[實用新型]一種基于邊緣計算的光伏電站電弧故障監控裝置

有效

• 申請號: 201822239125.6
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN209149127U
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 袁楠;張飛飛;許強
• 申請（專利權）人: 蘇州易助能源管理有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 蘇州華博知識產權代理有限公司 32232
• 代理人: 蘭仙梅

本實用新型提供了一種基于邊緣計算的光伏電站電弧故障監控裝置，包括：光伏組件控制器和DTU集中器、云服務器、用戶終端；所述光伏組件控制器，安裝于光伏組件，其集成了：電弧檢測單元、MCU處理器單元、ZigBee通信單元；所述DTU集中器組成所述ZigBee通信單元的匯集節點，通過無線通信網絡將電弧故障事件轉發至云服務器，所述用戶終端用于讀取云服務器的數據，實現光伏電站內每片光伏組件電弧故障可視化監控。本實用新型在現有的光伏組件控制器和電弧檢測器設計的基礎上，再通過硬件及軟件的改進，使得光伏組件控制器具有一定邊緣計算能力，提高了計算效率和速度，同時達到了高效實時的電弧故障報警，達到了意想不到的有益效果。

技術領域

本實用新型涉及物聯網及光伏領域，具體涉及一種基于邊緣計算的光伏電站電弧故障監控裝置。

背景技術

分布式光伏近年來在我國取得了巨大的發展，2017年中國分布式光伏發電裝機容量約為19.4GW，比2016年高3.6倍，在中國太陽能光伏發電總裝機容量中的占比為27.1％，產生了13.7TWh的電力，足以為北京所有家庭供電7.5個月。目前，中國的分布式光伏發電裝置主要安裝在中國經濟最繁榮的東部和南部，分布式光伏絕大多數直接安裝在建筑物屋頂上或社區公共空間，因此與用戶、建筑、社區、城市也是緊密結合。隨著我國分布式光伏電站的大規模建設，安全質量問題也逐漸已經成為了光伏電站長期穩定發電的頭號殺手，極端情況下還有可能發生火災或者觸電這樣的嚴重事故，不僅影響發電量，而且對財產甚至人身生命安全都將產生嚴重的影響。因此安全質量問題已經成為光伏電站，尤其是分布式光伏系統，在設計、建設和運行時首要應考慮的問題。

目前對于光伏系統直流側電弧故障檢測的方法主要有兩種。第一種是基于電壓電流波形變化的檢測方法。在電弧故障發生時，電弧兩端的電流會瞬間下降，而電弧兩端的電壓會瞬間提高。該方法的優點是檢測方法較為簡單，但由于光伏系統受光照和溫度的影響較大，故輸出電流和電壓的幅值不穩定，因此很難區分是由環境原因造成的電流和電壓的變化還是由于電弧故障引起的變化。第二種方法是基于頻率特性的檢測方法。當電弧故障發生時，常伴隨有某一特定的高頻信號，在正常工作情況下該高頻信號并不會出現，一旦該信號出現，則表明存在直流電弧故障。當前已有利用第二種方法生產的專用直流電弧故障檢測器。

以上兩種電弧故障的檢測，均是在光伏組件和匯流箱或者逆變器端(即直流側)進行檢測，是對整個光伏系統直流側電弧故障檢測而非光伏組件級的檢測。當電弧故障出現時會出現火災隱患，現有方案不能快速定位故障點，需要運維人員對所有光伏組件和線纜逐一排查，工作量巨大且效率低下，安全隱患上升。而且在排除電弧故障的時間段內整個光伏系統是不能工作的，同時造成了發電收益的損失。

由于上述技術和數據問題，客觀上影響了組件控制器的數據價值和應用效果，難以做到及時、準確、快速的數據處理與事件響應。這其中一個重要原因就是目前市場上的光伏組件控制器都不具備邊緣計算的能力，即控制器只能進行基本的數據采集和傳輸，只能由服務器遠程控制，發電數據存儲在云服務器上，本地無法對實時和歷史數據進行存儲、查詢、計算、分析和判斷。當控制器的數量不斷增加的時候，云服務器的數據吞吐量和計算能力會承受巨大壓力，嚴重時甚至導致服務器崩潰。

邊緣計算是指在靠近物或數據源頭的一側，采用網絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程序在邊緣側發起，產生更快的網絡服務響應，滿足行業在實時業務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。根據市場研究公司Research and Markets發布的報告，邊緣計算的市場規模復合年均增長率高達35.2％。邊緣計算是將計算、網絡、存儲、帶寬等能力從云延伸到網絡邊緣側的新型架構模式，萬物互聯的智能社會腳步臨近，以物聯網、人工智能、VR/AR、區塊鏈、SDN、5G等為代表的先進ICT技術發展正在推動著產業的變革。邊緣計算以其所具備的實時、敏捷、智能、安全等特性，正在創造新的價值與生態體系。一種具有邊緣計算能力的光伏電站電弧故障監控裝置有待開發。

實用新型內容