基于DTU和Kingview的光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郝玉然，焦 爽，焦東宏

（華北水利水電大學(xué) 河南 鄭州 450000）

1 引言

隨著煤、石油和天然氣等化石能源的不斷減少和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以太陽能風(fēng)能為主的新能源作為能源開發(fā)的主要對(duì)象。光伏發(fā)電是太陽能的應(yīng)用形式之一，發(fā)電站現(xiàn)場(chǎng)有大量節(jié)點(diǎn)，而且容易遭受自然環(huán)境的破壞[1]。因此，為了實(shí)時(shí)了解光伏發(fā)電站的情況需要對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)控[2]。

針對(duì)本項(xiàng)目光伏發(fā)電站比較分散、數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)和站點(diǎn)的數(shù)據(jù)要在同一個(gè)監(jiān)控畫面中顯示等問題，文中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使用四信DTU和Kingview7.5SP1對(duì)現(xiàn)有的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使用四信DTU構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控界面在上位機(jī)中完成。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的組成

本文設(shè)計(jì)的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)主要有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、四信DTU和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心這3個(gè)部分組成[3]。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)有Growatt光伏逆變器、Pt100溫度傳感器等需要進(jìn)行發(fā)電量的數(shù)據(jù)采集和環(huán)境溫度監(jiān)控的設(shè)備，這些設(shè)備是modbus從站，通過modbus協(xié)議與四信DTU進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊[4]；四信DTU作為modbus主站，一方面能與現(xiàn)場(chǎng)需要監(jiān)控的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，另一方面通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的虛擬串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)備有上位機(jī)，上位機(jī)也可以與打印機(jī)進(jìn)行連接，上位機(jī)監(jiān)控畫面開發(fā)是基于Kingview7.5SP1完成的。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)項(xiàng)目的工作要求，監(jiān)控系統(tǒng)需要有以下5個(gè)基本功能[5]：

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)（像電網(wǎng)電壓、逆變器輸出功率）和環(huán)境參數(shù)（如溫度）進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)的監(jiān)控畫面中。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理分析。系統(tǒng)能自動(dòng)保存各站點(diǎn)的日、月和年發(fā)電量，并將發(fā)電量轉(zhuǎn)換成售電收入。同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)能自動(dòng)將監(jiān)控的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為節(jié)能減排效益、經(jīng)濟(jì)效益等數(shù)據(jù)。

（3）故障監(jiān)測(cè)及報(bào)警。在組態(tài)王監(jiān)控畫面中設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)正常運(yùn)行的上下限和報(bào)警先后順序，當(dāng)某一站點(diǎn)的其中一個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)不正常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)能顯示錯(cuò)誤信息，方便工作人員及時(shí)處理。

（4）監(jiān)控畫面中能夠看到報(bào)表及各站點(diǎn)實(shí)時(shí)功率趨勢(shì)曲線。系統(tǒng)能自動(dòng)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行保存，便于工作人員對(duì)發(fā)電站運(yùn)行數(shù)據(jù)查看及分析。

（5）與常用軟件有較好的兼容。監(jiān)控系統(tǒng)中相關(guān)數(shù)據(jù)能用Oiffce等軟件打開，使分析數(shù)據(jù)更加方便。

3 通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

根據(jù)性能需求，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)備選購(gòu)預(yù)裝Window7系統(tǒng)的聯(lián)想臺(tái)式機(jī)。現(xiàn)在windows7系統(tǒng)使用較多，Kingview7.5SP1與Window7系統(tǒng)有較好的兼容性。modbus主站及modbus從站均采用廈門四信通訊有限公司的設(shè)備。Modbus主從設(shè)備查詢響應(yīng)如圖2所示。現(xiàn)場(chǎng)部分硬件設(shè)備接線圖如圖3所示。modbus主從站設(shè)備使用雙絞線進(jìn)行硬件連接，并需要在模塊上進(jìn)行從站地址設(shè)置，在確保主、從站設(shè)備都正確安裝后，使用Tcp2Com軟件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。

圖2 modbus主從設(shè)備查詢響應(yīng)

圖3 現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備接線圖

4 上位機(jī)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以Kingview7.5SP1為平臺(tái)進(jìn)行光伏監(jiān)控系統(tǒng)畫面的開發(fā)，完成對(duì)各個(gè)站點(diǎn)光伏電站數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在監(jiān)控界面開發(fā)時(shí)，主要使用組態(tài)王7.5SP1中的文本控件、圖形控件、直線控件、數(shù)據(jù)報(bào)表、報(bào)警窗口等模塊進(jìn)行畫面設(shè)計(jì)，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要編寫月發(fā)電量，年發(fā)電量和月售電收入等數(shù)據(jù)命令語言，監(jiān)控系統(tǒng)采用主界面操作，系統(tǒng)界面結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)界面結(jié)構(gòu)框架

監(jiān)控系統(tǒng)主要包括主畫面、報(bào)表、報(bào)警顯示、累計(jì)節(jié)能減排數(shù)據(jù)等工作畫面。在主畫面中能監(jiān)控逆變器工作狀態(tài)和運(yùn)行不正常時(shí)報(bào)警的功能，系統(tǒng)主畫面如圖5所示；報(bào)表界面包括系各鄉(xiāng)鎮(zhèn)日月年報(bào)表、村級(jí)日?qǐng)?bào)表以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面，能夠分析光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)。報(bào)警可以顯示錯(cuò)誤代碼、報(bào)警界限值等信息；節(jié)能減排數(shù)據(jù)是將發(fā)電量通過系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)換為環(huán)保數(shù)據(jù)，如CO2減放、節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量等。

圖5 主畫面

通過點(diǎn)擊報(bào)表界面，可以切換到鄉(xiāng)鎮(zhèn)報(bào)表和村級(jí)報(bào)表等，觀察主畫面可以知道光伏電站的運(yùn)行情況、發(fā)電量和發(fā)電收入等數(shù)據(jù)。

5 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要有下面幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）本系統(tǒng)實(shí)時(shí)性比較好、可靠性好。在當(dāng)前工業(yè)通訊領(lǐng)域中，Modbus比其他通訊方式占有更大份額，傳輸速率快、可靠性高。通過GPRS無線傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，成本較低，距離不受限制[6]。（2）人機(jī)交互界面良好和功能多樣化。用Kingview7.5SP1軟件進(jìn)行界面開發(fā)能夠把數(shù)據(jù)直觀的展現(xiàn)出來；同時(shí)讓監(jiān)控系統(tǒng)具有多元化的功能，如數(shù)據(jù)處理軟件Excel軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)有較好的兼容性，系統(tǒng)可以顯示出報(bào)警錯(cuò)誤類型的功能，直觀明了。

6 結(jié)語

本次針對(duì)鄲城縣光電扶貧項(xiàng)目設(shè)計(jì)的光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)，主要運(yùn)用DTU的GPRS無線傳輸方式和modbus協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，運(yùn)用組態(tài)王7.5SP1軟件實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電站監(jiān)控界面的開發(fā)。本系統(tǒng)具有容易組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。在光伏發(fā)電大量推行的今天，使得光伏發(fā)電站的自動(dòng)化水平明顯提高，能夠隨時(shí)知道發(fā)電站內(nèi)的運(yùn)行情況，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。