阳能电池元件或各组太阳能电池元件组串的输出电压、输出电流、IV特性、功率特性以及光电转换效率等参数进行测试不仅是工程建设验收阶段的需要，也是光伏电源投入实际运营后长期、持续性的需要，对监测整个电源系统的运行效率、发现故障和隐患具有关键的作用。在现有技术中，对于大规模光伏电源来说，电源测试在光伏发电的检修维护成本中占据着很大的比重。因为这项工程需要依靠工程人员持万用表、IV测试仪、电能质量分析仪、电阻测试表等必要的仪表，面向太阳能电池元件及其缆线实施人工作业，是一项复杂而费时费力的工程。而且，测试结果也需要通过人工进行登记、汇总、分析和呈现，实时性和直观性都比较差，对大规模光伏电源的高效管理和非正常状态的及时发现来说，构成了明显的短板。特别是在与建筑结合的大型光伏电源系统中，传统的电源测试方法实现难度大、效率低、成本高，这使得电源测试环节成为大规模光伏发电领域亟待解决的突出问题。
技术实现思路
针对现有大规模光伏电源在电源测试方面的上述缺陷，本专利技术提供了一种云可视20000千瓦智慧电源测试系统。本系统基于物联网技术建立针对光伏电源进行状态测试作业以及测试数据采集、传输、存储的物理层基础架构，并在将海量数据实时聚合的基础上，通过多层封装和统一调用接口，在云端实现可由管理终端设备随时随地接入的智慧监控中心，并且通过该云端的智慧监控中心提供可视化的查询和管理接口，以便提供交互图形化的光伏电源状态分析与显示功能。本专利技术所述的云可视20000千瓦智慧电源测试系统，其特征在于，包括：太阳能电池组测试采集网络、远程数据中心、智慧监控中心以及管理终端；太阳能电池组测试采集网络，用于测试20000千瓦光伏电源中每个太阳能电池元件和／或每一组太阳能电池元件组的状态参数，并且基于Zigbee通信协议形成自组织无线数据传输网络，将测试获得的状态参数经该自组织无线数据传输网络传输至远程数据中心；远程数据中心，用于将每一个太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组定义为数据层的一个独立的信息单元；并根据统一的数据封装格式将所述状态参数封装为所述信息单元的状态属性；以及，提供统一的面向信息单元的信息调用方式，以便实现对信息单元相应状态属性的请求与获取；智慧监控中心，用于通过所述面向信息单元的信息调用方式取得信息单元相应的状态属性；提供可视化的查询和管理接口，以便管理终端通过网络获得该智慧监控中心提供的光伏电源状态分析与显示功能；管理终端，用于供光伏电源管理用户从云端获取可视化的光伏电源状态测试的状态参数数据。优选的是，所述太阳能电池组测试采集网络包括：测试前端节点、Zigbee汇聚节点、Zigbee中继节点以及数据中心接口节点；太阳能电池组测试采集网络针对光伏电源的每个太阳能电池元件和／或每一组太阳能电池元件组设置一个相应的测试前端节点；该测试前端节点用于对太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组的开路输出电压、短路输出电流、IV特性、最大功率点以及光电转换效率参数的测试获取，并且向Zigbee汇聚节点传输上述参数；Zigbee汇聚节点从由其负责的测试前端节点接收经测试获得的太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组的开路输出电压、短路输出电流、IV特性、最大功率点以及光电转换效率参数，并且根据ZigBee通信协议，与其有效通信距离以内的Zigbee中继节点自动配对实现无线组网，从而将所接收的所述参数传输给与其配对的的Zigbee中继节点；Zigbee中继节点从基于ZigBee通信协议而与其配对的Zigbee汇聚节点接收传输的所述参数，并且将这些参数传输至数据中心接口节点；数据中心接口节点作为太阳能电池组测试采集网络与远程数据中心之间的数据接口，负责将整个太阳能电池组测试采集网络所采集的光伏电源中每个太阳能电池元件和／或每一组太阳能电池元件组的状态参数实时地传送给远程数据中心。进一步优选的是，测试前端节点具体包括：照度传感器、温度传感器、测试电容、电容驱动与保护电路、采样计算电路以及近距离通信模块；所述照度传感器用于感应太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组实时接受的日照强度参数；所述温度传感器用于感应太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组所在位置的环境温度参数；所述测试电容作为太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组的阻抗可变负载，由太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组为其充电；采样计算电路通过对充电过程中的电容的电压和电流信号进行采样，取得由各采样点形成的IV特性曲线，并结合日照强度参数与环境温度参数，获得与日照强度与环境温度相关联的太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组的IV特性曲线，并通过该曲线计算开路输出电压、短路输出电流、达到最大输出功率的采样点以及达到最大输出功率的采样点上的最大功率点电压与电流；并且，采样计算电路根据IV特性曲线，计算与日照强度和环境温度相关联的太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组的光电转换效率参数；电容驱动与保护电路控制对所述测试电容的充电的启动与停止，以及控制在每次充电停止之后对所述测试电容的放电；并且，电容驱动与保护电路检测测试电容充电过程中的电压，并且在瞬时电压过大的情况下切断对所述测试电容的充电；近距离通信模块用于从所述采样计算电路取得经测试获得的开路输出电压、短路输