智能管理系统、光伏数字能源系统及通讯管理方法与流程

1.本发明涉及光伏产业领域，特别涉及一种智能管理系统、光伏数字能源系统及通讯管理方法。


背景技术：

2.光伏发电技术利用光伏阵列输出的直流电，经过逆变器转换为交流电传输到电网。光伏发电技术作为一种可再生能源发电技术，越来越得到广泛应用。然而，在传统光伏系统的应用中，光伏组件阵列的输出电压很高，紧急状态下无法切断光伏阵列消除危险，安全风险极大。并且，在现有的光伏系统中，电量信息只能通过汇流箱处安装电表进行采集，各个光伏组件的工作状态得不到充分的监控。
3.目前使用广泛的快速关断控制器产品，仅能控制光伏组件的切断，无法提供监控功能。而现有的光伏监控器，既存在着通讯距离近、速度低、组网时间长，易受干扰等缺点，也存在着体积较大、需要单独安装等问题，这些弊端导致其在光伏系统的远距离、大规模应用中很受限制，特别是在光伏组件数量庞大的系统中，传统的一对一的plc通讯组网效率较低，往往需要很长的时间，另外，虽然自动上传方式时间短，适合大规模系统，但其是通讯可靠性不如一对一的组网模式，在小规模光伏系统中，组网时间又不是关键问题。
4.所以，现在需要一个能够自适应光伏组件规模而选择合适的通讯方式的智能管理系统、光伏数字能源系统及通讯管理方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种能够自适应光伏系统规模而选择最优通讯方式的智能管理系统、光伏数字能源系统及通讯管理方法。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种用于光伏系统的智能管理系统，所述智能管理系统包括：
8.光伏监控设备，所述光伏监控设备被配置为监控光伏系统中光伏组件的运行情况；
9.通讯控制器，其与所述光伏监控设备连接，所述通讯控制器被配置为组建其与光伏监控设备间的通讯网络，所述通讯网络具有多种通讯模式；
10.所述通讯控制器发送数据包至所述光伏监控设备，进而所述光伏监控设备对所述数据包作出响应；所述通讯控制器根据所述光伏监控设备的响应数据，估算所述光伏监控设备的数量，并根据所述光伏监控设备的数量估算值，选择不同的通讯模式。
11.进一步地，所述光伏监控设备内设有随机数电路，所述随机数电路被配置为生成随机数；
12.所述通讯控制器向所述光伏监控设备发送概率数据包，各个概率数据包限定各自的数据范围；
13.所述估算所述光伏监控设备的数量包括：
14.所述光伏监控设备判断自身随机数电路生成的随机数是否落入接收到的概率数据包所限定的数据范围，若是，则该光伏监控设备向所述通讯控制器选择回复，否则选择不回复；所述通讯控制器根据选择恢复的光伏监控设备的数量，估算所述光伏监控设备的数量。
15.进一步地，所述通讯模式包括主动上传模式及询问模式；所述通讯控制器内预设有阈值；
16.所述根据所述光伏监控设备的数量估算值，选择不同的通讯模式包括：
17.若所述光伏监控设备的数量估算值大于所述阈值，则所述通讯控制器选择所述上传模式；若所述光伏监控设备的数量估算值不大于所述阈值，则所述通讯控制器选择所述询问模式。
18.进一步地，所述通讯控制器内设有通讯电路，所述光伏监控设备通过所述通讯电路与所述通讯控制器进行通讯；
19.所述通讯电路包括无线通讯电路或有线通讯电路。
20.进一步地，所述通讯控制器还被配置为发送控制指令给所述光伏监控设备，从而控制所述光伏监控设备的电能输出情况，其中，所述控制指令的内容包括提高电能输出或降低电能输出或切断电能输出。
21.进一步地，所述通讯控制器还被配置为分析自身与所述光伏监控设备的通讯情况，从而确定目标通讯频带，所述目标通讯频带的通讯干扰低于当前通讯频带；
22.所述确定目标通讯频带包括：
23.在所述通讯网络组建后，所述光伏监控设备占用全频带带宽向所述通讯控制器发送所述光伏组件的运行情况，所述通讯控制器分析接收到的不同子频段的信号的信噪比，从而确定所述目标通讯频带。
