自動(dòng)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、自動(dòng)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓夥l(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用DSP芯片，同時(shí)借助GSM/GPRS 移動(dòng)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過(guò) Zigbee協(xié)調(diào)器模塊接口向系統(tǒng)中其它設(shè)備報(bào)告?！娟P(guān)鍵詞】自動(dòng)跟蹤 無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)采集1 自動(dòng)跟蹤式光伏發(fā)電系統(tǒng)及監(jiān)控通訊技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中保證太陽(yáng)能電池板充分吸收太陽(yáng)輻射的能量是提高太陽(yáng)能發(fā)電效率的有效方式之一，實(shí)現(xiàn)的方法是設(shè)計(jì)自動(dòng)跟蹤式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。自動(dòng)跟蹤式獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，能夠促使太陽(yáng)能的發(fā)電成本得到有效降低，進(jìn)而推動(dòng)太陽(yáng)能在工業(yè)

2、及民用生活中的的積極推廣和有效應(yīng)用。自動(dòng)跟蹤式光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)太陽(yáng)一天內(nèi)不同時(shí)刻的高度角，對(duì)太陽(yáng)電池板的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，用以保持太陽(yáng)電池板與太陽(yáng)入射光線之間的始終處于垂直狀態(tài)，要求設(shè)備具有始終能跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)行軌跡的能力且具有高的精確度，關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)太陽(yáng)光照強(qiáng)度的測(cè)定及機(jī)電控制轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的研發(fā)。光伏電站建設(shè)中完整的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求對(duì)光伏電站的實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行監(jiān)控、評(píng)估，監(jiān)控和評(píng)估是是通過(guò)一些重要參數(shù)，如：光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、陣列電壓、蓄電池充電電流、電壓、組件功率，發(fā)電效率、每小時(shí)發(fā)電量等的顯示來(lái)反映電站運(yùn)行狀況的，對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和評(píng)估是保證光伏電站運(yùn)行質(zhì)量的重要措施。目前大部分電站的運(yùn)

3、行監(jiān)控系統(tǒng)主要是由供電站維護(hù)人員通過(guò)控制室的液晶屏顯示獲取到相關(guān)參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀況進(jìn)行有效把握，并負(fù)責(zé)調(diào)整與維護(hù)系統(tǒng)，在一些野外光伏電站或遠(yuǎn)距離電站的監(jiān)控中，這種方式局限性明顯，維護(hù)人員必須到控制室現(xiàn)場(chǎng)才能得到數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響了電站的運(yùn)行效率和質(zhì)量。而借助無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)行光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳遞，并通過(guò)遠(yuǎn)程或網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，快速地分析與診斷每個(gè)站點(diǎn)的具體運(yùn)行情況，根據(jù)所得數(shù)據(jù)，制定相應(yīng)的處理方案，這有助于推動(dòng)光伏電站的使用效率不斷提升。光伏電站監(jiān)控?zé)o線通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以采用工業(yè)總線形式，如利用RS485 或 CAN 總線，推動(dòng)下位機(jī)與監(jiān)控主PC機(jī)之間成功實(shí)現(xiàn)通訊；也可以借助調(diào)制解調(diào)器（Mo

4、dem）或公用電話網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)；或者可以將互聯(lián)網(wǎng)與前兩種方式相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)；還可以利用 GSM/GPRS 無(wú)線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，成功實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。是借助中繼衛(wèi)星和地面移動(dòng)基站網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程無(wú)線技術(shù)。它具備很多方面的特點(diǎn)，例如，數(shù)據(jù)傳輸率高，最高可達(dá)115 kbps；抗干擾性能強(qiáng)；信號(hào)覆蓋面廣；在線時(shí)間長(zhǎng)；所以對(duì)于傳送監(jiān)控信號(hào)而言非常適用。本文即基于GSM/GPRS 無(wú)線移動(dòng)通訊技術(shù)設(shè)計(jì)一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)。由于以GSM/GPRS的數(shù)字信號(hào)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)具備保真度高、不受時(shí)空影響等方面特征，因此以GSM/GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的光伏系統(tǒng)，能夠成功實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程監(jiān)控。2 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)光伏系統(tǒng)的組成部分有很多，包括：光伏發(fā)電裝置、GPRS 網(wǎng)關(guān)、電站中的數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳感器收集發(fā)電裝置中的各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，如：蓄電池電壓、蓄電池充電電流于電壓、日照強(qiáng)度、交流電壓于電壓輸出、溫度環(huán)境、光伏陣列電壓等，以TMS320F2812微處理器（單片機(jī)）的系統(tǒng)每隔五分鐘，對(duì)光伏電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)采樣，并將采樣過(guò)程所得模擬信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)；在系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，當(dāng)總站控制機(jī)要求回傳存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)把存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)通過(guò)集成了 Zigbee協(xié)調(diào)器模塊、GPRS模塊和串行通訊模塊的系統(tǒng)的通信樞紐GPRS網(wǎng)關(guān)（無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)）將數(shù)據(jù)傳