出电流、IV特性、最大功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种云可视20000千瓦智慧电源测试系统，其特征在于，包括：太阳能电池组测试采集网络、远程数据中心、智慧监控中心以及管理终端；太阳能电池组测试采集网络，用于测试20000千瓦光伏电源中每个太阳能电池元件和／或每一组太阳能电池元件组的状态参数，并且基于Zigbee通信协议形成自组织无线数据传输网络，将测试获得的状态参数经该自组织无线数据传输网络传输至远程数据中心；远程数据中心，用于将每一个太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组定义为数据层的一个独立的信息单元；并根据统一的数据封装格式将所述状态参数封装为所述信息单元的状态属性；以及，提供统一的面向信息单元的信息调用方式，以便实现对信息单元相应状态属性的请求与获取；智慧监控中心，用于通过所述面向信息单元的信息调用方式取得信息单元相应的状态属性；提供可视化的查询和管理接口，以便管理终端通过网络获得该智慧监控中心提供的光伏电源状态分析与显示功能；管理终端，用于供光伏电源管理用户从云端获取可视化的光伏电源状态测试的状态参数数据。

【技术特征摘要】
1.一种云可视20000千瓦智慧电源测试系统，其特征在于，包括：太阳能电池组测试采集网络、远程数据中心、智慧监控中心以及管理终端；太阳能电池组测试采集网络，用于测试20000千瓦光伏电源中每个太阳能电池元件和／或每一组太阳能电池元件组的状态参数，并且基于Zigbee通信协议形成自组织无线数据传输网络，将测试获得的状态参数经该自组织无线数据传输网络传输至远程数据中心；远程数据中心，用于将每一个太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组定义为数据层的一个独立的信息单元；并根据统一的数据封装格式将所述状态参数封装为所述信息单元的状态属性；以及，提供统一的面向信息单元的信息调用方式，以便实现对信息单元相应状态属性的请求与获取；智慧监控中心，用于通过所述面向信息单元的信息调用方式取得信息单元相应的状态属性；提供可视化的查询和管理接口，以便管理终端通过网络获得该智慧监控中心提供的光伏电源状态分析与显示功能；管理终端，用于供光伏电源管理用户从云端获取可视化的光伏电源状态测试的状态参数数据。2.根据权利要求1所述的云可视20000千瓦智慧电源测试系统，其特征在于，所述太阳能电池组测试采集网络包括：测试前端节点、Zigbee汇聚节点、Zigbee中继节点以及数据中心接口节点；太阳能电池组测试采集网络针对光伏电源的每个太阳能电池元件和／或每一组太阳能电池元件组设置一个相应的测试前端节点；该测试前端节点用于对太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组的开路输出电压、短路输出电流、IV特性、最大功率点以及光电转换效率参数的测试获取，并且向Zigbee汇聚节点传输上述参数；Zigbee汇聚节点从由其负责的测试前端节点接收经测试获得的太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组的开路输出电压、短路输出电流、IV特性、最大功率点以及光电转换效率参数，并且根据ZigBee通信协议，与其有效通信距离以内的Zigbee中继节点自动配对实现无线组网，从而将所接收的所述参数传输给与其配对的的Zigbee中继节点；Zigbee中继节点从基于ZigBee通信协议而与其配对的Zigbee汇聚节点接收传输的所述参数，并且将这些参数传输至数据中心接口节点；数据中心接口节点作为太阳能电池组测试采集网络与远程数据中心之间的数据接口，负责将整个太阳能电池组测试采集网络所采集的光伏电源中每个太阳能电池元件和／或每一组太阳能电池元件组的状态参数实时地传送给远程数据中心。3.根据权利要求2所述的云可视20000千瓦智慧电源测试系统，其特征在于，测试前端节点具体包括：照度传感器、温度传感器、测试电容、电容驱动与保护电路、采样计算电路以及近距离通信模块；所述照度传感器用于感应太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组实时接受的日照强度参数；所述温度传感器用于感应太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组所在位置的环境温度参数；所述测试电容作为太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组的阻抗可变负载，由太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组为其充电；采样计算电路通过对充电过程中的电容的电压和电流信号进行采样，取得由各采样点形成的IV特性曲线，并结合日照强度参数与环境温度参数，获得与日照强度与环境温度相关联的太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组的IV特性曲线，并通过该曲线计算开路输出电压、短路输出电流、达到最大输出功率的采样点以及达到最大输出功率的采样点上的最大功率点电压与电流；并且，采样计算电路根据IV特性曲线，计算与日照强度和环境温度相关联的太阳能电池元件和／或太阳能电池元件组的光电转换效率参数；电容驱动与保护电路控制对所述测试电容的充电的启动与停止，以及控制在每次充电停止之后对所述测试电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡兢，王铭鹏，马红奎，
申请(专利权)人：山东华力机电有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37