專利名稱：太陽能光伏電站dcs集散控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉光伏電站控制系統技術領域，特別是一種太陽能光伏電站DCS集散控制系統。
背景技術：
當前，我國光伏電站建設正處于示范項目建設期到中大規模普及階段過渡期，在大規模光伏電站監控管理系統上比較薄弱。而光伏電站通常地處偏遠、交通不便，較低的自動化、信息化管理水平，為電站的管理和維護方面帶來諸多困難。現有跟蹤式光伏電站主要采用單機控制模式或主從模式，多數是基于PLC的控制解決方案。現場總線技術，通過采用全分散、全數字化、雙向多點的通信控制模式，在實時性、 可靠性、維護性、實現性等方面具有顯著優點。現場總線在光伏電站中的應用較少，偶有展現也是對其進行強行移植到光伏領域，沒有針對該領域而開發出有針對性的網絡結構和設備。由于成本、穩定性、系統可靠性、可拓展性等方面的原因，現有跟蹤式光伏電站的控制模式還不能滿足大型跟蹤式光伏電站建設的需要。在跟蹤式光伏電站，特別是大型跟蹤式光伏電站集散控制中的應用，仍然處于初步探索階段。
實用新型內容本實用新型的發明目的在于針對上述存在的問題，提供一種適用于多樣化跟蹤式光伏發電設備的光伏電站智能監控管理系統，可對跟蹤平板、跟蹤聚光、單軸跟蹤、雙軸跟蹤等不同類型的跟蹤式光伏發電機組成的，不同規模離網/并網型光伏電站進行有效的統ー監測、分散控制和多樣化遠程管理。本實用新型的技術方案是這樣實現的太陽能光伏電站DCS集散控制系統，其特征在于包括現場控制層、陣列控制層、主控層和管理層；所述現場控制層包括用于驅動光伏組件對準太陽的跟蹤控制器、匯流箱、逆變器、升壓變壓器以及氣象站，同機型的跟蹤控制器或者有共同特征的跟蹤控制器構成ー個陣列；所述陣列控制層包括陣列控制器和485集線器，每ー個由太陽能光伏組件組成的陣列通過RS485總線與對應的陣列控制器連接，所述陣列控制器通過RS485總線與485集線器連接，所述匯流箱、逆變器、升壓變壓器以及氣象站分別通過RS485總線與對應的另ー個485集線器連接；所述主控層包括區域服務器以及LINK，所述陣列控制器通過對應的485集線器與區域服務器連接，所述區域服務器通過獲取GPS準確的UTC時間和經緯度來對整個區域的跟蹤控制器授時進行時間同步及信息查詢和控制；所述管理層由現場管理系統和遠程管理系統構成，用于接收主控層傳輸的信號，對整個電站的設備進行全自動監控管理。本實用新型所述的太陽能光伏電站DCS集散控制系統，其所述區域服務器、陣列控制器、LINK、跟蹤控制器均為具有獨立智能自動控制的基于ARM + RTOS嵌入式系統結構。本實用新型所述的太陽能光伏電站DCS集散控制系統，其在管理層中，所述現場管理系統用于對整個電站所有區域服務器、氣象站、跟蹤控制器、匯流箱、逆變器進行全自動監控管理；所述遠程管理系統包括遠程電站監控和移動監控。本實用新型所述的太陽能光伏電站DCS集散控制系統，其在遠程管理系統中，所述遠程電站監控通過INTERNET實現對整個電站所有設備進行監控和管理，所述移動監控通過GPRS實現對整個電站所有設備進行監控 和管理。本實用新型基于對現場跟蹤設備類型以及分散控制集中管理的理念對大型光伏電站進行區域劃分，區域與區域隔離，區域內陣列與陣列隔離，陣列內跟蹤控制器與跟蹤控制器相互獨立運行，這樣的劃分使得電站內區域的擴展、維護或者其中ー個區域出現故障都不會影響其他區域的運行，區域內陣列的擴展、維護或者其中ー個陣列出現故障都不會影響本區域內其他陣列的運行，陣列內跟蹤控制器的擴展、維護或者其中一個跟蹤控制器出現故障都不會影響本陣列內其他跟蹤控制器的運行。而區域的控制則基于易操作、易維護、控制簡單的設計理念為基礎，通過授時的方式可實現現場所有設備的時間同步；通過廣播的方式實現現場所有設備進入防風，防雪狀態；通過對網絡節點的尋址可逐層找到現場控制層的每一臺設備進行単獨操作。在管理方面分為了現場管理和遠程管理兩大模塊，而對于遠程管理又分為internet和GPRS兩種不同的模式，加入GPRS模式的遠程管理可以實現隨時隨地的移動管理和維護，讓電站維護工程師可以隨時隨地的了解電站的運行狀態，與傳統電站的管理相比會節省大量的人力物カ且能明顯提高效率。本系統不論是網絡的結構還是控制理念以及現代化的管理方式都能有效提升大型跟蹤式光伏電站穩定性、可擴展性、易維護、易監控易管理性，對推動大規模跟蹤式光伏電站尤其是聚光光伏電站的建設有積極意義。
