一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统，是电力系统微型动态模拟实验室的重要组成，包括：全彩阵列式LED灯盘、可调直流稳压电源、微型模拟光伏发电监测与控制一体机、标准化接线端子排和GPS模块天线，全彩阵列式LED灯盘安装于机柜表面，其余元件均封装于机柜内部。该系统可工作于等时间尺度运行模式、倍速时间尺度运行模式和缓速时间尺度运行模式，依据模拟实验要求动态仿真电力系统真实光伏发电装置的运行和控制特性，支持GPS信号进行授时定位，能够与服务器进行网络数据的双向实时传输。它具有模拟精度高、接口统一、集成度高、响应速度快、控制性能好、网络传输稳定、操作简便、与服务器应用程序无缝集成的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统
本专利技术涉及电力系统微型动态模拟
，尤其涉及一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统。
技术介绍
随着光伏发电技术成本不断降低，小型化、民用化、海量分布的光伏发电装置接入电力系统，必将对传统电力系统的安全稳定产生影响，光伏发电物理模拟技术的发展尤为关键。通常光伏发电模拟方法分为数字仿真方法和物理模拟方法。数字仿真方法是将光伏发电装置等效为一组微分代数方程，同其它电力系统元件集成在一个虚拟的程序平台中，用户可以根据需要，模拟任意时间尺度的光伏发电过程。实际模拟中，程序模拟依赖于程序内含的的数学模型，在新型光伏发电材料和技术诞生的初期，由于物理特性尚不明确，数字仿真方法无法精确的仿真其动态行为。物理模拟方法模拟光伏发电时，保留光伏电池板这一核心元件，在实验室内利用模拟自然光灯泡照射光伏电池板，进而产生满足实验要求的电能。模拟用光伏发电板容量按照实际光伏发电装置容量成比例缩小。物理模拟实验形象直观，物理概念清晰；然而，传统物理模拟方法中，电力系统模拟光伏发电装置由光伏电池板、模拟自然光灯泡、监测控制系统以及相关的辅助装置构成。实际应用中造价高、占地广、调控困难、维护复杂、扩展性差；模拟百kW级别发电能力的情况下，由于光伏电池板能量转换效率较低(最高不超过15％)，导致需要的光伏电池面积较大，需要的模拟自然光灯泡容量至少是光伏电池板容量的十倍，普通实验室内很难满足大容量模拟自然光灯泡的散热条件；电力系统微型动态模拟实验中，模拟元件需要依据系统的要求，调节其输出功率，利用模拟自然光灯泡的方法调节功率输出的过程较为繁琐，且时间精度较差。以上各原因都导致传统的光伏发电物理模拟装置难以满足现代电力系统的模拟需求。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统。本专利技术提供的全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统，包括微型模拟光伏发电监测与控制一体机，其中，所述微型模拟光伏发电监测与控制一体机包括微处理器、双通道模块电源、GPS授时定位模块、继电器单元和网络通信单元；所述微处理器连接网络通信单元、所述网络通信单元通过标准化接线端子排连接可调直流稳压电源，所述网络通信单元通过所述标准化接线端子排连接到服务器；所述微处理器通过所述标准化接线端子排连接GPS授时定位模块和全彩阵列式LED灯盘；所述微处理器通过控制线控制所述继电器单元；所述双通道模块电源包含两个电源输出通道，其中一个电源输出通道向所述微处理器、所述GPS授时定位模块、所述网络通信单元和所述全彩阵列式LED灯盘供电，另一个电源输出通道向所述继电器单元供电；所述GPS授时定位模块通过所述标准化接线端子排连接GPS模块天线；所述微处理器接收所述GPS授时定位模块的时间信息，并形成同步、倍速或者缓速于时间信息的模拟实验时间，所述微处理器按照同步、倍速或者缓速的模拟实验时间控制模拟进行。优选的，所述全彩阵列式LED灯盘由按8行18列阵列排列于灯盘底座的的144个全彩色LED灯珠构成，所述全彩色LED灯珠设置有5个引脚：正极、负极、RGB(红、绿、蓝)控制引脚，所述正极通过正极供电总线且所述负极通过负极供电总线连接于所述双通道模块电源的一个电源输出通道，所述RBG(红、绿、蓝)控制引脚分别通过红色串行控制总线绿色串行控制总线，蓝色串行控制总线连接于所述标准化接线端子排，进而连接到所述微处理器。