24.进一步地，所述通讯控制器内还设有通讯拓展接口；所述智能管理系统还包括云服务器，所述云服务器通过所述通讯拓展接口与所述通讯控制器连接，所述通讯控制器还被配置为组建其与所述云服务器间的通讯网络，并基于该通讯网络将所述光伏组件的运行情况上传至所述云服务器，以及，
25.所述通讯控制器还被配置为将所述通讯控制器与所述光伏监控设备间首次组建的通讯网络的相关信息上传至所述云服务器，以及，
26.所述通讯控制器还被配置为根据所述云服务器的远程指令控制所述光伏监控设备。
27.优选地，所述光伏监控设备还被配置为切换自身工作状态至保护状态而响应所述通讯网络中断；
28.所述通讯控制器内还设有辅助电源，所述辅助电源被配置为给所述通讯控制器供电；或者，所述通讯控制器由外部供电模块供电。
29.一个光伏数字能源系统，所述光伏数字能源系统包括光伏系统以及如上文所述的智能管理系统。
30.一种光伏系统的通讯管理方法，所述通讯管理方法用于组建通讯控制器与光伏监控设备间的通讯网络；
31.所述通讯管理方法包括：响应于组建所述通讯网络的指令，发送数据包至所述光
伏监控设备处，从而所述光伏监控设备作出响应，进而分析并处理所述光伏监控设备的响应数据，以确定所述通讯网络的通讯模式。
32.本发明具有的优点：能够自适应光伏组件规模而选择合适的通讯方式，及时建立通讯网络以监控并控制电能输出，通讯速度快、组网时间短；并且，进一步结合保存首次组网信息，利于后续快速组网；同时，进一步结合智能分析方式，能够降低干扰，保证较高的通讯质量；另外，进一步结合与云服务器，能够远程控制电能输出，更加方便。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明实施例提供的智能管理系统选择通讯模式的工作逻辑图；
35.图2是本发明实施例提供的智能管理系统的工作框图；
36.图3是本发明实施例提供的通讯控制器的示意框图；
37.图4是本发明实施例提供的通讯控制器选择目标通讯频带的工作流程图；
38.图5是本发明实施例提供的通讯控制器作为外置模块时进行有线通讯的工作框图；
39.图6是本发明实施例提供的通讯控制器作为外置模块时进行无线通讯的工作框图；
40.图7是本发明实施例提供的通讯控制器作为内置模块时进行有线通讯的工作框图；
41.图8是本发明实施例提供的通讯控制器作为内置模块时进行无线通讯的工作框图。
具体实施方式
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
43.在本发明的一个实施例中，提供了一种用于光伏系统的智能管理系统，本智能管理系统不仅能够组建通讯网络以监控并控制光伏组件的运行情况，同时能够自适应光伏系
统的规模(光伏组件的数量)而选择合适的通讯方式。
44.如图2所示，本智能管理系统包括通讯控制器、云服务器、光伏监控设备，其中，光伏组件与相应的光伏监控设备连接，通讯控制器与光伏监控设备连接，云服务器与通讯控制器连接。需要注意的是，光伏监控设备与光伏系统中光伏组件的关系可以是一对多，也可是一对一，不以此限定本发明的保护范围。
45.光伏监控设备被配置为监控光伏系统中光伏组件的运行情况，并且，每个光伏监控设备内均设有随机数电路，该电路是一种混沌电路，可以包含电容、电感、电阻、有源器件等，并因为器件的容差、运行时间、工作电压的细微差别，在一定范围内出现不可测状态，各状态出现的概率相同，随着光伏监控设备的运行，随机数电路会产生一个随机数，该随机数的出现范围大于等于数据包即概率数据包(见下文详述)的范围，并且随机数会以设定的概率落入概率数据包设定的数据范围内。另外，光伏监控设备还被配置为切换自身工作状态至保护状态而响应通讯网络中断。
