全文摘要
一种光储充电站用多电气接口数据采集和故障录波装置，涉及新能源储能领域。包括构建有CAN通信接口、UDP通信接口、232串行通信接口、485串行通信接口、协议转换单元、数据存储单元的FPGA模块，所述UDP连接接口用于连接光储充电站的能量管理系统，所述CAN连接接口、232连接接口、485连接接口用于连接底层执行单元。本实用新型采用的接口包括常规所有标准通信接口，如CAN口、232接口、485接口。本是实用新型的485连接接口采用非标准高速通信串口，波特率可以达到近100Mbps。本实用新型的数据采集和故障录波装置采用FPGA作为主控制MCU，内部构造的多个通信接口可以并行运行。
主设计要求
1.一种光储充电站用多电气接口数据采集和故障录波装置，其特征在于：包括构建有CAN通信接口、UDP通信接口、232串行通信接口、485串行通信接口、协议转换单元、数据存储单元的FPGA模块，CAN通信接口、UDP通信接口、232串行通信接口、485串行通信接口、数据存储单元分别与协议转换单元连接；CAN通信接口通过第一电平转换电路连接有CAN连接接口，UDP通信接口通过第二电平转换电路连接有UDP连接接口，232串行通信接口通过第三电平转换电路连接有232连接接口，485串行通信接口通过第四电平转换电路连接有485连接接口，所述UDP连接接口用于连接光储充电站的能量管理系统，所述CAN连接接口、232连接接口、485连接接口用于连接底层执行单元。
设计方案
1.一种光储充电站用多电气接口数据采集和故障录波装置，其特征在于：包括构建有CAN通信接口、UDP通信接口、232串行通信接口、485串行通信接口、协议转换单元、数据存储单元的FPGA模块，CAN通信接口、UDP通信接口、232串行通信接口、485串行通信接口、数据存储单元分别与协议转换单元连接；
CAN通信接口通过第一电平转换电路连接有CAN连接接口，UDP通信接口通过第二电平转换电路连接有UDP连接接口，232串行通信接口通过第三电平转换电路连接有232连接接口，485串行通信接口通过第四电平转换电路连接有485连接接口，所述UDP连接接口用于连接光储充电站的能量管理系统，所述CAN连接接口、232连接接口、485连接接口用于连接底层执行单元。
2.根据权利要求1所述的一种光储充电站用多电气接口数据采集和故障录波装置，其特征在于：底层执行单元包括电池管理系统、储能变流器系统、光伏发电单元、充电终端单元。
3.根据权利要求1所述的一种光储充电站用多电气接口数据采集和故障录波装置，其特征在于：能量管理系统设置有能量管理系统主机和能量管理系统从机、并分配相同的端口地址。
4.根据权利要求1所述的一种光储充电站用多电气接口数据采集和故障录波装置，其特征在于：第四电平转换电路采用非标485通信接口逻辑电路，包括485转换芯片、电阻R25、R26、R29、电容C11，485转换串口芯片的1脚、4脚与485串行通信接口连接，芯片的2脚、3脚并接、用于连接输入端电源，485转换芯片的5脚接地并连接电阻R29的一端、7脚连接电阻R29的另一端、8脚连接输出端电源以及电阻R25的一端、6脚连接电阻R25的另一端，所述电阻R26连接在芯片的6脚、7脚之间，485连接接口并接在电阻R26的两端，电容C11的一端连接输出端电源的正极、另一端接地。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及新能源储能领域，具体为一种光储充电站用多电气接口数据采集和故障录波装置。
背景技术
在新能源光储充电站发展过程中，储能电站的功率和容量的配置越来越大，储能电站需要管理和监控的数据节点越来越多，为了提高系统的安全性，需要对各个设备的节点信息都进行实时监测，数据传输的频率要求达到毫秒级别甚至更高，能量管理系统作为核心管理单元，需要对光伏、储能、充电、电网数据等各方面信息进行分析，结合安全经济模型，计算最优控制指令。因此储能电站对于数据采集和监控的要求越来越高，主要指标包括数据量、数据传输速率、通信接口兼容性。
现有的数据采集和监控方案主要包括如下几种：
1）单接口实现数据采集和监控：例如采用ARM核心的MCU通信板实现数据的采集和监控，采用CAN接口或者485或者232接口，数据采集的速率为100M左右，如果通信板子采用上述接口中的任意一种，则接口相对单一，对于其他接口的设备，难以满足要求。
2）多接口串行MCU实现数据监控和采集：此种方法考虑了多个电气通信接口，例如CAN口\/485接口\/串口，但是在实际应用过程中，由于主控MCU为串行MCU，实际采集和处理数据过程中，数据按照顺序执行方式，串行执行，效率较为低下，数据传输率和数据量都不能够满足系统需要。
