光伏組件監(jiān)測系統(tǒng)設計

殷宇帆

摘 要：文章針對目前分布式小型光伏電站監(jiān)管不力，易發(fā)生安全事故的情況，提出了一種光伏組件監(jiān)測系統(tǒng)。通過設計無線采集單元實現對光伏組件輸出電壓、電流、背板溫度的采集，再通過433 MHz低功耗無線傳輸至匯聚網關匯總后上傳至數據庫。平臺可以通過對數據庫內信息的分析挖掘，實現異常報警，提高了分布式小型光伏電站的安全性。

關鍵詞：光伏組件；數據采集；監(jiān)測系統(tǒng)

隨著光伏發(fā)電技術的越發(fā)成熟，在國家政策對光伏產業(yè)的大力支持下，分布式小型光伏電站在工廠、家庭中的應用越來越普及[1]。但是這些分布式小型光伏電站很多都沒有大型光伏電站專業(yè)的監(jiān)控維護措施，因此，針對其重要組成部分光伏組件，本文設計了一套光伏組件監(jiān)測系統(tǒng)來實現對光伏組件輸出以及背板溫度的監(jiān)測，并通過對這些數據的挖掘分析尋找異常點，提高分布式小型光伏電站的安全性。

1 光伏組件監(jiān)測系統(tǒng)的總體框架

光伏組件監(jiān)測系統(tǒng)主要由無線采集單元、匯聚網關單元、網絡數據處理單元、智能監(jiān)測平臺組成。其總體結構如圖1所示。

無線采集單元安裝于光伏組件背板接線盒內，將采集到的電壓、電流、背板溫度通過433 MHz無線發(fā)送至匯聚網關單元，匯聚網關單元將接收到的數據上傳至數據庫，服務器通過對數據庫內的信息進行匯總、異常分析等，然后通過光伏組件監(jiān)測平臺展示。

2 無線采集單元設計

無線采集單元的主控選擇的是stm32F103系列的stm32F103RBT6，低功耗無線采用了SI4463芯片的433 MHz無線模塊，其出色的傳輸距離、較低的功耗、較強的繞射能力讓它在工業(yè)物聯網中得到了廣泛的應用。

2.1 光伏組件數據采集端設計

光伏組件數據采集端的電路如圖2所示。其中電壓的采集通過對光伏組件輸出電壓進行分壓，然后通過stm32自帶的AD進行采樣；電流的采集則需要用到低功耗電流感測放大器（Max44284F），通過對線路中接入的小阻值電壓進行采樣放大，計算出線路中的電流；溫度采集采用常用的DS18B20采集，有著體積小，精度高，無需外圍電路、封裝形式多樣的優(yōu)點。

2.2 433 MHz無線模塊接口電路設計

433 MHz無線模塊接口電路如圖3所示。

2.3 主控電路設計

主控部分采用常規(guī)stm32最小系統(tǒng)，需要注意的是為了提高其AD的精度，需要增加外置晶振。

3 數據庫的設計

數據庫內主要存儲光伏組件的信息包括編號、輸出電壓、輸出電流、背板溫度、時間、異常標識、當日發(fā)電總量等如圖4所示；用戶的管理信息包括賬戶密碼，權限管理，操作記錄等，如圖5所示[2]。

4 光伏組件監(jiān)測平臺設計

服務器端在Linux操作系統(tǒng)下搭建開源的Apache網頁服務器，后臺采用Java技術實現各項功能，具體如下。

用戶管理模塊：用戶管理模塊包括用戶信息管理、權限管理、操作記錄管理等。需要實現用戶信息的添加、更改、刪除以及操作權限的管理等。

實時監(jiān)測模塊：用戶可以在光伏組件監(jiān)測平臺發(fā)送指令，讓下層設備上傳當前時間的信息，若沒有具體指令下發(fā)，下層則按照既定的時間間隔上傳。

歷史數據查詢模塊：用戶可以在光伏組件監(jiān)測平臺通過直方圖、曲線圖、表格形式查詢光伏組件的歷史數據。

異常報警模塊：通過對數據庫內同一時間點的光伏組件特征進行挖掘，搜索出可能存在異常的光伏組件，并在平臺上報警提示[3]。

5 結語

本文提出了一種光伏組件監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案，研究了該系統(tǒng)的總體架構，無線采集單元的設計、數據庫的設計以及平臺的功能設計，對分布式小型光伏電站內的光伏組件實現監(jiān)測，故障報警，減少了因局部故障導致系統(tǒng)功率下降造成的經濟損失，提高了其在各類應用場景下的安全性。

[參考文獻]

[1]楊鋒.基于直流電力線載波通信的光伏組件監(jiān)測系統(tǒng)[D].北京：南京郵電大學，2017.

[2]尹春雨.光伏組件故障診斷與信息管理系統(tǒng)研究[D].北京：華北電力大學（北京），2017.

[3]段家慧.光伏陣列智能監(jiān)測和故障預測方法[D].南寧：廣西大學，2018.