太陽能遠程監控系統

王 淼

（華北電力大學電氣與電子工程學院，河北 保定 071003）

在中國的大型太陽能發電場，由于光照分布和地理位置的限制，大多分布在西北偏僻地區。由此存在分布面積大、數量多、工作環境惡劣、現場監控難的問題?？咳斯ぞS護，對人力、財力的消耗是很大的。因此需要一套能實時提供太陽能發電機組運行狀態、功能完善、性能穩定的遠程監控軟件，即數據采集與監視控制系統（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）。

基于VB軟件開發的太陽能發電遠程監控軟件，運用了VB軟件面向對象的設計思想，同時應用photoshop豐富多樣的圖形處理，界面簡潔、大方；功能全面；操作簡便。監控系統具有數據記錄、管理和查詢等功能，實現無人職守時的可靠監測。同時，通過軟件本身的網絡配置，將數據上傳到Internet，使異地管理人員方便快捷的監控此地太陽能發電站運行狀況。

1 VB軟件的開發特點[1]

1）面向對象

VB采用了面向對象設計思想，它基本思路是把復雜的設計問題分解為多個能夠完成獨立功能且相對簡單的對象集合。

2）事件驅動

在Windows環境下是以事件驅動方式運行每個對象的都能響應多個區別事件，每個事件都能驅動段代碼事件過程，該代碼決定了對象功能。

3）軟件Software集成式開發

VB為編程提供了個集成開發環境在這個環境中編程者可設計界面、編寫代碼、調試直至把應用編譯成可在Windows中運行可執行文件。

4）結構化設計語言

VB具有豐富數據類型是種符合結構化設計思想語言。

5）強大數據庫訪問功能

VB利用數據Control控件可以訪問多種數據庫，可以用最少代碼實現數據庫操作和控制。

6）支持對象鏈接和嵌入技術

VB核心是對對象鏈接和嵌入（OLE）技術支持，利用OLE技術能夠開發集聲音、圖像、動畫、字處理、Web等對象于一體的功能強大的軟件。

7）網絡功能

VB提供了DltTML設計工具，利用這種技術可以動態創建和編輯Web頁面使用戶在VB中開發多功能網絡應用軟件。

8）支持動態交換、動態鏈接技術

通過動態數據交換（DDE）編程技術，VB開發能和其他Windows應用的間建立數據通信，通過動態鏈接庫技術在VB中可方便地用C語言或匯編語言編寫Windows應用接口。

2 監測系統程序的主要功能

監測系統的功能可分為系統狀態監視、系統故障記錄、圖形曲線、數據分析及存儲、遠程監視等幾個主要方面，與此對應，監測系統的程序由系統監測、數據處理、歷史查詢等3個基本界面和用戶管理、參數設置、幫助等界面組成，每個界面都完成一定的功能，界面之間通過“數據流”進行連接、組合，從而構成一個功能豐富的虛擬系統。圖1為整體結構圖。

圖1 軟件整體結構圖

3 監測系統軟件界面的功能[2]

3.1 用戶登錄界面

該界面是整個監測系統軟件最頂層的一個界面，最先得以執行。用戶通過該界面選擇登錄身份，并輸入相應身份的確認密碼。不同登錄身份的用戶權限是不同的：系統管理員可以修改監測系統的運行參數，并創建普通用戶的帳號和密碼；而普通用戶是沒有這些權限的，這樣的設置是為了保證監測系統運行的安全性，因為系統運行參數的修改需要用戶對整個系統的特性非常了解。盡管監測系統可運行在一定的參數范圍內，但不恰當的參數設置、組合會大大降低監測系統的運行效率和可靠性，給監測系統的正常運行帶來極大的安全隱患。所以需要嚴格區分不同用戶的身份及其操作權限。在實際應用中，只有系統管理員具有最高權限，可對監控系統進行操作；其他人員只能查詢數據和監視數據，不能進行其他操作。

