[发明专利]用于光伏组件监测的直流载波安全认证系统及认证方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源光伏组件监测技术领域，具体涉及一种用于光伏组件监测的直流载波安全认证系统及认证方法。

 

背景技术

目前，主要通过对太阳能发电系统中逆变器电流电压的监测来检查光伏组件是否正常工作。这种方式只能监测到某一串光伏组件是否正常工作，无法第一时间准确定位故障的太阳能电池板。在大型光伏电站的组件阵列中如有太阳能电池板损坏，会给发电系统带来损失，而且依靠人工检查费时费力，不能满足系统抢修的要求。另外，现有的太阳能发电系统中的通信方式大多采用485串口通讯或者Zigbee无线射频通信。这些通信方式在光伏电站那种恶劣环境下，通信的有效性、安全性、抗干扰性和易扩展性等都无法保证。

    

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光伏组件监测的直流载波安全认证系统及认证方法，该认证系统及认证方法能够解决现有太阳能发电系统中光伏组件故障监测与通讯保障中的难题。这既可以实现对光伏组件电压、电流、温度等信息的实时检测，又可利用直流载波技术进行数据上传或指令下发，从而迅速发现光伏组件故障、提高系统工作效率，并保障监控系统数据安全。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种用于光伏组件监测的直流载波认证系统，包括电压采集电路、电流采集电路、环境监测仪、MCU微处理器、载波通信模块和电源管理模块。

所述的电压采集电路的输入端和电流采集电路的输入端分别与太阳能电池盒的输出端相连。所述的MCU微处理器的输入端分别与环境监测仪的输出端、电压采集电路的输出端以及电流采集电路的输出端相连。所述的MCU微处理器与载波通信模块交互连接。所述的载波通信模块通过直流电源线与汇流箱监控主节点交互连接。所述的电源管理模块的输入端与太阳能电池盒的输出端相连，电源管理模块的输出端分别与MCU微处理器的输入端、载波通信模块的输入端相连。

进一步的，所述的载波通信模块包括载波发送单元和载波接收单元。所述的载波发送单元包括载波调制电路、第一模拟前端电路、功率放大电路和第一耦合电路。所述的载波接收单元包括第二耦合电路、第二模拟前端电路和载波解调电路。

更进一步的，所述的载波调制电路的输入端与UART接口的输出端相连，载波调制电路的输出端与第一模拟前端电路的输入端相连。所述的第一模拟前端电路的输出端与功率放大电路的输入端相连。所述的功率放大电路的输出端与第一耦合电路的输入端相连。所述的第一耦合电路的输出端通过直流电源线与汇流箱监控主节点的输入端相连。

所述的汇流箱监控主节点的输出端与第二耦合电路的输入端相连。所述的第二耦合电路的输出端与第二模拟前端电路的输入端相连。所述的第二模拟前端电路的输出端与载波解调电路的输入端相连。所述的载波解调电路的输出端与UART接口的输入端相连。

从本质上讲，载波通信模块用于完成UART串口与电力线通信数据的相互转换。具体地说，载波发送单元的工作过程是：（1）从UART接口接收数据，由载波调制电路进行载波调制；（2）由第一模拟前端电路对信号进行滤波、数模转换、前置线路驱动等处理；（3）由功率放大电路对信号进行放大；（4）由第一耦合电路将信号耦合到直流电源线上；（5）由直流电源线将耦合信号发送至汇流箱监控主节点。

载波接收单元的工作过程是：（1）汇流箱监控主节点发出的信号经直流电源线传输至第二耦合电路；（2）由第二耦合电路对直流电源线上的信号进行耦合；（3）由第二模拟前端电路对信号进行滤波、增益控制以及模数转换等处理；（4）由载波解调电路对信号进行解调，得到载波数据从UART接口输出。

本发明还涉及一种上述用于光伏组件监测的直流载波安全认证系统的认证方法，该认证方法用于汇流箱监控主节点和光伏组件监控子节点之间的交互控制和鉴别认证。该安全认证是在光伏组件监控子节点重启，或者需要依据安全策略初始化时进行启动。所述的安全认证基于子节点的64位MAC地址和私钥两个参数； 64位MAC地址是公开的；私钥即认证密钥，仅在主节点和子节点中是共享的，集成在主节点和子节点模块中，相互的身份验证要基于双方公知的PSK秘钥。所述的子节点MAC地址和私钥PSK均配置和存储在子节点FLASH上。汇流箱监控主节点接收光伏组件监控子节点发来的加入网络的请求，并验证私钥。汇流箱监控主节点向光伏组件监控子节点发送安全信息，由子节点进行应答，以此进行安全认证交互。所述的安全信息是通过封装的安全协议进行传输的。

具体地说，该认证方法包括以下步骤：