基于GPRS和虛擬儀器的光伏電站遠程監測系統的研究

李坤福，羅維平

基于GPRS和虛擬儀器的光伏電站遠程監測系統的研究

李坤福，羅維平*

（武漢紡織大學 機械工程與自動化學院，湖北 武漢 430073）

根據太陽能光伏電站遠程監控系統的組成和特點，研究了基于GPRS數據傳輸和虛擬儀器技術的遠程光伏電站檢測系統。介紹了系統的工作原理和各組成模塊的設計，系統具有不受地理條件限制、適用于地域跨越大、光伏電站位置偏遠的遠程監測的優點，并通過實驗與仿真驗證了系統的可靠性。

光伏電站；遠程監控；GPRS；Labview

1 引言

太陽能發電作為一種清潔能源越來越受到人們的關注，光伏并網發電系統的穩定性、可靠性隨著投入的加大越發顯得重要[1]。因此，在光伏電站中，對其各種參數的監測顯得十分重要。以往一般采用人工采集的方式，往往出現不能實時反映各種參數、錯記、漏記等錯誤。而且由于光伏電站一般建設在地理位置偏遠的地方，大大增加了數據收集和分析的難度。

本文將GPRS遠程數據無線分組交換技術和虛擬儀器技術引入到光伏電站系統監測中來，在Labview平臺上實現可擴展、多模塊化的監測系統，同時依靠GPRS數據傳輸技術，實現了從數據的本地采集，到遠程進行實時、準確的數據監測和分析。

2 遠程監測系統組成

基于Labview與GPRS的光伏電站遠程監測系統由單片機控制與采集系統、GPRS數據傳輸模塊、Labview上位機程序三大部分組成。

本系統結構如圖1所示，它按分布式結構設計，可實現對多個電站的實時監控。系統主要有光伏電站單片機控制與采集系統、GPRS無線通信網絡和遠程監控計算機三部分組成。GPRS無線通信網絡是遠程監控中心與各個光伏電站單片機控制與采集現場之間進行數據傳輸的橋梁，通過GPRS網絡使現場的運行參數和狀態能夠實時傳送送至監控中心詩計算機。監控中心軟件一方面通過過GPRS網絡與現場進行雙向溝通，并與數據庫連接對數據存儲；另一方面為用戶提供一個可視化界面，讓用戶能夠直觀地了解電站的運行情況并實施遠程控制。通過Internet網絡，網絡用戶經授權后可以查看電站的運行資料。

圖1 基于GPRS的遠程檢測系統示意圖

3 監測終端硬件設計

監測系統的硬件部分主要安裝在光伏電站現場，其主要包括傳感器、信號調理器、單片機控制與采集系統、GPRS模塊和電源。如圖2所示。

圖2 硬件結構組成

3.1 單片機硬件結構組成

單片機硬件結構如圖3所示，其核心采用性價比高、使用方便的89C51單片機，它對系統運行狀態進行參數采集和監控，控制整個系統充放電回路的工作狀態，保證供電系統能在長期無人值守的情況下可靠的運行，配以輸入輸出、顯示控制等外圍電路，組成一個實用控制系統。控制器內部電路可分為幾個模塊：模擬量輸入、復位電路、輸出控制、鍵盤接口電路、外部數據存鍺器、LCD液晶顯示器、時鐘芯片、串行通信接口芯片，這幾個模塊組合起來實現了控制器的功能[2]。

圖3 單片機硬件結構圖

3.2 GPRS模塊

為了提高系統的實用性和可靠性，選用了工業級GPRS模塊PIML-900／1800，該模塊是CENTEL公司推出的GSM／DCS雙頻模塊，帶GPRS功能，主要為數據業務、短消息和語音傳輸提供無線接口。PIML-900／1800內嵌TCP／IP協議，用戶只需設置一些參數就可實現模塊與Internet相連。PIML-900／1800提供1個TTL電平的串口作為通信接口，模塊工作電壓為3.8V，數據邏輯高電平為3V，可直接與89C51串口進行通信而無須電平轉換，如圖4所示[3]。

圖4 89C51與GPRS模塊的接口電路

4 系統軟件設計

4.1 檢測終端軟件設計

檢測中斷軟件采用c語言編寫，GPRS模塊特定功能的完成是通過它所接受到的AT指令來決定的，所以對模塊的操作就是單片機向模塊發出AT指令來控制起完成相應的功能[4]。

監控終端發送數據格式為幀頭oxFF+ID+數據段+CRC+幀尾0xDD。其中ID是監控中心用于區分各終端的唯一標識號，數據段為終端監測到的溫濕度信息，采用CRC校驗碼進行校驗。監測終端軟件流程如圖5所示。

圖5 單片機程序流程圖

4.2 監控中心軟件設計

監控中心為一臺具有固定IP地址的計算機，后臺管理軟件采用NI公司的圖形化變成環境Labview 2010開發，可以定時或人工查詢各監測終端所采集的各種信息，從而實現巡監功能[5]。軟件采用C/S結構，主要分為通信傳輸模塊和數據庫管理2部分。通信傳輸模塊通過運行TCP端口監聽程序來接受來自各終端的TCP數據包，并向監測終端發送回應數據。數據庫管理模塊采用Labview數據庫訪問工具LabSQL實現與SQL Server 2005的連接。LabSQL利用Microsoft ADO以及SQL語言來完成數據庫訪問，將復雜的底層ADO及SQL操作封裝程一系列的LabSQL Vis，實現對數據庫的查詢、修改、刪除和添加等操作，軟件前面板如圖6所示。

圖6 監控中心軟件前面板

5 結語

以GPRS通信技術為核心，實現了對光伏電站的無線智能監測，不僅省去了繁雜的布線，而且具有維護方便、可靠性高、擴展能力強等優點，非常適合于大型光伏電站的遠程監測，系統經過簡單改造后可應用于其它監測領域，具有較好的經濟和社會效益。

[1] 趙爭鳴，劉建政，孫曉瑛, 等. 太陽能光伏發電及其應用[M]. 北京：科學出版社，2006.

[2] 席勇．嵌入式處理技術在無線遠程監控系統中的研究與應用[D]．北京：北京郵電大學，2004.

[3] 侯思祖，王亞微，陳超，等．基于GPRS通信技術的配變監控系統設計[J]．電力科學與工程，2008,(10).

[4] 趙亮，黎峰．GPRS無線網絡在遠程數據采集中的應用[J]．計算機工程與設計．2005,(9).

[5] 楊樂平，李海濤，楊磊．LabVIEW程序設計與應用[M]．北京：電子工業出版社，2006.

The Research about the Remote Monitoring System for PV Power Station Based on Labview and GPRS

LI Kun-fu, LUO Wei-ping

(College of Mechanical Engineering and Automation, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

According to the composition and characteristics of the Remote Monitoring System for PV power station, we research a method based on GPRS data transmission and the virtual instrument technology. In this article, the working principle of the system and the design of the modules are introduced, the system involved is not limited by the geographical condition, adopt to the remote monitoring of a long distance, remote position PV station, and verified the reliability of the system through experiments.

PV Power Station; Remote Monitoring; GPRS; Labview

TM615

A

1009－5160(2012)03－0074－03

湖北省教育廳資助項目（D20081705）.

*通訊作者：羅維平（1967-），女，教授，研究方向：智能控制與太陽能光伏應用.