3.2 系統監測界面

該界面是整個監測系統軟件的核心子界面，不僅完成了監測系統軟件的大部分功能，同時為監測系統軟件的其他界面，如系統調試界面、歷史查詢界面，提供了必要的數據來源，其界面如圖2所示，該界面也是系統軟件運行時的主界面。

圖2 系統監測界面

該界面的功能包括太陽能電站狀態監測、監測數據存儲、監測數據傳送3個主要方面。

1）太陽能電站狀態監測

太陽能電站狀態監測包括太陽能跟蹤系統的監測、太陽能固定系統的監測，逆變器系統的監測，太陽能電站運行狀態的監測，所有這些被監測的變量都在圖2所示的監測面板上以數值的形式呈現給操作者，也可以波形的形式使得用戶可以直觀、全面地了解太陽能電站的運行狀態和參數。同時圖中的橫、縱坐標刻度都是自適應的，能夠隨著顯示參量的幅度大小而自動調整；波形的顯示周波數和刷新時間也都是可調的。

2）監測數據存儲

監測數據的存儲又分為兩種情況，一種情況是當系統發生故障，如過壓、欠壓、過流時，監測程序會發出警報信號，同時記錄整個故障發生時的故障類型和異常數據，這些數據可以用做故障后的分析和診斷等；另外一種情況是系統正常運行時，會對系統的特征參量進行統計上的處理，然后將處理后的結果定時存盤，以供歷史查詢。例如監測系統程序可以對光照強度、功率、直流電壓電流等數據進行統計，可以得出一定時間段內的這些參量的最大值、最小值、平均值，將這些統計結果存盤，并累積足夠長的時間，然后調出存儲的這些數據，并通過一定的軟件處理，就可以分析如光照強度、功率等的變化趨勢，提供必要的參考數據，為逆變器系統在不同的天氣和氣候條件下，實現最大功率跟蹤，提高太陽能電池板的利用效率。

3）監測數據傳送

監測數據可通過后臺的網絡數據服務器向指定IP的計算機傳輸本地的監測數據，以便不同的部門查看監控數據。

實際運行時主要監視此界面，及時發現異常數據和報警故障，通知檢修人員對出現的問題進行檢修和維護。

3.3 系統調試界面

該界面是監測系統軟件的另一個主要子界面，其界面如圖3所示。

圖3 系統調試界面

系統調試界面可以在較短的時段內可控地記錄系統各主要監測變量的實時數據，并可對記錄的數據進行波形顯示、參量計算。這一功能實際上類似于錄波器和示波器的作用。

由于可以記錄系統動態過程中各參量的變化情況，所以這個界面對于運行人員了解系統的動態特性非常有幫助。比如通過這個界面觀察當光照強度發生變化時逆變器的響應時間和系統功率的變化曲線，可以對逆變器的工作狀態做出評估，從而調整逆變器的工作參數，以在當前工作條件下的實現最大功率輸出。

3.4 歷史查詢界面

該界面是監測系統軟件的另一個主要界面，又分為歷史故障查詢和歷史數據查詢兩個獨立的子界面。

用戶通過歷史故障查詢界面可以查詢已經記錄的故障并重現整個故障過程，如查看故障的類型、發生時間和異常數值。為檢修人員提供參考資料，盡快回復電站正常運行。歷史故障查詢的界面如圖4所示。

圖4 歷史故障查詢界面

歷史數據查詢界面和歷史故障查詢界面的界面不同，用戶通過歷史數據查詢界面，可以查詢在系統監測界面中記錄的全部數據的統計數據，一個或多個變量的波形、有效值的變化曲線等；同時對這些波形、曲線提供了編輯、查看的工具，如曲線的拖動，波形局部的中心、水平、垂直方向的放大和縮小等。從而了解太陽能電站在一定時間段內的運行特性及電力系統的一些特征電量的變化情況。通過歷史曲線在同一張曲線圖中繪制多條參數曲線，以比較其變化趨勢。比如，在同一坐標系中繪制功率和光伏強度曲線，可追蹤功率跟隨光伏強度變化的情況?；蛘咴谕蛔鴺酥欣L制溫度和光伏強度曲線，光伏強度跟隨溫度變化的情況。

