光伏發(fā)電系統(tǒng)自動監(jiān)測與控制

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【摘要】：我國的電力能源行業(yè)不斷的發(fā)展與完善，對社會的進(jìn)步也起到了重要的推動作用。光伏發(fā)電檢測為系統(tǒng)的改進(jìn)與優(yōu)化以及以后的科學(xué)研究提供有力數(shù)據(jù)支撐，本文設(shè)計了一種光伏發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，解決了維護(hù)繁瑣困難。本文分析了光伏發(fā)電監(jiān)測的技術(shù)背景，詳細(xì)闡述了新型監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)方案和工作過程，應(yīng)用狀況良好。

【關(guān)鍵字】：光伏發(fā)電；自動監(jiān)控；控制

引言

隨著人們對能源需求的提高，傳統(tǒng)火力等發(fā)電模式已不再受人青睞，一方面是由于環(huán)境逐漸惡劣，全球變暖壓力增大；另一方面則是低碳理念的提出和人們對可再生能源的關(guān)注。光伏發(fā)電的高速發(fā)展和太陽電池板的成本下降使光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活成為可能。光伏發(fā)電的原理是光生伏特效應(yīng)，利用太陽電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過逆變器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為220V或380V的正弦交流電。

1、系統(tǒng)組成及工作原理

通過分析歸納，光伏應(yīng)用系統(tǒng)的分布形式主要有兩種：一種在某區(qū)域相對集中存在，一種在某區(qū)域獨(dú)立存在。針對光伏應(yīng)用系統(tǒng)分布形式的特點(diǎn)，建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成對光伏應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)測平臺的設(shè)計。針對在某區(qū)域相對集中存在的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，將各個分散節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)集中到一個中心節(jié)點(diǎn)，再由中心節(jié)點(diǎn)將匯集好的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；針對在某區(qū)域獨(dú)立存在的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，由單一節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)采集與發(fā)送即可。本文主要實(shí)現(xiàn)在某區(qū)域相對集中存在的光伏應(yīng)用系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測平臺設(shè)計。具體實(shí)現(xiàn)方案如下：首先，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)通過紫蜂技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)通信，將數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)采集的光伏應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)；其次，數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)，采用通用分組無線服務(wù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)程服務(wù)器。最后在遠(yuǎn)程服務(wù)器上開發(fā)功能完備的監(jiān)測程序以滿足光伏應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行管理和維護(hù)的需要。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，針對在某一區(qū)域獨(dú)立存在的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，可由單一節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)發(fā)，而無需進(jìn)行組網(wǎng)通信完成數(shù)據(jù)的匯集工作，實(shí)現(xiàn)起來更為簡單，因此本文并不對這種分布形式的光伏應(yīng)用系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行討論。整個監(jiān)測平臺具有三層分布式結(jié)構(gòu)：第一層是由數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無線感知層，該層主要功能是對監(jiān)測對象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時與第二層設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)組網(wǎng)通信；第二層是由數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)構(gòu)成和數(shù)據(jù)匯集層，該層主要實(shí)現(xiàn)的功能是匯集感知層的數(shù)據(jù)，同時將匯集好的數(shù)據(jù)通過Internet傳送第三層設(shè)備；第三層是由Internet上的服務(wù)器構(gòu)成的服務(wù)應(yīng)用層，該層主要提供監(jiān)在線實(shí)時監(jiān)測服務(wù)。

2、光伏發(fā)電的自動監(jiān)控與控制

2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動監(jiān)測

光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動監(jiān)測通過遠(yuǎn)程智能終端和主站的相互通信實(shí)現(xiàn)。光伏發(fā)電用戶和普通用戶有所區(qū)別，普通用戶只有一塊電表，通過統(tǒng)計此用戶的電能示值來計算此用戶每月的電費(fèi)，而光伏發(fā)電用戶是獨(dú)立于高壓企業(yè)用戶和低壓居民用戶之外的用戶類型。單從物理結(jié)構(gòu)來說，光伏發(fā)電用戶使用兩塊電表，一塊是低壓居民用戶表，這和普通的居民用戶一致，計算居民使用的電量；而另一塊是關(guān)口計量表，計算用戶的發(fā)電量。光伏發(fā)電用戶現(xiàn)場電表和集中器的通信使用Zig-bee通信協(xié)議，將兩塊表的數(shù)據(jù)傳送到集中器，然后集中器利用內(nèi)置的GPRS通信模塊將數(shù)據(jù)送到主站數(shù)據(jù)庫中。利用發(fā)電量、用電量和系統(tǒng)內(nèi)所存儲的一些用戶參數(shù)每天可以自動計算用戶的并網(wǎng)電量和上網(wǎng)電量。集中器會對電表送上來的數(shù)據(jù)有一定周期的保存，以此來實(shí)現(xiàn)此光伏發(fā)電用戶的歷史統(tǒng)計和監(jiān)測。