优选的，所述全彩阵列式LED灯盘分为由5行、18列所述全彩色LED灯珠构成的输出功率数字显示区，由3行、6列所述全彩色LED灯珠构成的电源状态显示区、通信状态显示区以及功率调整状态显示区，所述输出功率数字显示区内从左至右每三列为一组，供六组，六组依次为不同位级的数字显示区。优选的，模拟真实光伏发电装置的功率输出特性的所述可调直流稳压电源包括电能输出通道1、电能输出通道2、电源插座以及网络接口，所述可调直流稳压电源内置专用网络通信协议；所述电源插座连接电网，所述网络接口通过所述标准化接线端子排连接到所述网络通信单元，所述电能输出通道1和所述电能输出通道2通过标准化接线端子排连接到负载。优选的，所述继电器单元包括继电器保护电路、光电耦合电路和继电器，所述微处理器通过控制线控制连接所述光电耦合器，所述光电耦合器连接所述双通道模块电源与所述继电器，所述继电器保护电路直接并接在控制线和信号地之间，所述继电器设置于连接于可调直流稳压电源的逆变器与实验负载之间。优选的，所述继电器保护电路包括充电电容C1，所述充电电容C1的一端同时接5V电源和电容C4的一端，所述电容C4的另一端接地，所述充电电容C1的另一端同时连接电阻R10的一端和非门控制器U14的输入端，所述电阻R10的另一端接地，所述非门控制器U14的输出端接电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端同时接电阻R9的一端和三极管Q1的基极，所述电阻R9的另一端接地，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极接所述光电耦合器的输入端。优选的，所述微型模拟光伏发电监测与控制一体机具有两种运行状态：待机运行状态和模拟实验运行状态，所述模拟实验运行状态包括：等时间尺度运行模式、倍速时间尺度运行模式和缓速时间尺度运行模式。优选的，所述微处理器根据时间因子形成同步、倍速或者缓速于时间信息的模拟实验时间，所述时间因子的范围为1/10-10，所述时间因子控制所述微型模拟光伏发电监测与控制一体机的模拟实验运行状态。优选的，所述微处理器通过增量式数字PID控制算法控制可调直流稳压电源的输出。优选的，所述标准化接线端子排包括强电出线端子、网络接线端子、串口接线端子；所述强电出线端子连接所述可调直流稳压电源与实验负载，所述网络接线端子连接所述网络通信单元与所述可调直流稳压电源，所述网络接线端子连接所述网络通信单元与服务器，所述串口接线端子连接所述微处理器与全彩阵列式LED灯盘，所述串口接线端子连接所述微处理器与GPS授时定位模块。与相关技术相比较，本专利技术的一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统具有如下有益效果：本专利技术提供的一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统集全彩阵列式LED灯盘、可调直流稳压电源、标准化接线端子排、微型模拟光伏发电监测与控制一体机于一体，极大程度上缩小了模拟单元的体积；利用可调直流稳压电源替代了传统模拟自然光灯泡和光伏电池板的组合，灯泡的排除降低了散热要求，本专利技术能够根据模拟要求，实时高精度地调节可调直流稳压电源来调整模拟光伏发电的输出功率，调节灵活、准确；所述微处理器通过依据时间因子与GPS授时定位模块生成的模拟实验时间来发送执行控制指令，实现同步，倍速缓速的模拟；全彩阵列式LED灯盘向实验人员提供了更为明晰和直观的灯光信号；微处理器和网络通信单元实现了本专利技术和服务器间监测数据和控制命令的双向连接；本专利技术作为电力系统真实光伏发电装置的微型物理模拟单元，既可以独立运行以模拟光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统，其特征在于，包括微型模拟光伏发电监测与控制一体机，其中，/n所述微型模拟光伏发电监测与控制一体机包括微处理器、双通道模块电源、GPS授时定位模