基于物联网传感技术的光伏微网系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于物联网传感技术的光伏微网系统。其特点是：包括至少两个采集节点，该所有采集节点的输出端依次通过汇聚节点、ZigBee协调器与上位机连接，该上位机通过有线或无线方式与远程监控终端连接。本实用新型提供了一种基于物联网传感技术的光伏微网系统，将物联网技术与光伏微网结合，可以实现对光伏微网的全面控制与运行状态的精确掌握，根据系统的变化就可以有效对电力系统基础设施资源进行整合，进而提高电力系统通信水平，改善当前电力系统基础设施的利用率，使得电网在信息化、安全运行、供电可靠性等方面得到较大提高达到对电网的智能管理。
【专利说明】
基于物联网传感技术的光伏微网系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种基于物联网传感技术的光伏微网系统。
【背景技术】
[0002]目前，能源紧缺和环保问题日益严重，这促使人们去开发利用新的清洁能源。在清洁能源开发利用的热潮中，光伏微网发电技术有着极其突出的优势。光伏微网发电可以实现用户侧优先供电，多余电量并入公网的功能，光伏微网不但供电可靠而且接入公网安全稳定，因此备受青睐。将物联网中的ZigBee技术应用到光伏微网中不但可以实现对光伏微网的精准控制，而且还可以实现对电力资源的整合优化。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种基于物联网传感技术的光伏微网系统，能够实现对光伏微网的全面控制与运行状态的精确掌握，根据系统的变化就可以有效对电力系统基础设施资源进行整合，进而提高电力系统通信水平，改善当前电力系统基础设施的利用率。
[0004]—种基于物联网传感技术的光伏微网系统，其特别之处在于:包括至少两个采集节点，该所有采集节点的输出端依次通过汇聚节点、ZigBee协调器与上位机连接，该上位机通过有线或无线方式与远程监控终端连接。
[0005]其中上位机还与打印机或报警装置连接。
[0006]其中采集节点包括第一控制模块，该第一控制模块分别与第一检测模块和第一无线模块连接，还包括第一电源模块，该第一电源模块分别与前述的第一控制模块、第一检测模块和第一无线模块连接从而供电。
[0007]其中第一无线模块采用微带巴伦电路，第一电源模块采用电池，第一检测模块包括第一温度传感器模块和第一电能监测模块。
[0008]其中第一电能监测模块包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和霍尔功率传感器。
[0009]其中汇聚节点包括第二控制模块，该第二控制模块分别与第二检测模块和第二无线模块连接，还包括第二电源模块，该第二电源模块分别与前述的第二控制模块、第二检测模块和第二无线模块连接从而供电。
[0010]其中第二无线模块采用微带巴伦电路，第二电源模块采用电池，第二检测模块包括第二温度传感器模块和第二电能监测模块组成。
[0011]其中第二电能监测模块包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和霍尔功率传感器。
[0012]本实用新型提供了一种基于物联网传感技术的光伏微网系统，将物联网技术与光伏微网结合，可以实现对光伏微网的全面控制与运行状态的精确掌握，根据系统的变化就可以有效对电力系统基础设施资源进行整合，进而提高电力系统通信水平，改善当前电力系统基础设施的利用率，使得电网在信息化、安全运行、供电可靠性等方面得到较大提高达到对电网的智能管理。通过远程监控系统，用户可随时随地通过手机APP监控供电系统的运行状态。一方面用户可以第一时间发现故障，另一方面用户可以对供电系统的能量供应有一个直观的理解，进而可以做出最优的用电策略。本实用新型从光伏微网技术入手，结合物联网中ZigBee技术和CC2530芯片来实现基于物联网的光伏微网技术，并通过远程监控系统，可以通过互联网实现实时远程监控。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型无线传感器网络组网方式图；
[0014]图2为本实用新型采集节点模块化设计结构图；
[0015]图3为本实用新型实施例1中CC2530及其外围电路构成图；
[0016]图4为本实用新型实施例1中电池供电电路图；
[0017]图5为本实用新型实施例1中无线模块电路图；
[0018]图6为本实用新型实施例1中TMP75的连接原理图；
