光伏發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳斐

摘要：能源已經(jīng)成為決定當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵因素。一個(gè)國(guó)家能否高效、合理的利用隨處可見(jiàn)的新能源，直接決定著這個(gè)國(guó)家未來(lái)的發(fā)展方向。太陽(yáng)能作為新能源中不可忽視的重要一員，逐漸走入大眾視野。其具有顯著特點(diǎn)主要包括清潔、無(wú)污染、易獲得。正是這些顯著的特點(diǎn)使得太陽(yáng)能的使用逐步流行，并發(fā)展成為新能源領(lǐng)域中的一種趨勢(shì)。因運(yùn)而生的光伏發(fā)電站充分利用太陽(yáng)能的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)光伏電站行業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)可視化及數(shù)據(jù)分析，著力于為光伏設(shè)備安裝商、運(yùn)營(yíng)商及民用商、光伏用戶提供線上工具支持;為光伏電站投資人提供數(shù)據(jù)參考，降低投資風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)，光伏發(fā)電站的高度智能化也使得設(shè)備的檢查變得簡(jiǎn)單，由最開(kāi)始的安排人員現(xiàn)場(chǎng)檢查逐步變成自動(dòng)化檢查，極大程度提高人力物力，提高檢查效率。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電; 數(shù)據(jù)采集; 數(shù)據(jù)監(jiān)控

1光伏系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1.1為光伏電站行業(yè)運(yùn)行、維護(hù)和管理問(wèn)題提供解決方案

光伏電站大多建設(shè)在偏僻、環(huán)境相對(duì)惡劣的地區(qū)，派人值守可行性不高。光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)者考慮到這一問(wèn)題，在光伏系統(tǒng)中專門增設(shè)了數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊，利用電子器件實(shí)時(shí)檢查光伏電站情況，并將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)路端。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的今天，人們可以隨時(shí)通過(guò)手機(jī)、電腦等進(jìn)行遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)，也可以在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的第一時(shí)間打電話通知電站的管理者。數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊完成自動(dòng)化監(jiān)控的具體解決措施主要有：（1）建立相關(guān)的光伏電站管理機(jī)制，并充分利用數(shù)字信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光伏電站數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控;（2）建立完善的系統(tǒng)故障處理體系，將電站各設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障進(jìn)行整理分類，并記錄下相關(guān)故障的處理方法;（3）組織技術(shù)人員參加各種培訓(xùn)，使其掌握一般系統(tǒng)故障的產(chǎn)生原因，并培養(yǎng)其妥善解決故障的能力。同時(shí)安排操作人員負(fù)責(zé)與設(shè)備廠商的聯(lián)絡(luò)工作，當(dāng)電站遇到機(jī)械故障時(shí)，也能第一時(shí)間通知維修人員進(jìn)行搶修，或者在最短的時(shí)間內(nèi)通知設(shè)備廠商更換設(shè)備。 光伏系統(tǒng)通過(guò)上述措施很好地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)管功能，幫助公司減少人力資源的浪費(fèi)。

1.2為光伏電站投資人的投資行為提供決策依據(jù)和數(shù)據(jù)支持

光伏產(chǎn)業(yè)作為新能源產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一。光伏發(fā)電投資不僅可以給經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供清潔的能源與電力，而且還可以給投資者帶來(lái)豐厚的收益。再加上近些年政府對(duì)其大力支持，所以光伏電站逐漸成為投資熱點(diǎn)。投資者在確定光伏發(fā)電是否為一個(gè)正確的投資項(xiàng)目之前，可以先對(duì)光伏投資項(xiàng)目的特征進(jìn)行一定的了解，幫助其正確理解和把握光伏發(fā)電投資的風(fēng)險(xiǎn)。投資方可將專業(yè)的第三方機(jī)構(gòu)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)作為投資決策的參考依據(jù)，全面了解各種風(fēng)險(xiǎn)因素。同時(shí)也可根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)的查看投資和收益狀況，并在之后的合同中制定相應(yīng)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的方案。

2光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)主要由下位機(jī)和上位機(jī)兩大部分組成。其中，下位機(jī)主要包括由嵌入式控制器MOXA ia240 組成的本地控制器以及與之相連的逆變器、環(huán)境采集儀、匯流箱、防逆流柜、智能電表等設(shè)備。上位機(jī)主要包括實(shí)時(shí)通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器、攝像頭以及部署在上述服務(wù)器中的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。下位機(jī)與實(shí)時(shí)通信服務(wù)器之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.2監(jiān)控系統(tǒng)原理

