[实用新型]一种基于边缘计算的光伏电站电弧故障监控装置

说明书

本实用新型提供了一种基于边缘计算的光伏电站电弧故障监控装置，包括：光伏组件控制器和DTU集中器、云服务器、用户终端；所述光伏组件控制器，安装于光伏组件，其集成了：电弧检测单元、MCU处理器单元、ZigBee通信单元；所述DTU集中器组成所述ZigBee通信单元的汇集节点，通过无线通信网络将电弧故障事件转发至云服务器，所述用户终端用于读取云服务器的数据，实现光伏电站内每片光伏组件电弧故障可视化监控。本实用新型在现有的光伏组件控制器和电弧检测器设计的基础上，再通过硬件及软件的改进，使得光伏组件控制器具有一定边缘计算能力，提高了计算效率和速度，同时达到了高效实时的电弧故障报警，达到了意想不到的有益效果。

技术领域

本实用新型涉及物联网及光伏领域，具体涉及一种基于边缘计算的光伏电站电弧故障监控装置。

背景技术

分布式光伏近年来在我国取得了巨大的发展，2017年中国分布式光伏发电装机容量约为19.4GW，比2016年高3.6倍，在中国太阳能光伏发电总装机容量中的占比为27.1％，产生了13.7TWh的电力，足以为北京所有家庭供电7.5个月。目前，中国的分布式光伏发电装置主要安装在中国经济最繁荣的东部和南部，分布式光伏绝大多数直接安装在建筑物屋顶上或社区公共空间，因此与用户、建筑、社区、城市也是紧密结合。随着我国分布式光伏电站的大规模建设，安全质量问题也逐渐已经成为了光伏电站长期稳定发电的头号杀手，极端情况下还有可能发生火灾或者触电这样的严重事故，不仅影响发电量，而且对财产甚至人身生命安全都将产生严重的影响。因此安全质量问题已经成为光伏电站，尤其是分布式光伏系统，在设计、建设和运行时首要应考虑的问题。

目前对于光伏系统直流侧电弧故障检测的方法主要有两种。第一种是基于电压电流波形变化的检测方法。在电弧故障发生时，电弧两端的电流会瞬间下降，而电弧两端的电压会瞬间提高。该方法的优点是检测方法较为简单，但由于光伏系统受光照和温度的影响较大，故输出电流和电压的幅值不稳定，因此很难区分是由环境原因造成的电流和电压的变化还是由于电弧故障引起的变化。第二种方法是基于频率特性的检测方法。当电弧故障发生时，常伴随有某一特定的高频信号，在正常工作情况下该高频信号并不会出现，一旦该信号出现，则表明存在直流电弧故障。当前已有利用第二种方法生产的专用直流电弧故障检测器。

以上两种电弧故障的检测，均是在光伏组件和汇流箱或者逆变器端(即直流侧)进行检测，是对整个光伏系统直流侧电弧故障检测而非光伏组件级的检测。当电弧故障出现时会出现火灾隐患，现有方案不能快速定位故障点，需要运维人员对所有光伏组件和线缆逐一排查，工作量巨大且效率低下，安全隐患上升。而且在排除电弧故障的时间段内整个光伏系统是不能工作的，同时造成了发电收益的损失。

由于上述技术和数据问题，客观上影响了组件控制器的数据价值和应用效果，难以做到及时、准确、快速的数据处理与事件响应。这其中一个重要原因就是目前市场上的光伏组件控制器都不具备边缘计算的能力，即控制器只能进行基本的数据采集和传输，只能由服务器远程控制，发电数据存储在云服务器上，本地无法对实时和历史数据进行存储、查询、计算、分析和判断。当控制器的数量不断增加的时候，云服务器的数据吞吐量和计算能力会承受巨大压力，严重时甚至导致服务器崩溃。

边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。根据市场研究公司Research and Markets发布的报告，边缘计算的市场规模复合年均增长率高达35.2％。边缘计算是将计算、网络、存储、带宽等能力从云延伸到网络边缘侧的新型架构模式，万物互联的智能社会脚步临近，以物联网、人工智能、VR/AR、区块链、SDN、5G等为代表的先进ICT技术发展正在推动着产业的变革。边缘计算以其所具备的实时、敏捷、智能、安全等特性，正在创造新的价值与生态体系。一种具有边缘计算能力的光伏电站电弧故障监控装置有待开发。

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