光伏發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制

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【摘要】：我國(guó)的電力能源行業(yè)不斷的發(fā)展與完善，對(duì)社會(huì)的進(jìn)步也起到了重要的推動(dòng)作用。光伏發(fā)電檢測(cè)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(jì)了一種光伏發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)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(cè)的技術(shù)背景，詳細(xì)闡述了新型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)方案和工作過(guò)程，應(yīng)用狀況良好。

【關(guān)鍵字】：光伏發(fā)電；自動(dòng)監(jiān)控；控制

引言

隨著人們對(duì)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(duì)可再生能源的關(guān)注。光伏發(fā)電的高速發(fā)展和太陽(yáng)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(yáng)電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，通過(guò)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(guò)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(duì)集中存在，一種在某區(qū)域獨(dú)立存在。針對(duì)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(duì)光伏應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。針對(duì)在某區(qū)域相對(duì)集中存在的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，將各個(gè)分散節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)集中到一個(gè)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(duì)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(duì)集中存在的光伏應(yīng)用系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)。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(guò)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(wú)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(kāi)發(fā)功能完備的監(jiān)測(cè)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(duì)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(wú)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(lái)更為簡(jiǎn)單，因此本文并不對(duì)這種分布形式的光伏應(yīng)用系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行討論。整個(gè)監(jiān)測(cè)平臺(tái)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(wú)線感知層，該層主要功能是對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)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(shí)將匯集好的數(shù)據(jù)通過(guò)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(shí)監(jiān)測(cè)服務(wù)。

2、光伏發(fā)電的自動(dòng)監(jiān)控與控制

2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)

光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)通過(guò)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(guò)統(tǒng)計(jì)此用戶的電能示值來(lái)計(jì)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(lèi)型。單從物理結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，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(jì)算居民使用的電量；而另一塊是關(guān)口計(jì)量表，計(jì)算用戶的發(fā)電量。光伏發(fā)電用戶現(xiàn)場(chǎng)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(kù)中。利用發(fā)電量、用電量和系統(tǒng)內(nèi)所存儲(chǔ)的一些用戶參數(shù)每天可以自動(dòng)計(jì)算用戶的并網(wǎng)電量和上網(wǎng)電量。集中器會(huì)對(duì)電表送上來(lái)的數(shù)據(jù)有一定周期的保存，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)此光伏發(fā)電用戶的歷史統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測(cè)。

2.2光伏監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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?chē)臏囟纫约疤?yáng)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(cè)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(duì)溫度的準(zhǔn)確掌握，對(duì)于風(fēng)速、太陽(yáng)輻射量等信息的測(cè)量也要選用相應(yīng)的傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和整理。對(duì)于直接采集的信號(hào)會(huì)由于外界的種種因素，可能不會(huì)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(duì)由傳感器生成的電信號(hào)進(jìn)行處理，利用調(diào)節(jié)裝置來(lái)改變電流電壓的大小，并且可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離濾波處理。對(duì)于太陽(yáng)能輻射傳感器是用傳感器上的光電探測(cè)器來(lái)測(cè)量太陽(yáng)能輻射的，可以吧光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，應(yīng)用太陽(yáng)能輻射傳感器可以使操作簡(jiǎn)單方便，具有自我診斷的功能，也可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)工程單位，是一種專(zhuān)業(yè)可靠的設(shè)計(jì)。

2.3光伏監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

如今由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)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(jì)光伏電站，這種裝置可以把數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的手段更加的先進(jìn)化和專(zhuān)業(yè)化，使數(shù)據(jù)監(jiān)控由原來(lái)的人工監(jiān)測(cè)改成自動(dòng)化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，很大程度上提高了效率，對(duì)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(dòng)力，可以使工作人員對(duì)所有的太陽(yáng)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(duì)所產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)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(jì)

針對(duì)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(hào)，申請(qǐng)周?chē)腪igbee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(qǐng)信號(hào)，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(shí)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(yǔ)

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(wú)線遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)的新方法，通過(guò)對(duì)每塊電池板發(fā)電參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，同時(shí)能更好地保護(hù)太陽(yáng)電池，進(jìn)而延長(zhǎng)其使用壽命。本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，還具有以下特點(diǎn)：以實(shí)現(xiàn)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)自動(dòng)測(cè)量及存儲(chǔ)，避免人為操作錯(cuò)誤；可以實(shí)現(xiàn)所有的測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸，降低現(xiàn)場(chǎng)工人的勞動(dòng)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(cè)。

【參考文獻(xiàn)】：

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