在下位機(jī)中，本地控制器采用多種通信協(xié)議與環(huán)境采集儀、逆變器、匯流箱、防逆流柜、智能電表等通信。本地控制器定時(shí)采集逆變器、環(huán)境采集儀、匯流箱、防逆流柜、智能電表的數(shù)據(jù)，位于實(shí)時(shí)通信服務(wù)器的PC 監(jiān)控軟件采用同樣的采樣周期通過(guò)Modbus-tcp 協(xié)議讀取這些數(shù)據(jù)。 Modbus 應(yīng)用層協(xié)議由美國(guó)Modicon 公司 （現(xiàn)為施耐德電氣旗下品牌）于 1979 年開(kāi)發(fā)，用于實(shí)現(xiàn)其 PLC 產(chǎn)品與上位機(jī)的通信。由于該協(xié)議簡(jiǎn)單易用，得到廣大工業(yè)自動(dòng)化儀器儀表企業(yè)的采納與支持，實(shí)際上已成為該業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)已將Modbus 協(xié)議作為我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，分別制定了GB/Z 19582.1-2004 （Modbus 應(yīng)用層協(xié)議）、GB/Z19582.2-2004 （串行鏈路上的 Modbus） 和 GB/Z19582.3-2004（Modbus-TCP）3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 PC 監(jiān)控軟件完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析等功能，并可發(fā)送控制命令實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的遠(yuǎn)程控制。 PC 監(jiān)控軟件還可遠(yuǎn)程控制攝像頭。 另外，可遠(yuǎn)程登錄 Web 進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看和分析。

3光伏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)操作

3.1 先伏系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集模塊的主要流程如圖 2 所示，本模塊主要由數(shù)據(jù)采集器、氣象傳感器、先伏陣列傳感器、通信終端設(shè)備組成。先伏系統(tǒng)通迆加入現(xiàn)代化的儀器，帩助用戵實(shí)時(shí)采集先伏電站収電和當(dāng)?shù)丨h(huán)境參數(shù)情冴。在傳統(tǒng)先伏収電站的基礎(chǔ)上，改用更加兇迚的硬件通訊協(xié)議——RS485/422 協(xié)議，該協(xié)議能夠更好在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)輸采集的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要包括逆變器數(shù)據(jù)和氣象站數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊的功能實(shí)現(xiàn)主要是通迆采集模塊平臺(tái)收収消息，迚行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。該模塊使用的主要是市場(chǎng)上現(xiàn)有的先伏設(shè)備生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品，例如英臵、華為、陽(yáng)先、品聯(lián)、暢洋、淘科等。這些廠商的采集器模塊主要是由傳感器、控制器等單元極成，采用的是進(jìn)程數(shù)據(jù)采集的斱式。數(shù)據(jù)采集模塊需要的材料是通信芯片、存儲(chǔ)芯片，實(shí)現(xiàn)原理則是將各個(gè)芯片集成在一塊電路板上。系統(tǒng)通迆上述器件集成的電路芯片，來(lái)快速獲取先伏電站的變器數(shù)據(jù)和氣象站數(shù)據(jù)。

3.2光伏系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理模塊的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)處理模塊的實(shí)現(xiàn)主要流程如圖 3所示。數(shù)據(jù)處理模塊主要完成對(duì)接收到的數(shù)據(jù)幀迚行校驗(yàn)、解析和轉(zhuǎn)換和存入數(shù)據(jù)庫(kù)等功能。

數(shù)據(jù)通信模塊是采集器與數(shù)據(jù)預(yù)處理平臺(tái)之間的通信信道，主要是將設(shè)備數(shù)據(jù)使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)終端収送到目標(biāo)端口。采用的是TCP/UDP 協(xié)議，利用面向違接的 TCP 協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn) IP 環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠傳輸。同時(shí)又采用端到端發(fā)送數(shù)據(jù)包的方式，通過(guò)為采集器獲取的數(shù)據(jù)開(kāi)辟的違接通道迚行傳輸，在數(shù)據(jù)預(yù)處理平臺(tái)相應(yīng)端口下迚行數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊主要流程如圖 4所示

數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊功能實(shí)現(xiàn)：首兇根據(jù)逆變器、電表、氣象站等不同種數(shù)據(jù)幀格式協(xié)議，制定相應(yīng)的多種解析器，獲取幀中包含的電站數(shù)據(jù)信息;再獲取傳輸?shù)较鄳?yīng)數(shù)據(jù)端口的幀，并將其放入正確的解析器中完成轉(zhuǎn)義。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊主要采用標(biāo)志點(diǎn)匹配算法，對(duì)系統(tǒng)中使用到的各項(xiàng)幀格式進(jìn)行分析，提取數(shù)據(jù)幀失，數(shù)據(jù)幀尾的數(shù)據(jù)格式與長(zhǎng)度和整幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等，并將其作為標(biāo)志點(diǎn)，然名對(duì)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與匹配，將原始幀區(qū)分名交由相應(yīng)解析器實(shí)現(xiàn)解析。

結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮的作用將會(huì)越來(lái)越大。文章介紹的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了電站的監(jiān)控， 提高了電站的自動(dòng)化管理，節(jié)省了大量的人力和物力，提高了工作效率。該系統(tǒng)已經(jīng)在青海格爾木、湖南株洲、山東德州等多個(gè)光伏電站應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能完善、實(shí)用性強(qiáng)。當(dāng)然，還存在一些不足，如缺少針對(duì)光伏電站的專家系統(tǒng)，需在以后的推廣項(xiàng)目中繼續(xù)完善。

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