46.通讯控制器被配置为组建其与各个光伏监控设备间的通讯网络，并根据通讯网络获取光伏组件的运行情况，其中，通讯网络的通讯模式包括主动上传模式、询问模式以及其他通讯模式。在本实施例中，如图3所示，通讯控制器包括主控电路、通讯电路、通讯拓展接口以及辅助电源。通讯电路被配置为供通讯控制器与光伏监控设备之间的通讯工作，通讯电路可以是无线通讯电路，也可以是有线通讯电路，通讯电路的种类具体根据实际情况选择，不以此限定本发明的保护范围。通讯拓展接口被配置为进行云服务器与通讯控制器间的通讯。辅助电源被配置为给通讯控制器供电，通讯控制器还可以选择由外部供电模块供电，具体参见下文所述的逆变器部分。
47.本智能管理系统具体工作过程包括：响应于组建通讯网络的指令，通讯控制器发送数据包至光伏监控设备，进而光伏监控设备对数据包作出响应；通讯控制器根据光伏监控设备的响应数据，估算光伏监控设备的数量，并根据光伏监控设备的数量估算值，选择不同的通讯模式。
48.具体地，如图1所示，当收到组建通讯网络以管理光伏系统的指令时，通讯控制器(主机)广播发送概率数据包至各个光伏监控设备(从机)，其中，各个概率数据包限定各自的数据范围，每个概率数据包包括数据范围信息。然后，各个光伏监控设备接收概率数据包后，根据随机数是否落入概率数据包设定的范围，选择回复或不回复，现已其中一个光伏监控设备i选择是否回复的工作过程为例作出以下说明：
49.光伏监控设备i的随机数电路产生一个随机数，并判断该随机数是否落入该概率数据包所限定的数据范围，若该随机数落入该概率数据包所限定的数据范围，则该光伏监控设备选择向通讯控制器发送回复消息，举个例子：主机发送一个数据包，里面包含一个数字1(0-9中定的一个数，在1位整数中出现的概率是十分之一)，从机i在上电工作开始，随机数电路就开始运行产生一个正弦波，幅值0-1v，从机i在接收到主机数据包后，从机i立刻采集混沌信号，并取出小数点后一位与主机发来的数据包数字对照，都是1时回复，不为1时不回复。
50.根据上文所述的光伏监控设备选择是否回复的方法，通讯控制器会收到一定数量的回复消息，然后根据回复消息的数量即选择恢复的光伏监控设备的数量，通讯控制器估算光伏系统中光伏监控设备的整体数量，需要说明的是，因为不同从机的混沌信号在0-1v
是随机出现的，所以当从机规模较大时，就会出现概率性，这样就不需要主机接收每一个从机信号就可以大概判断出规模，因为是估计规模，所以不需要特别精确，同时当光伏系统规模很小时，本身从机数量太少，所以即使不能体现出概率性(如都回复或都不回复)，也可以判断出光伏系统规模不大，从而通过本方法大大缩短了主机确定从机数量的时间，进而缩短了组网时间。
51.通讯控制器内预设有阈值，在大致估算出光伏监控设备的整体数量后，通讯控制器判断该整体数量是否大于预设的阈值，若光伏监控设备的整体数量大于预设的阈值，则通讯控制器将主动上传模式设置为通讯网络的通讯模式并广播该通讯模式给各个光伏监控设备；若光伏监控设备的数量估算值小于或者等于该阈值，则通讯控制器选择询问模式并广播该通讯模式给各个光伏监控设备，以完成组网。本发明基于设备的数量选择最优的通讯模式，大大提高了通讯效率。
52.在建立光伏监控设备和通讯控制器之间的通讯网络后，通讯控制器还被配置为发送控制指令给光伏监控设备，从而控制光伏监控设备的电能输出情况，控制指令的内容包括提高电能输出或降低电能输出或切断电能输出，其中，控制光伏组件的完全切断是实现光伏系统安全运行的关键功能；再者，如图4所示，通讯控制器还被配置为接收光伏监控设备发送的全频率数据信号，然后智能分析自身与光伏监控设备间的通讯情况，判断通讯干扰高的频段，自动规避干扰，从而确定干扰低于当前通讯频带得目标通讯频带，从而选择干扰低的最优频带进行通讯，实现高质量远距离通讯，具体地，光伏监控设备占用全频带带宽向通讯控制器发送光伏组件的运行情况，通讯控制器分析接收到的不同子频段的信号的信噪比，从而确定最优通讯频带。
53.本智能管理系统不仅能够组建通讯控制器与光伏监控设备之间的通讯网络，还能够组件通讯控制器与云服务器(云端)之间的通讯网络，使得云端通过该通讯网络也能管理光伏系统。