圖I是本實用新型其中ー個區域的系統結構示意圖。圖2是本實用新型的系統結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一歩詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖I和2所示，一種太陽能光伏電站DCS集散控制系統，包括現場控制層、陣列
控制層、主控層和管理層。所述現場控制層包括若干個跟蹤控制器、逆變器、匯流箱、升壓變壓器以及氣象站，同機型的跟蹤控制器或者有共同特征的跟蹤控制器構成ー個陣列，其中，所述跟蹤控制器采用ARM體系結構的處理器，具有エ業應用和專業電機動控制的功能模塊，將系統控制模塊化，簡化了控制系統整體結構，提高了控制系統的可穩定性和降低了開發難度縮短了開發周期。[0020]所述陣列控制層包括陣列控制器和485集線器，每ー個由太陽能光伏組件組成的陣列通過RS485總線與對應的陣列控制器連接，所述陣列控制器通過RS485總線與485集線器連接，所述匯流箱、逆變器、升壓變壓器以及氣象站分別通過RS485總線與對應的另ー個485集線器連接。所述主控層包括區域服務器、485集線器以及LINK，所述陣列控制器通過對應的485集線器與區域服務器連接，所述區域服務器通過獲取GPS準確的UTC時間和經緯度來對整個區域的跟蹤控制器授時進行時間同步及信息查詢和控制，所述LINK集成逆變器、匯流箱、氣象站等通信協議，將這些設備數據采集管理再上傳到高層網絡，其中，所述區域服務器、陣列控制器以及LINK為具有獨立智能自動控制的基于ARM + RTOS嵌入式系統結構。所述區域服務器核心為授時系統和管理模塊。其中授時系統負責在規定的時間對其下的跟蹤控制器進行授時，時間同步；而管理模塊則統ー管理向上的報警信息和向下的控制命令，由于整個電站是按照片區的規劃模式劃分的，所以每臺區域服務器也有在電站中的唯一標示地址，整個電站中區域服務器地址=其自身的標示地址。所述陣列控制器以管理為核心， 連接上層和管理下層。陣列控制器是太陽能跟蹤控制器最直接的管理者，同理，每臺陣列控制器在區域服務器下面具有唯一的標示地址，在整個電站中，陣列控制器的地址=區域服務器地址+此服務器下陣列控制器地址。所述485集線器具有非常重要的網絡特性，它能夠將每個陣列控制器獨立開來，在硬件上做到光耦隔離，這樣危險和故障在某一個陣列上產生的時候不會傳遞到其他陣列，同時也不會影響到上層系統。采用多臺485集線器串接的方式可以大大擴展整個區域服務器的容量。所述管理層包括現場管理系統和遠程管理系統。其中現場管理系統的主要功能是以最近最快的方式對整個電站的運行情況進行監控。現場管理系統可以方便而快捷的對整個電站的所有設備進行控制，查詢。在發現異常時根據異常嚴重性進行不同類別的報警；遠程管理系統包括internet和GPRS網絡的管理和監控。Internet連接到企業總服務器進行數據的保存和顯示，GPRS網絡則可以實現隨時隨地的監控。現場管理系統在發現較高等級的異常后會分別向企業總部和高級工程師發送報警信息，讓電站工程師能夠在第一時間了解情況進而快速分析和提出解決方案。本實用新型一種太陽能光伏電站DCS集散控制系統的控制方法是a)、區域服務器從GPS獲取當前的UTC時間和當地經緯度信息對各個陣列進行時間同步；b)、區域服務器采用以C0RTEX-M3內核的高性能CPU作為控制核心，對各個陣列進行信息查詢和重要控制；C)、現場跟蹤控制器在時間同步后，根據實時時間和經緯度信息按照地平坐標系計算出太陽當前位置，驅動電機進行跟蹤。