3）数据监控的处理采用底层执行单元或者上位机监控系统：系统运行过程中，为了提高系统的安全性，对于出现的故障信息需要实时进行处理，一般方法采用底层执行单元采集到故障数据之后，进行处理。或者底层设备采集数据后发送到上位机监控平台，平台对其中的故障数据进行判断，并作出对应的处理，此种方式中，底层执行单元出现故障或者上位机监控系统出现判断失误，将造成系统故障无法正确及时处理的后果，因此，对于故障的判别和处理需要冗余。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种光储充电站用多电气接口数据采集和故障录波装置，可以高速获取底层执行层电气设备数据，可以实现故障数据的判别和保存，通过网络接口和能量管理系统进行数据交互，从而实现大量数据的高速采集和控制指令的下发。
实现上述目的的技术方案是：一种光储充电站用多电气接口数据采集和故障录波装置，其特征在于：包括构建有CAN通信接口、UDP通信接口、232串行通信接口、485串行通信接口、协议转换单元、数据存储单元的FPGA模块，CAN通信接口、UDP通信接口、232串行通信接口、485串行通信接口、数据存储单元分别与协议转换单元连接；
CAN通信接口通过第一电平转换电路连接有CAN连接接口，UDP通信接口通过第二电平转换电路连接有UDP连接接口，232串行通信接口通过第三电平转换电路连接有232连接接口，485串行通信接口通过第四电平转换电路连接有485连接接口，所述UDP连接接口用于连接光储充电站的能量管理系统，所述CAN连接接口、232连接接口、485连接接口用于连接底层执行单元。
进一步地，包括底层执行单元包括电池管理系统、储能变流器系统、光伏发电单元、充电终端单元。
进一步地，能量管理系统设置有能量管理系统主机和能量管理系统从机、并分配相同的端口地址，能量管理系统主机和能量管理系统从机能够接收到相同的数据，二者可以互相作为备用机。
进一步地，第四电平转换电路采用非标485通信接口逻辑电路，包括485转换芯片、电阻R25、R26、R29、电容C11，485转换串口芯片的1脚、4脚与485串行通信接口连接，芯片的2脚、3脚并接、用于连接输入端电源，485转换芯片的5脚接地并连接电阻R29的一端、7脚连接电阻R29的另一端、8脚连接输出端电源以及电阻R25的一端、6脚连接电阻R25的另一端，所述电阻R26连接在芯片的6脚、7脚之间，485连接接口并接在电阻R26的两端，电容C11的一端连接输出端电源的正极、另一端接地。
本实用新型的有益效果：
本实用新型采用的接口包括常规所有标准通信接口，如CAN口、232接口、485接口。
本是实用新型的485连接接口采用非标准高速通信串口，波特率可以达到近100Mbps。
本实用新型的数据采集和故障录波装置采用FPGA作为主控制MCU，内部构造的多个通信接口可以并行运行。
能量管理系统需要整合的数据量大，因此，需要一种高速大批量的数据传输方式，本实用新型的网络通信方式结合高速通信模块最高传输速率可以达到1000M；
本实用新型的数据采集和故障录波装置中的数据存储单元中设置了数据变量的阈值范围，对于超过阈值范围的参数和变量进行故障警告和控制，从而提高系统可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型的工作状态原理框图；
图3为第四电平转换电路。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本实用新型公开了一种光储充电站用多电气接口数据采集和故障录波装置1，用于连接光储充电站的能量管理系统11和底层执行单元12。
数据采集和故障录波装置1包括构建有CAN通信接口2.1、UDP通信接口2.2、232串行通信接口2.3、485串行通信接口2.4、协议转换单元2.5、数据存储单元2.6的FPGA模块2，其中数据存储单元2.6中存储有底层执行单元12的故障比对参数范围阈值， CAN通信接口2.1、UDP通信接口2.2、232串行通信接口2.3、485串行通信接口2.4、数据存储单元2.6分别与协议转换单元2.5连接。
CAN通信接口2.1通过第一电平转换电路3连接有CAN连接接口4，UDP通信接口2.2通过第二电平转换电路5连接有UDP连接接口6，232串行通信接口2.3通过第三电平转换电路7连接有232连接接口8，485串行通信接口2.4通过第四电平转换电路连接有485连接接口10。