2.2光伏監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)需要對現(xiàn)場信息進(jìn)行獲取，其中包括光伏方陣運(yùn)行的電流值、電壓值、功率、蓄電池的充電參數(shù)、光伏設(shè)備的表面和周圍的溫度以及太陽的照射程度等數(shù)值。并且運(yùn)用相應(yīng)的傳感器和變換器進(jìn)行測量，溫度傳感器要使用精密度比較高的鉑電阻溫度傳感器，這樣有利于對溫度的準(zhǔn)確掌握，對于風(fēng)速、太陽輻射量等信息的測量也要選用相應(yīng)的傳感器和信號轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和整理。對于直接采集的信號會由于外界的種種因素，可能不會滿足采集系統(tǒng)的要求，為了可以滿足采集系統(tǒng)的要求，應(yīng)該對由傳感器生成的電信號進(jìn)行處理，利用調(diào)節(jié)裝置來改變電流電壓的大小，并且可以對信號進(jìn)行隔離濾波處理。對于太陽能輻射傳感器是用傳感器上的光電探測器來測量太陽能輻射的，可以吧光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，應(yīng)用太陽能輻射傳感器可以使操作簡單方便，具有自我診斷的功能，也可以進(jìn)行自動調(diào)節(jié)工程單位，是一種專業(yè)可靠的設(shè)計。

2.3光伏監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

如今由于計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展，我國的光伏監(jiān)控技術(shù)也不斷的得到完善，監(jiān)控系統(tǒng)主要是研究光伏電站的運(yùn)行性能、優(yōu)化設(shè)計光伏電站，這種裝置可以把數(shù)據(jù)監(jiān)測的手段更加的先進(jìn)化和專業(yè)化，使數(shù)據(jù)監(jiān)控由原來的人工監(jiān)測改成自動化的實(shí)時監(jiān)測，很大程度上提高了效率，對采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，并且可以進(jìn)行記錄分析，使得工作人員大大的降低了勞動力，可以使工作人員對所有的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)取，了解光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作運(yùn)行狀態(tài)，并對所產(chǎn)生的問題進(jìn)行及時的處理，有效地增加的光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作效率。

2.4數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計

針對數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)首先，初始化Zigbee模塊自身的硬件資源，包括通道、頻率、數(shù)模轉(zhuǎn)換（AD）端口等等；其次，發(fā)出網(wǎng)絡(luò)加入信號，申請周圍的Zigbee協(xié)調(diào)器加入網(wǎng)絡(luò)；如果收到加入成功應(yīng)答信標(biāo)，則進(jìn)入低功耗狀態(tài)，如果加入失敗，則繼續(xù)發(fā)送申請信號，直到完成加入；成功進(jìn)入低功耗模式后就要等待系統(tǒng)初始化時預(yù)置的數(shù)據(jù)傳輸命令，一旦數(shù)據(jù)傳輸命令激活，則調(diào)用AD端口采集光伏應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。

結(jié)語

本文提出了一種細(xì)化到每一塊電池板的光伏電池發(fā)電參數(shù)無線遠(yuǎn)程集中監(jiān)測的新方法，通過對每塊電池板發(fā)電參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測，能夠迅速找出損壞的電池板和工作效率較低的電池板，從而提高整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，同時能更好地保護(hù)太陽電池，進(jìn)而延長其使用壽命。本文設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)在滿足實(shí)時監(jiān)測的基礎(chǔ)上，還具有以下特點(diǎn)：以實(shí)現(xiàn)多個監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)自動測量及存儲，避免人為操作錯誤；可以實(shí)現(xiàn)所有的測量數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，便于分析、管理及決策；以實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸，降低現(xiàn)場工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省人力；具有擴(kuò)展功能，如根據(jù)需要，可增加環(huán)境溫度等參數(shù)的監(jiān)測。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]張婷婷.基于傳感器的光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng).滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，11（3）：64～66.endprint