[0019]图7为本实用新型实施例1中霍尔效应传感器连接图。
【具体实施方式】
[0020]如图1至7所示，本实用新型提供了一种基于物联网传感技术的光伏微网系统，包括至少两个采集节点，该所有采集节点的输出端依次通过汇聚节点、ZigBee协调器与上位机连接，该上位机通过有线或无线方式与远程监控终端连接，该上位机还与打印机或报警装置连接。
[0021]其中采集节点包括第一控制模块，该第一控制模块分别与第一检测模块和第一无线模块连接，还包括第一电源模块，该第一电源模块分别与前述的第一控制模块、第一检测模块和第一无线模块连接从而供电。第一无线模块采用微带巴伦电路，第一电源模块采用电池，第一检测模块由第一温度传感器模块与第一电能监测模块组成，温度传感器模块与电能监测模块分别与第一控制模块的单片机相连，第一电能监测模块采用霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、霍尔功率传感器，它们分别与第一控制模块的单片机相连。
[0022]其中汇聚节点包括第二控制模块，该第二控制模块分别与第二检测模块和第二无线模块连接，还包括第二电源模块，该第二电源模块分别与前述的第二控制模块、第二检测模块和第二无线模块连接从而供电。第二无线模块采用微带巴伦电路，第二电源模块采用电池，第二检测模块由第二温度传感器模块与第二电能监测模块组成，温度传感器模块与电能监测模块分别与第二控制模块的单片机相连。第二电能监测模块采用霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、霍尔功率传感器，他们分别与第二控制模块的单片机相连。
[0023]实施例1:
[0024]本实用新型采用以下技术方案予以实现:
[0025]使用物联网技术中无线传感器网络为系统构架，以ZigBee技术中的星型拓扑结构作为系统的信息通信方式;其中无线传感器网络技术是在传感器上配备上能源模块、信号收发模块，进行数据的无线通讯。
[0026]系统主要有采集节点、汇聚节点、ZigBee协调器、上位机，远程监控终端组成。采集节点负责信号的采集并将信号发送;汇聚节点将所有信号汇聚于此并发送给系统的ZigBee协调器;ZigBee协调器是系统中及其主要的一部分，它用来监测整个网络正常工作，是整个系统的核心，因此需要给协调器配备有足够多的储存空间，以保证它可以正常完成各种功能。信号经过协调器后传送给计算机，计算机里设置相应的软件程序，一方面配备其他辅助设施(如打印机、报警装置等)来完成系统监测数据的显示、储存;另一方面通过互联与远程终端连接，实现系统的远程监控。
[0027]本系统为电力系统，所以需要采集的数据有环境和电参量两类数据，通过这两类数据就可有达到对系统运行状态、环境等各方面的全面监测。由于为了简化系统结构等因素本设计采用了相对简单的一些通讯等方式，所有每个采集节点相对独立，不能互相发生信息，只能通过汇聚节点间接的通讯。
[0028]采集节点和汇聚节点都是由CC2530作为控制核心的，采集节点和汇聚节点在硬件结构上基本相同，因此不再独立赘述汇聚节点的硬件结构。为了使设计更具通用性，本设计使用模块化设计思路，使得该设计可以通用。采集节点和汇聚节点都是由控制模块、无线模块、检测模块、电源模块四个部分。
[0029]控制模块是整个采集节点的核心，它需要完成对采集的信号的处理、发送，并且还要时刻接收系统给它反馈回来的数据、指令，同时做出相应的动作。
[0030]控制模块由CC2530和CC2530外部的辅助电路组成，CC2530包括可编程I/O 口 21个，在这些可编程I/O 口中有8路为A/D接口，可以用于多路传感器数据的的采集和处理使用。CC2530芯片自含有一个复位的接口，外部可接复位按键实现对硬件初始化系统。CC2530外接一个32MHz晶振提供系统时钟，还可以接32.768kHz晶振供系统休眠时使用。
[0031]复位电路设计:在系统运行过程中，不可预计的会出现一些故障问题，为了使系统正常的工作、初始化等，需要给系统加上复位电路，对此本系统设计了按键式复位电路，将系统复位初始化，用来在特殊情况使用，这些措施保证了数据的可靠性。
[0032]节点主板正常直流工作电压为3.3V。可以采用电池、USB、太阳能电池板给其供电，USB供电适用于直接连接计算机，太阳能供电具有不稳定、经济性差、结构较为复杂等特点，不利于本系统的使用。考虑到CC2530的耗能较低、系统结构等方面，我们直接采用电池给其供电。电池供电电路如图4-6所示。