在現場控制層中，氣象站實時采集現場各項參數與逆變器和匯流箱等設備通過MODBUS協議接入主控層的LINK，并經由主控層的485集線器通過光纖傳輸至管理層，由現場管理系統清晰展示整個電站的環境和運行情況。在管理層中，管理系統數據來源分為主動訪問和自動上傳兩種方式；所述主動詢問方式是上層軟件對本區域每臺跟蹤控制器的訪問都是通過地址查詢來得到，當上層軟件需要訪問某臺或某陣列設備時，需給出該設備準確的地址，而設備地址=區域服務器地址+陣列控制器地址+跟蹤控制器地址。跟蹤控制器在收到命令后會及時應答；所述自動上傳方式是跟蹤控制器自發的向上層傳遞數據，傳遞時跟蹤控制器需要添加自己的地址，陣列控制器在收到后又需要添加陣列控制器的地址然后將數據再上傳，區域服務器在收到后再將區域服務器自己的地址添加發送出去，然后管理層在收到最終的數據后便知道該數據的準確來源。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.太陽能光伏電站DCS集散控制系統，其特征在于包括現場控制層、陣列控制層、主控層和管理層； 所述現場控制層包括用于驅動光伏組件對準太陽的跟蹤控制器、匯流箱、逆變器、升壓變壓器以及氣象站，同機型的跟蹤控制器或者有共同特征的跟蹤控制器構成ー個陣列； 所述陣列控制層包括陣列控制器和485集線器，每ー個由太陽能光伏組件組成的陣列通過RS485總線與對應的陣列控制器連接，所述陣列控制器通過RS485總線與485集線器連接，所述匯流箱、逆變器、升壓變壓器以及氣象站分別通過RS485總線與對應的另ー個485集線器連接； 所述主控層包括區域服務器以及LINK，所述陣列控制器通過對應的485集線器與區域服務器連接，所述區域服務器通過獲取GPS準確的UTC時間和經緯度來對整個區域的跟蹤控制器授時進行時間同步及信息查詢和控制； 所述管理層由現場管理系統和遠程管理系統構成，用于接收主控層傳輸的信號，對整個電站的設備進行全自動監控管理。
2.根據權利要求I所述的太陽能光伏電站DCS集散控制系統，其特征在于所述區域服務器、陣列控制器、LINK、跟蹤控制器均為具有獨立智能自動控制的基于ARM + RTOS嵌入式系統結構。
3.根據權利要求2所述的太陽能光伏電站DCS集散控制系統，其特征在于在管理層中，所述現場管理系統用于對整個電站所有區域服務器、氣象站、跟蹤控制器、匯流箱、逆變器進行全自動監控管理；所述遠程管理系統包括遠程電站監控和移動監控。
4.根據權利要求3所述的太陽能光伏電站DCS集散控制系統，其特征在于在遠程管理系統中，所述遠程電站監控通過INTERNET實現對整個電站所有設備進行監控和管理，所述移動監控通過GPRS實現對整個電站所有設備進行監控和管理。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能光伏電站DCS集散控制系統，包括現場控制層、陣列控制層、主控層和管理層，所述現場控制層包括跟蹤控制器、匯流箱、逆變器、升壓變壓器以及氣象站；所述陣列控制層包括陣列控制器和485集線器；所述主控層包括區域服務器、LINK以及485集線器；所述管理層由現場管理系統和遠程管理系統構成，用于接收主控層傳輸的信號，對整個電站的設備進行全自動監控管理。本系統不論是網絡的結構還是控制理念以及現代化的管理方式都能有效提升大型跟蹤式光伏電站穩定性、可擴展性、易維護、易監控易管理性，對推動大規模跟蹤式光伏電站尤其是聚光光伏電站的建設有積極意義。
文檔編號G05B19/418GK202453723SQ20122004272
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月10日 優先權日2012年2月10日
發明者黃忠 申請人:四川鐘順太陽能開發有限公司