基于B/S模式的光伏中心現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

無錫汽車工程學(xué)校 韓博硯

光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊式的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)從總體上說主要有五大部分組成：光伏電站現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、光伏電站現(xiàn)場視頻系統(tǒng)、光伏電站現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)、光伏中心總檢測控制室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、光伏中心總檢測控制室視頻管理系統(tǒng)。

光伏中心現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來獲取光伏電站設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)（例如：光伏陣列電壓、光伏陣列電流、日照強(qiáng)度等），光伏電站現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)將獲取的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到光伏中心總檢測控制室，光伏中心總檢測控制室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)并將其保存入數(shù)據(jù)服務(wù)器中，這樣總檢測控制室數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中就存有各光伏電站的實(shí)時(shí)和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，并能將這些運(yùn)行數(shù)據(jù)以表格和圖形曲線方式通過顯示設(shè)備顯示出來。設(shè)在各光伏電站現(xiàn)場的視頻攝像頭，也通過網(wǎng)絡(luò)傳送到總檢測控制室，并且通過顯示設(shè)備顯示光伏電站的實(shí)時(shí)現(xiàn)場環(huán)境畫面。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個(gè)光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心部分，承擔(dān)著第一手?jǐn)?shù)據(jù)的采集任務(wù)，是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。

一、數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將面對(duì)不同的現(xiàn)場儀表傳感器和不同的傳感器數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)傳送方式。

依據(jù)光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，需要現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)有：

（1）環(huán)境溫度；（2）環(huán)境風(fēng)速；（3）環(huán)境濕度；（4）太陽水平面總輻射；（5）當(dāng)?shù)氐膶?shí)時(shí)天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)；（6）光伏陣列電壓；（7）光伏陣列電流；（8）光伏組件表面溫度；（9）輸出交流電壓；（1O）輸出交流電流；（11）輸出交流頻率；（12）逆變器起始工作電壓；（13）逆變器工作時(shí)間；（14）總發(fā)電量；（15）故障次數(shù)。

二、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鑒于光伏電站現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)量大及現(xiàn)場的每一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)接口的不確定性，為保證數(shù)據(jù)傳送后對(duì)于光伏監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)處理的一致性，保證可以有新的電站系統(tǒng)加入，光伏電站現(xiàn)場設(shè)置一個(gè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

根據(jù)光伏電站現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的需求，設(shè)計(jì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖中的數(shù)據(jù)采集儀表為現(xiàn)場的各種儀表，考慮到儀表的多樣性和以后的可擴(kuò)充性，數(shù)據(jù)采集所采用的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，即儀表與數(shù)據(jù)采集器的連接方式采用以下四種方式：（1）以太網(wǎng)；（2）RS485；（3）RS232；（4）模擬通道加模數(shù)轉(zhuǎn)換。

為了以后的系統(tǒng)擴(kuò)充，系統(tǒng)預(yù)留了其他數(shù)據(jù)接口。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依據(jù)每一個(gè)現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)接口協(xié)議將傳感數(shù)據(jù)接收到數(shù)據(jù)采集器中。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)按系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式要求打包后通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)傳送到總監(jiān)控中心。

考慮到現(xiàn)場的各種儀表是長期24小時(shí)工作的，儀表的自診自檢是必須考慮的。故障自診自檢技術(shù)需要各個(gè)環(huán)節(jié)的密切配合，通過故障自診自檢技術(shù)，可以提供一些輔助的故障決策和故障信息、設(shè)計(jì)必要的故障自排除功能對(duì)用戶來說卻是非常必要的。如為了防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中引起的干擾錯(cuò)誤，可以采取校驗(yàn)算法，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確錄入。又如傳感器設(shè)備可以將自己的工作情況傳送到總監(jiān)控中心，提示相關(guān)的設(shè)備維護(hù)人員做相應(yīng)的處理，一旦由于設(shè)備故障的原因?qū)е聰?shù)據(jù)的不正常，系統(tǒng)無將法正常運(yùn)行時(shí)，診斷出故障的儀器，可以采取針對(duì)性措施去加以排除。器間完成一個(gè)傳輸?shù)乃袇f(xié)議的幾個(gè)集合（這也就是一個(gè)通路，數(shù)據(jù)通過它從一臺(tái)機(jī)器到另一臺(tái)機(jī)器）。棧分成層，棧的每一層都能從相鄰的層中接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。每一層都與許多協(xié)議相聯(lián)系。在棧的每一層，這些協(xié)議都在起作用。

表1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式

TCP/IP協(xié)議具有以下一些主要的特點(diǎn)：

（1）開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)；

（2）獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中；

（3）統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有惟一的地址；

（4）標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。

鑒于TCP/IP協(xié)議的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議作為采集數(shù)據(jù)的通信協(xié)議。

三、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式

數(shù)據(jù)格式是數(shù)據(jù)保存和通信的編排格式?？蔀閿?shù)值、字符或二進(jìn)制數(shù)等形式。由數(shù)據(jù)類型及數(shù)增長度來描述。數(shù)據(jù)格式的確定應(yīng)滿足一定條件：

（1）保證記錄所需要的全部信息；

（2）提高存儲(chǔ)與通信效率，保證存儲(chǔ)空間的充分利用和通信的可靠穩(wěn)定；

（3）格式標(biāo)準(zhǔn)化，保證有關(guān)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的交換。根據(jù)數(shù)據(jù)記錄長度的特點(diǎn)，一般分為定長格式和變長格式。

鑒于各電站數(shù)據(jù)采集儀表的不確定性和復(fù)雜性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了儀表與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式的適配器，用于各儀表與系統(tǒng)的連接。適配器將安裝在數(shù)據(jù)采集器中，系統(tǒng)留有接口，以便于針對(duì)不同儀表編寫不同的適配器軟件。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式定義如表1所示。

四、通信協(xié)議

TCP協(xié)議和IP協(xié)議指兩個(gè)用在Internet上的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（或數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ?。它們分別是傳輸控制協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。這兩個(gè)協(xié)議屬于眾多的TCP/IP協(xié)議組中的一部分。TCP/IP協(xié)議組中的協(xié)議保證了在Internet上數(shù)據(jù)的傳輸，TCP/IP通過使用協(xié)議棧工作。這個(gè)棧是所有用來在兩臺(tái)機(jī)

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