6、回遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，操作人員通過(guò)在中央控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控中心中操控臺(tái)監(jiān)控設(shè)置以 GPRS 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)為依據(jù)，同步設(shè)置了光伏發(fā)電站GPRS網(wǎng)關(guān)時(shí)鐘數(shù)據(jù)，同時(shí)操作并控制光伏發(fā)電。當(dāng)光伏電站出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，管理人員可以發(fā)出切斷電源的命令，電站也可以進(jìn)行自動(dòng)斷開(kāi)，防止故障蔓延，維護(hù)發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)采取三層結(jié)構(gòu)。第一層為數(shù)據(jù)采集層，現(xiàn)場(chǎng)的采樣設(shè)備將各種傳感器所獲取的系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集至現(xiàn)場(chǎng)單片機(jī)或PC機(jī)中，按照實(shí)際需求對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。第二層屬于網(wǎng)絡(luò)傳輸層，借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向中央控制室數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳遞。第三層屬于狀態(tài)分析與控制層，工程師們?cè)谥醒肟刂剖抑校柚F(xiàn)代計(jì)算機(jī)與數(shù)字信號(hào)相關(guān)技術(shù)，分析與處理所收集到的

7、數(shù)字信號(hào)，并評(píng)估診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，得出相應(yīng)結(jié)論。此外，借助遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，確保整套系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。圖1所示為具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖。3 系統(tǒng)軟件部分系統(tǒng)軟件部分的功能主要在于借助計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)處理光伏電站的相關(guān)數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)包括很多部分，例如，數(shù)據(jù)采集程序；數(shù)據(jù)傳輸程序；檢測(cè)控制程序三部分。第一部分?jǐn)?shù)據(jù)采集，以TMS320F2812微處理器（單片機(jī)）的每隔五分鐘系統(tǒng)定時(shí)對(duì)光伏電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，主要完成將太陽(yáng)能電池陣列、蓄電池、逆變器及DC轉(zhuǎn)換器電路的輸出電壓信號(hào)和輸出電流信號(hào)以及電站所在位置檢測(cè)的實(shí)時(shí)天氣氣象信息經(jīng)傳感器輸入電腦中，利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信

8、息的有效存儲(chǔ)，然后進(jìn)一步分析與處理這些數(shù)據(jù)。光伏能源監(jiān)控系統(tǒng)中，在采集光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)的過(guò)程中，借助傳感器實(shí)現(xiàn)信息的電信號(hào)轉(zhuǎn)換，經(jīng)調(diào)制電路（A/D轉(zhuǎn)換）調(diào)制轉(zhuǎn)換后，電信號(hào)被送至處理器進(jìn)行處理來(lái)實(shí)現(xiàn)一次完整的數(shù)據(jù)采集和處理的。第二部分是數(shù)據(jù)傳輸，模擬信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中后，總站控制機(jī)在提出回傳存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)要求時(shí)，單片機(jī)將存儲(chǔ)器中的相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò) Zigbee協(xié)調(diào)器、GPRS以及串行通訊等集成模塊系統(tǒng)的通信樞紐GPRS網(wǎng)關(guān)（無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)）將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)終端機(jī)送至現(xiàn)場(chǎng)處理系統(tǒng)和 GPRS 模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊。第三部分是檢測(cè)控制程序，該部分在整個(gè)程序中處于核心部分，監(jiān)

9、測(cè)系統(tǒng)軟件的功能主要包括兩個(gè)：第一部分屬于初始化系統(tǒng)元件環(huán)節(jié)，對(duì) CPU、GPIO等提供初始化服務(wù)。第二部分屬于執(zhí)行環(huán)節(jié)，執(zhí)行實(shí)時(shí)顯示、驅(qū)動(dòng)控制、遠(yuǎn)程通訊、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)等。包括實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的 LCD 的實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)兩路 PWM 脈沖的產(chǎn)生，命令的解析與執(zhí)行，操作人員在中央控制室遠(yuǎn)程操控現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的過(guò)程中，就需要借助監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)輸送各種命令代碼，獲取并解析相關(guān)數(shù)據(jù)信息。4 結(jié)語(yǔ)太陽(yáng)能作為一種新能源，具備可再生、分布廣泛等特點(diǎn)，已經(jīng)被我國(guó)所廣泛利用，但光伏電池目前存在轉(zhuǎn)換效率偏低、發(fā)電成本高等缺陷，對(duì)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展形成了重大阻礙。本文以遠(yuǎn)程與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，力求設(shè)計(jì)出一套光伏電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。這套系統(tǒng)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用下，實(shí)現(xiàn)了光伏電站組件中蓄電池電壓、太陽(yáng)電池陣列運(yùn)行電壓等運(yùn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控；并且實(shí)現(xiàn)了當(dāng)?shù)厝照諒?qiáng)度、溫度等環(huán)境參數(shù)的成功采集與傳送，為綜合評(píng)價(jià)光伏電站運(yùn)行性能的提供了相關(guān)可靠依據(jù)。此外，在傳遞數(shù)據(jù)信息的過(guò)程，采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得監(jiān)控范圍得以擴(kuò)大、運(yùn)行成本也有所降低，增強(qiáng)了應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)【1】唐磊.基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)光伏電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).電源技術(shù)研究與設(shè)計(jì)，2