54.具体地，通讯控制器还被配置为组建其与云服务器间的通讯网络，并基于该通讯网络将光伏组件的运行情况上传至云服务器；并且，通讯控制器还被配置为将其与各个光伏监控设备间首次组建的通讯网络的相关信息上传至云服务器，当后续再次通讯时，通讯控制器能接收云端保存的之前建立的组网信息，大大缩短再次组网的时间，快速与光伏监控设备建立通讯，实现信息交互；再者，云服务器被配置为发送远程指令至通讯控制器，通讯控制器根据云服务器的远程指令控制光伏监控设备。
55.另外，通讯控制器可独立安装使用，也可以内置于其他设备内使用。独立使用时，可通过防水箱体将通讯控制器固定在室外区域，或直接安装在合适的室内工作，并由电源模块或适配器供电。由于装置体积小巧，所以也可以将其内置于其他设备内部使用，如逆变器等，如图5-8所示，通讯控制器由外部设备供电，如图5、6所示，不仅可以通过通讯控制器装置的通讯拓展口连接单独的通讯模块，或者，如图7、8所示，还可以通过外部设备自身的通讯电路与云端通讯，本发明提供的方便灵活的安装方法能够适应各种应用场景。
56.在本发明的一个实施例中，本智能管理系统的通讯控制器与光伏组件监控设备和云端服务器协同工作，监控光伏组件的工作状态，控制光伏组件的电能输出，实现与光伏监控设备、通讯控制器、云端之间的通讯与控制。
57.通讯控制器主要实现以下功能：通讯控制器采用无线或有线通讯技术与光伏监控
设备通讯；通讯控制器通过与光伏监控设备的通讯，控制光伏监控设备的电能输出管理，甚至完全切断电能输出；通讯控制器通过智能分析与组件通讯设备的通讯情况，判断通讯干扰高的频段，自动规避干扰，选择干扰底的频带通讯，实现高质量远距离通讯；通讯控制器通过与光伏监控设备的通讯，收集光伏组件工作状态的数据信息，光伏监控设备收集各光伏组件的运行参数，是分析其历史工作状态、回溯故障原因的重要手段，对光伏系统稳定运行有重要意义；通讯控制器通过通信拓展接口连接通讯模块或设备，与云端建立通讯，上传组件监控信息，并接收云端下发的远程指令；通讯控制器通过与光伏监控设备的通讯，将云端下发的远程指令传输至光伏监控设备；通讯控制器可独立安装使用，也可以内置于其他设备内使用。
58.在本发明的一个实施例中，提供了一种智能光伏系统，本智能光伏系统包括光伏组件以及如上文所述的智能管理系统。本智能光伏系统实施例的思想与上述实施例中智能管理系统的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述智能管理系统实施例的全部内容并入本智能光伏系统实施例，不再赘述。
59.在本发明的一个实施例中，提供了一种光伏数字能源系统，本光伏数字能源系统包括如上文所述的智能光伏系统以及智能管理系统。本光伏数字能源系统实施例的思想与上述实施例中智能管理系统的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述智能管理系统实施例的全部内容并入本光伏数字能源系统实施例，不再赘述。
60.在本发明的一个实施例中，提供了一种光伏系统的通讯管理方法，本通讯管理方法用于组建通讯控制器与各个光伏监控设备间的通讯网络，并基于通讯网络管理光伏监控设备。
61.本通讯管理方法包括：根据组建通讯网络的请求，发送数据包至光伏监控设备处，从而光伏监控设备作出响应，进而分析并处理光伏监控设备的响应数据，以确定通讯网络的通讯模式。
62.本通讯管理方法实施例的思想与上述实施例中智能管理系统的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述智能管理系统实施例的全部内容并入本通讯管理方法实施例，不再赘述。
63.本发明可以快速、稳定地实现光伏监控设备、通讯控制器、云端之间的通讯与控制，对光伏系统的安全运行提供良好保障。
64.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。