在界面下還可按日、月、年的方式生成報表，可對一些重要參數作短期，中期和長期的統計分析，達到監測太陽能發電機組性能的目的。利用計算機接口可打印報表，還可以通過網絡資源將報表傳送給上級有關部門查看。歷史數據查詢的界面如圖5所示。

3.5 數據對比界面

在此界面下可對比任意兩天的不同數據進行對比操作。便于分析不同天氣和氣候條件下，太陽能電站的工作狀態。例如多云、陰天和晴天的數據對比，為逆變器工作和太陽能電池板的安裝提供數據支持。其界面如圖6所示。

圖5 歷史數據查詢界面

圖6 歷史數據對比界面

3.6 用戶管理界面

該界面為用戶提供了部分個人定制工具，如修改密碼、系統管理員新建用戶帳號和密碼、數據文件的整理等等。

只要是當前登錄的用戶，都可以通過用戶管理界面的修改密碼功能項修改登陸密碼，同時，系統管理員還可以創建新的用戶帳號和登錄密碼。

文件整理是用戶管理界面的另一功能項。該界面顯示了監測系統軟件所在文件夾的磁盤使用情況，并給出是否清空數據文件的操作提示。通過前面的介紹，我們知道監測系統程序正常運行時要定期記錄系統監測變量的統計數據，故障情況下要記錄全部監測變量的故障數據，所以當這些數據逐漸增多至一定的磁盤使用率時，應該及時將這部分舊數據轉移備份，然后清空這些數據文件，這樣不至于因為運行時間過長、數據過多造成新的數據不能正常存儲，從而影響監測系統程序的運行。

3.7 參數設置界面

用戶通過該界面可配置監測系統運行所需的一切軟、硬件參數。系統運行所需的參數可分為4類：第一類是關于數據采集單元的測量參數，包括數據采集編號、采樣速率、數據刷新時間等；第二類是關于串行口的通信參數，包括串口標識號、流控制、波特率等；第三類是關于電量的報警參數，包括報警方式、報警閾值的上下限等，第四類是關于數據記錄的存儲參數。

該界面在設計過程中考慮了以下兩個因素：一是為了使監測系統具有良好的兼容性和靈活性，監測系統的參數設置也應該具有足夠的靈活性。因為在不同的工況下，對監測系統的運行要求不同，運行參數可能相差很大，如不同工況下數據采集單元的采樣率大小、采樣通道數等都是不同的；此外，監測系統還有可能擴展新的硬件。對這些變化，參數設置界面應該能夠適應，并使得用戶可以很方便地通過這個界面修改原來的參數、添加并配置新的參數。

盡管監測系統的參數是可配置的、在一定范圍內是可調的，但是部分參數之間有一定的關聯性，如果配置的參數匹配的不好，就有可能造成程序運行在不合理的狀態，甚至出現運行錯誤，所以應該綜合考慮關聯參數之間的匹配問題，并限制其中部分參數的可調范圍。這也是系統參數設置界面設計過程中應該考慮的另外一個因素。

4 結論

綜上所述，系統參數設置界面為用戶提供了一個方便的接口界面，使得用戶能在一定范圍內自由地配置系統參數，同時可以保證系統的可靠運行。

太陽能電站遠程監控軟件是現代化電場管理中必不可少的重要工具。本文介紹的基于VB軟件開發的遠程監控軟件功能強大，穩定可靠，適用于各類太陽能發電機組。由于采用了通用的通信協議和標準的數據存儲模式，所以便于系統以后的升級和維護，具有很強的通用性和擴展性。此監控軟件已在唐山高等檢察院60kW太陽能屋頂項目、北京中天恒投資公司兩套30kW太陽能屋頂項目、北京兵器裝備集團公司50kW太陽能屋頂項目和山西納克兩套15kW太陽能屋頂項目中得到應用，已穩定運行兩年。

[1]李淑華.VB程序設計及應用[M].北京:高等教育出版社,2004.

[2]劉立群,池光,劉哲.Visual Basic 程序設計與應用[M].北京:機械工業出版社,2010.