[0033]无线模块在系统在十分重要，它负责信号收发。在收发模块必须要考虑如下几个问题:(I)无线模块的信号、数据传输速率必须要满足系统的要求；(2)无线传输要保证稳定、抗干扰性能较好。本设计采用微带巴伦电路，这个设计把无线电RF引脚差分信号的阻抗转换为单端50 Ω。
[0034]检测模块是对数据进行采集，是整个系统的最底层、最基础的部分，检测模块采集的数据的准确性关系到对系统的控制等一系列问题，所以监测及其重要，必须要选择精确度较好的传感器。在本设计中需要采集的主要物理参数有:电压、温湿度、电功率、电流等，可以按照系统具体需求增加其他采集物流参数。如图4-7所示，检测模块就是利用川传感器采集参数后传送给处理器。
[0035]本设计的温度传感器模块选用TI公司的TMP75，TMP75是一款低功耗数字输出温度传感器。TMP75有良好的精确度和散热性能;在低功耗能状态下，耗能较小，只需使用电池供电就可以工作较长时间。TMP75采用的是双线串行接口，它的接口可以与12C兼容。在封装方面，TMP75采用小巧的8引脚MSOP封装，使芯片体积较小。TMP275的引脚1、2是两线串行接口，可以与I2C总线接口兼容，也可以直接与其相连。当测量温度超过用户设定的最高温度或低于最低温度时，引脚ALERT输出高电平或低电平[28]。上述3个引脚在实际连接中需要上拉电阻。A0、A1和A2全部接低电平，这样TMP275器件的写地址为0x90，读地址为0x9UTMP275的报警输出方式设置为低电平输出，接有上拉电阻。
[0036]电能监测模块的设计选择霍尔电流、电压和功率传感器。霍尔传感器是利用霍尔效应制造出来的，当前新型器件的输出波形较为复杂，传统传感器无法检测，而霍尔床传感器的出现解决了这一问题，霍尔发展潜力巨大。目前霍尔传感器被广泛的适用于现代工业、控制等方面，常见的有应用于变频技术、智能电网、计算机检测等等。
[0037]在本系统在采用的霍尔传感器有霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、霍尔功率传感器。传统的电压、电流检以外，特别要说的是检测功率模块，检测功率可以为系统的独立、并网作为参考量，当系统发出功率不能满足负荷需求时或者发出功率较大负荷无法自行消化时，就可以催动逆变器是系统自行切入并网模式，反之，系统功率、负荷需求平衡就可以独立运行。
[0038]霍尔效应传感器连接:由于系统电压、电流不稳定，为了保证测量的精确性，测量时可以接上放大器，保证在较小的信号下系统可以通过精确的测量值。
【主权项】
1.一种基于物联网传感技术的光伏微网系统，其特征在于:包括至少两个采集节点，该所有采集节点的输出端依次通过汇聚节点、ZigBee协调器与上位机连接，该上位机通过有线或无线方式与远程监控终端连接； 其中采集节点包括第一控制模块，该第一控制模块分别与第一检测模块和第一无线模块连接，还包括第一电源模块，该第一电源模块分别与前述的第一控制模块、第一检测模块和第一无线模块连接从而供电。2.如权利要求1所述的基于物联网传感技术的光伏微网系统，其特征在于:其中上位机还与打印机或报警装置连接。3.如权利要求1所述的基于物联网传感技术的光伏微网系统，其特征在于:其中第一无线模块采用微带巴伦电路，第一电源模块采用电池，第一检测模块包括第一温度传感器模块和第一电能监测模块。4.如权利要求3所述的基于物联网传感技术的光伏微网系统，其特征在于:其中第一电能监测模块包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和霍尔功率传感器。5.如权利要求1所述的基于物联网传感技术的光伏微网系统，其特征在于:其中汇聚节点包括第二控制模块，该第二控制模块分别与第二检测模块和第二无线模块连接，还包括第二电源模块，该第二电源模块分别与前述的第二控制模块、第二检测模块和第二无线模块连接从而供电。6.如权利要求5所述的基于物联网传感技术的光伏微网系统，其特征在于:其中第二无线模块采用微带巴伦电路，第二电源模块采用电池，第二检测模块包括第二温度传感器模块和第二电能监测模块组成。7.如权利要求6所述的基于物联网传感技术的光伏微网系统，其特征在于:其中第二电能监测模块包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和霍尔功率传感器。
【文档编号】H02J3/38GK205429874SQ201520856862
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年10月30日
【发明人】张秀霞, 杜冠男, 魏舒怡, 冀千瑜, 张令春, 樊荣
【申请人】北方民族大学