建筑光伏電氣一體化系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

周杰

摘 要：本文將對(duì)建筑光伏一體化的電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析，所構(gòu)建的建筑光伏電氣一體化系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)掌握光伏一體化建筑內(nèi)各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，以及光伏陣列現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)（含風(fēng)速、風(fēng)向、日照強(qiáng)度及環(huán)境溫度等），并能以日、月、年為單位記錄和存儲(chǔ)和打印數(shù)據(jù)、運(yùn)行事件及故障報(bào)警信息等，從而減少安全隱患。

關(guān)鍵詞：建筑光伏電氣一體化系統(tǒng)；Microsoft Access小型數(shù)據(jù)庫(kù)；C/S網(wǎng)絡(luò)通信模式

中圖分類號(hào)：TU18-5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）08-0090-01

1 建筑光伏電氣一體化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能需求

1.1 建筑光伏電氣一體化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用集散控制設(shè)計(jì)，九臺(tái)匯流箱、九臺(tái)逆變器、兩臺(tái)配電柜、一套太陽(yáng)能雙軸跟蹤系統(tǒng)和一套太陽(yáng)能輻射測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都通過(guò)RS-485總線和上位機(jī)相連，上位機(jī)除了正常的在線監(jiān)測(cè)功能外，還需要將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將數(shù)據(jù)以圖和表的形式顯示出來(lái)，并儲(chǔ)存所有數(shù)據(jù)，當(dāng)相關(guān)數(shù)據(jù)偏離正常值時(shí)，還需給出報(bào)警提示。按照模塊化編程的設(shè)計(jì)思想，整個(gè)系統(tǒng)可以劃分為如下四個(gè)子模塊：

第一是數(shù)據(jù)采集模塊，其又包含串口通訊和數(shù)據(jù)保護(hù)兩個(gè)模塊，串口通訊模塊主要是按照各個(gè)設(shè)備協(xié)議利用串口進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)保護(hù)是解決多線程中的數(shù)據(jù)共享和沖突問(wèn)題。第二是人機(jī)界面顯示模塊，其又可分為數(shù)據(jù)信息界面、狀態(tài)信息界面、人機(jī)交互界面和觸發(fā)事件界面，其中數(shù)據(jù)信息用于顯示采集的各種數(shù)字信息，利用表或者文本框的形式來(lái)顯示；狀態(tài)信息主要是用于設(shè)備故障報(bào)警等信息的顯示；人機(jī)交互界面主要是一些控件按鈕，用于人機(jī)間的信息交流；觸發(fā)事件主要是指人員操作觸發(fā)的子界面，例如繪圖和報(bào)表界面。第三是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)報(bào)表模塊，其又可分為數(shù)據(jù)庫(kù)連接斷開(kāi)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印三個(gè)子模塊，其中數(shù)據(jù)庫(kù)連接斷開(kāi)模塊用于Labwindows/CVI與Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接和斷開(kāi)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊是進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀寫操作，報(bào)表打印模塊用于數(shù)據(jù)或表格的制表打印。第四是數(shù)據(jù)處理模塊，其又可分為專用數(shù)據(jù)處理模塊和通用數(shù)據(jù)處理模塊，其中通用數(shù)據(jù)處理模塊用于一些通用數(shù)據(jù)的算法，比如十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制模塊；專用數(shù)據(jù)模塊主要指的是某些設(shè)備某種功能所需的特殊算法。

1.2 建筑光伏電氣一體化系統(tǒng)的功能需求

（1）監(jiān)測(cè)功能。通過(guò)串口采集的各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)上，能夠直觀的表示出各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。該部分主要采集以下幾個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)：太陽(yáng)能輻射測(cè)量系統(tǒng)（日照強(qiáng)度、大氣氣溫、大氣氣壓、大氣濕度等）、雙軸系統(tǒng)（太陽(yáng)高位角、太陽(yáng)高度角等）、匯流箱（匯流箱中電壓，匯流箱中電流等）、配電箱（配電箱中電壓、配電箱中電流等）、變頻器（直流電壓、直流功率、交流電壓、交流功率、日發(fā)電量等）。

（2）存儲(chǔ)和報(bào)表功能。將采集到的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并且以圖表的形式表示出來(lái)，顯示出某一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線圖，將采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)要求，自動(dòng)進(jìn)行處理后，然后生成報(bào)表并能夠打印報(bào)表。該部分主要存儲(chǔ)和打?。ǖ幌抻冢┮韵聨讉€(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)：太陽(yáng)能輻射測(cè)量系統(tǒng)（日照輻射總量、月太陽(yáng)輻射總量、年輻射總量等）、變頻器（日發(fā)電量、月發(fā)電量等）。

（3）報(bào)警功能。判斷采集到的各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)是否處于正常范圍之內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況的時(shí)候可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知管理員采取必要措施。該部分主要涉及（但不限于）以下幾個(gè)設(shè)備：雙軸跟蹤系統(tǒng)（傳感器數(shù)據(jù)報(bào)警、惡劣天氣報(bào)警等）、變頻器（電網(wǎng)電壓過(guò)高過(guò)低，電網(wǎng)頻率過(guò)高過(guò)低等）。

（4）遠(yuǎn)程通信功能。本地主機(jī)作為服務(wù)器外，還有一臺(tái)遠(yuǎn)程客戶機(jī)用于展示，能夠通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行連接，并將需要的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和顯示。

（5）系統(tǒng)管理維護(hù)功能。能夠?qū)ο到y(tǒng)登錄信息進(jìn)行管理，必要數(shù)據(jù)的備份等。

2 建筑光伏電氣一體化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)

首先，數(shù)據(jù)庫(kù)。建筑光伏電氣一體化系統(tǒng)需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，比如數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的報(bào)表和打印、歷史記錄的查詢等，如果使用Word進(jìn)行管理，那么可能就要有上千個(gè)Word文檔，顯然這樣做是非常不方便的。而如果利用數(shù)據(jù)庫(kù)存放和管理這些數(shù)據(jù)，將使這個(gè)繁瑣的過(guò)程大為簡(jiǎn)化。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)量比較大但結(jié)構(gòu)卻不復(fù)雜，綜合考慮成本性能各方面因素，決定采用Microsoft Access小型數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用SQL For CVI工具包對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。

其次，遠(yuǎn)程通信技術(shù)。建筑光伏電氣一體化系統(tǒng)除了有本地服務(wù)器外，還在其一樓大廳安置了一臺(tái)客戶機(jī)，用以顯示累計(jì)發(fā)電量等信息，所以在設(shè)計(jì)中需要考慮到數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信問(wèn)題，由于系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，決定采用C/S（Client/Server）網(wǎng)絡(luò)通信模式，通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行服務(wù)器和客戶機(jī)間通信。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑光伏一體化內(nèi)各設(shè)備數(shù)量多，遠(yuǎn)離監(jiān)控中心，易受惡劣的天氣環(huán)境的影響，太陽(yáng)能電池板和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備很容易遭受破壞，因此必須提高其可靠性，高效率及設(shè)備的壽命。而通過(guò)建筑光伏電氣一體化系統(tǒng)，則可以實(shí)時(shí)反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障程度，減少安全隱患，進(jìn)而優(yōu)化建筑光伏一體化的運(yùn)行和使用。

參考文獻(xiàn)

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