块、继电器单元和网络通信单元；/n所述微处理器连接网络通信单元、所述网络通信单元通过标准化接线端子排连接可调直流稳压电源，所述网络通信单元通过所述标准化接线端子排连接到服务器；/n所述微处理器通过所述标准化接线端子排连接所述GPS授时定位模块和全彩阵列式LED灯盘；所述微处理器通过控制线控制所述继电器单元；/n所述双通道模块电源包含两个电源输出通道，其中一个电源输出通道向所述微处理器、所述GPS授时定位模块、所述网络通信单元和所述全彩阵列式LED灯盘供电，另一个电源输出通道向所述继电器单元供电；/n所述GPS授时定位模块通过所述标准化接线端子排连接GPS模块天线；/n所述微处理器接收所述GPS授时定位模块的时间信息，并形成同步、倍速或者缓速于时间信息的模拟实验时间，所述微处理器按照同步、倍速或者缓速的模拟实验时间控制模拟进行。/n

【技术特征摘要】
1.一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统，其特征在于，包括微型模拟光伏发电监测与控制一体机，其中，
所述微型模拟光伏发电监测与控制一体机包括微处理器、双通道模块电源、GPS授时定位模块、继电器单元和网络通信单元；
所述微处理器连接网络通信单元、所述网络通信单元通过标准化接线端子排连接可调直流稳压电源，所述网络通信单元通过所述标准化接线端子排连接到服务器；
所述微处理器通过所述标准化接线端子排连接所述GPS授时定位模块和全彩阵列式LED灯盘；所述微处理器通过控制线控制所述继电器单元；
所述双通道模块电源包含两个电源输出通道，其中一个电源输出通道向所述微处理器、所述GPS授时定位模块、所述网络通信单元和所述全彩阵列式LED灯盘供电，另一个电源输出通道向所述继电器单元供电；
所述GPS授时定位模块通过所述标准化接线端子排连接GPS模块天线；
所述微处理器接收所述GPS授时定位模块的时间信息，并形成同步、倍速或者缓速于时间信息的模拟实验时间，所述微处理器按照同步、倍速或者缓速的模拟实验时间控制模拟进行。


2.根据权利要求1所述的一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统，其特征在于，所述全彩阵列式LED灯盘由按8行18列阵列排列于灯盘底座的的144个全彩色LED灯珠构成，所述全彩色LED灯珠设置有5个引脚：正极、负极、RGB(红、绿、蓝)控制引脚，所述正极通过正极供电总线且所述负极通过负极供电总线连接于所述双通道模块电源的一个电源输出通道，所述RBG(红、绿、蓝)控制引脚分别通过红色串行控制总线绿色串行控制总线，蓝色串行控制总线连接于所述标准化接线端子排，进而连接到所述微处理器。


3.根据权利要求2所述的一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统，其特征在于，所述全彩阵列式LED灯盘分为由5行、18列所述全彩色LED灯珠构成的输出功率数字显示区，由3行、6列所述全彩色LED灯珠构成的电源状态显示区、通信状态显示区以及功率调整状态显示区，所述输出功率数字显示区内从左至右每三列为一组，供六组，六组依次为不同位级的数字显示区。


4.根据权利要求1所述的一种全彩阵列式LED微型模拟光伏发电监测与控制系统，其特征在于，模拟真实光伏发电装置的功率输出特性的所述可调直流稳压电源包括电能输出通道1、电能输出通道2、电源插座以及网络接口，所述可调直流稳压电源内置专用网络通信协议；所述电源插座连接电网，所述网络接口通过所述标准化接线端子排连接到所述网络通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，吴奎华，梁荣，冯亮，杨慎全，杨波，刘淑莉，李凯，张雯，李昭，邓少治，庞怡君，杨扬，刘钊，崔灿，綦陆杰，王耀雷，赵韧，张博颐，王延朔，刘蕊，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司经济技术研究院，山东智源电力设计咨询有限公司，济南经纬电力工程咨询有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37