[发明专利]一种基于物联网的分布式电源状态监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式电源状态监测技术领域，特别是一种基于物联网的分布式电源状态监测装置及方法。

背景技术

太阳能是最易获得的清洁能源。近来年，随着环境问题的日益严重和我国政府的政策支持，分布式光伏发电在电力系统中的比例越来越大。光伏发电可利用戈壁、山区、居民楼屋顶等平面空间铺设光伏太阳能电池板进行发电，方便快捷。大型分布式电源也日益增多。

然而随着分布式光伏并网问题也日益突出。首先，分布式光伏设备受表面灰尘、环境温度、直射角度以及风速等因素的影响，受环境影响较大，光伏板故障率较高，传统的监控设备未能获取以上的所有环境参数，因此对光伏设备的监控并不全面。其次，光伏板和逆变器设备会有自然老化，目前尚未有对光伏发电设备进行状态评估和全生命周期管理研究。光伏板和逆变器等设备多数仅进行电参数监控，其他环境状态参数只能依靠人工检修获得，劳动强度大，效率较低。

发明内容

本发明的目的提供一种基于物联网的分布式电源状态监测装置，该系统通过Zigbee搭建物联网络，通过设置传感器节点获取光伏板表面温度，获取逆变器直流输入参数和交流输出参数，进行电能质量分析和谐波分析，并且获取风速和风向信息、光伏阵列输出直流电压电流、逆变器输入直流电压电流、GPS定位坐标、太阳辐射强度、大气温度以及光伏表面灰尘附着程度等多种环境信息。后台监控终端通过VPN虚拟局域网，获取各个传感器结点信息，并保存历史数据。结合分布式光伏量测系统获取的电力信号信息和配电自动化的设备台账等管理信息，对分布式电源设备进行状态评价。后台终端软件通过人工智能技术，通过样本集的训练，实现分布式电源状态监测和故障预测。

本发明采取的技术方案为：

一种基于物联网的分布式电源状态监测装置，其特征是，包括前端采集单元和后台监控终端；前端采集单元用于获取包括光伏和风电在内的分布式电源工作状态和气象环境信息；所述后台终端实时记录前端采集单元获取的数据，并结合分布式电源电气监测数据和分布式电源设备台账数据，对分布式电源进行状态监测和全生命周期评估；通过对分布式电源故障数据集的学习、训练，评估分布式电源的健康状态和对故障进行预判。

所述前端采集单元在分布式电源处建立Zigbee蜂窝网络，将多个传感器结点通过物联网链接起来。

所述传感器结点包括：

贴片温度传感器，用于监测光伏电池板表面温度；

交流电压电流感知模块，用于获取逆变器输出端信息，分析并网电能质量；

风速与风向传感器，用于获取光伏板附近风力信息；

直流电压电流传感器，用于监测光伏阵列的输出和逆变器的输入；

GPS定位传感器，根据经纬度坐标和GPS时间基准计算当地太阳俯仰角，得到太阳直射角度和光伏发电效率的相互关系；

总辐射度传感器，用于记录当地太阳光辐射强度信息；

大气温度传感器，用于获取分布式电源的环境温度；

光伏板表面清洁度传感器，用于监测光伏板表面附灰程度。

所述前端采集单元还包括单片机控制器，用于将各个传感器结点的信息进行汇集。

还包括一工控机，单片机控制器汇集采集信息后通过串口发送给工控机网络。

所述工控机连接到互联网，并通过VPN服务和远程监控终端组件虚拟局域网络；工控机和后台监控终端均具有独立IP地址，从而实现点对点通讯。

所述后台监控终端根据获取的分布式电源周边大气温度、风速、风向、太阳辐射度、太阳辐射俯仰角和光伏板表面附尘环境参数，得出分布式电源发电效率、运行状态与环境参数的耦合关系。

所述后台监控终端根据获取的分布式电源周边的环境参数，预测分布式电源供电出力能力。

一种基于物联网的分布式电源状态监测方法，其特征是，由前端采集单元获取包括光伏和风电在内的分布式电源工作状态和气象环境信息；

后台终端实时记录前端采集单元获取的数据，并结合分布式电源电气监测数据和分布式电源设备台账数据，对分布式电源进行状态监测和全生命周期评估；

通过对分布式电源故障数据集的学习、训练，评估分布式电源的健康状态和对故障进行预判。

有益效果

本发明通过采用物联网技术，在前端采集分布式电源(如光伏和风电)工作状态和气象环境信息，并通过机器学习技术，在后台开展数据分析评估，进而对分布式电源进行状态评估和全生命周期管理，从而实现分布式电源实时状态监测和故障预警，对分布式电源友好并网和可靠运行提供了有效的技术支撑手段。