UDP连接接口6用于连接光储充电站的能量管理系统，能量管理系统设置有能量管理系统主机11.1和能量管理系统从机11.2、并分配相同的端口地址，能量管理系统主机11.1和能量管理系统从机11.2能够接收到相同的数据，二者可以互相作为备用机； CAN连接接口、232连接接口、485连接接口9用于连接底层执行单元12，底层执行单元12包括电池管理系统12.1、储能变流器系统12.2、光伏发电单元12.3、充电终端单元12.4，电池管理系统12.1、储能变流器系统12.2、光伏发电单元12.3、充电终端单元12.4在CAN连接接口4、232连接接口8、485连接接口10中选择对应接口与采集和故障录波装置1连接，例如电池管理系统12.1具有标准CAN电气接口，使用时直接与CAN连接接口4连接。
第四电平转换电路采用非标485通信接口逻辑电路，包括485转换芯片U9、电阻R25、R26、R29、电容C11，485转换串口芯片U9的1脚、4脚与485串行通信接口连接，芯片的2脚、3脚并接、用于连接输入端电源，485转换芯片U9的5脚接地并连接电阻R29的一端、7脚连接电阻R29的另一端、8脚连接输出端电源以及电阻R25的一端、6脚连接电阻R25的另一端，电阻R26连接在芯片的6脚、7脚之间，485连接接口并接在电阻R26的两端，电容C11的一端连接输出端电源的正极、另一端接地。
第四电平转换电路的485转换芯片U9采用AD公司生产的型号为：ADM485ARMZ的高速485转换芯片，最高通信速率可以达到100Mbps。
高速串口通信的波特率为非标准波特率，因此需要特殊配置方法，波特率根据公式：Baud=fck\/（16*Div）计算得到。其中Baud为波特率，fck为经过FPGA模块倍频后的频率，Div为系统内部分频计数器，目的是为了得到一个期望的频率，例如，系统时钟频率为30MHz，现在希望得到100MHz的频率，
例如：系统外部时钟为50MHz，经过FPGA内部30倍倍频后，系统频率fck为1.5GHz，当配置Div初值为1时候，根据上述公式计算出的波特率Baud为93.75MHz。
本实用新型的工作原理：
数据上行：a、数据上行时，电池管理系统12.1、储能变流器系统12.2、光伏发电单元12.3、充电终端单元12.4将数据信息按照对应接口的数据协议进行封装并发送至数据采集和故障录波装置1，例如电池管理系统12.1的电气接口为CAN接口，则数据采集装置将数据存储区域的数据按照CAN数据协议进行封装；b、协议转换单元2.5对接收到的数据进行解析，解析出的有效数据按照一定顺序保存在数据存储单元2.6中；c、需要进行故障比对的参数则与数据存储单元2.6中的对应参数范围阈值就行对比，超过阈值范围的，采集和故障录波装置1作出故障判断，并作出对应的控制动作；d、采集和故障录波装置1中的数据上行至能量管理系统11时，将数据从数据存储单元2.6取出，按照UDP通信协议进行封装，然后通过UDP连接接口6发送出去。
2）数据下行流程：a、能量管理系统11向下发送控制命令，首先将各控制数据按照UDP通信协议进行封装，然后通过UDP连接接口6发送至采集和故障录波装置1；b、采集和故障录波装置1接收到数据之后，协议转换单元2.5按照UDP通信协议对接收到的数据进行数据解析，解析出来的数据保存在数据存储单元2.6；c、采集和故障录波装置1将数据存储单元2.6存储的数据按照电池管理系统12.1、储能变流器系统12.2、光伏发电单元12.3、充电终端单元12.4的对应接口的数据协议进行封装，例如电池管理系统12.1的电气接口为CAN接口，则数据采集装置将数据存储区域的数据按照CAN数据协议进行封装，之后发送至电池管理系统12.1、储能变流器系统12.2、光伏发电单元12.3、充电终端单元12.4。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920291879.8
申请日:2019-03-08
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:32(江苏)
授权编号:CN209516741U
授权时间:20191018
主分类号:H02J 13/00
专利分类号:H02J13/00
范畴分类:37P;
申请人:国充充电科技江苏股份有限公司
第一申请人:国充充电科技江苏股份有限公司
申请人地址:225008 江苏省扬州市邗江区维扬经济开发区小官桥路20号
发明人:潘小刚;杜吉庆;孙前双;田树春
第一发明人:潘小刚
当前权利人:国充充电科技江苏股份有限公司
代理人:王晓青
代理机构:32106
代理机构编号:扬州市锦江专利事务所
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计