基于LabVIEW的光伏在線監測系統

楊偉鵬 李寶 呼珅存

摘 要：本文針對傳統光伏監測系統性能差、設計煩瑣以及數據遠程通信難度大等問題，設計了一種基于LabVIEW的光伏在線監測系統，并詳細論述了該系統硬件與軟件設計，同時利用LabVIEW網絡通信功能，實現了監測數據遠程快捷通信功能。

關鍵詞：光伏發電;監測;LabVIEW

中圖分類號：TM615文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）29-0023-02

Abstract： In view of the poor performance of traditional PV monitoring system， the cumbersome design and the difficulty of data remote communication， this paper designed a photovoltaic online monitoring system based on LabVIEW， and discussed the hardware and software design of the system in detail， and used the LabVIEW network communication function. The remote data communication function of monitoring data was realized.

Keywords： photovoltaic power;monitoring;LabVIEW

太陽能光伏發電系統由很多分散光伏組件單元構成，為了保證系統可靠、高效運行，需要對光伏發電系統進行監測，獲取系統各項參數。目前，絕大多數光伏發電系統都是利用計算機監測技術進行工作，這不僅有利于光伏發電系統運維，同時還可以通過獲取發電系統參數，為系統的改進提供參考數據，所以對光伏監測系統進行研究十分必要。然而，傳統光伏發電監控系統普遍存在設計煩瑣、運行不穩定、可擴展性不強和數據分析能力低等問題。基于此，本文基于LabVIEW開發環境設計了一種新型光伏在線監測系統，有效解決了上述光伏發電監測存在的問題。

1 系統原理

本文設計的光伏在線監測系統原理圖如圖1所示。該系統利用各種傳感器監測系統數據，之后將傳感器得到的電信號通過信號調理裝置或變送器進行放大、隔離或濾波操作，通過調制后的監測信號傳至監測現場的數據采集卡，進行信號處理。主監控系統通過RS-485串行總線與監測現場下位機進行數據通信，利用LabVIEW開發環境、數據采集卡軟件驅動程序以及各種傳感器構建出數據在線監測系統，完成監測參數采集、顯示、分析和存儲工作。同時，利用LabVIEW中的網絡發布工具實現遠程數據監測[1]。

2 硬件設計

本文設計的光伏發電在線監測系統，監測的主要數據包括三部分：第一是光伏組件方陣運行時的電流、電壓和功率等參數;第二為光伏組件周圍的環境參數，主要包括風速、環境溫度、太陽輻照度等;第三是通過軟件分析出的一段時間內的總的發電量以及環境參數平均值等。

根據需要檢測的參數，本設計對傳感器進行細致選擇，其中溫度傳感器以PT100作為測量元件，其溫度采集范圍為-200～+850℃，標準化輸出信號主要為0～10mA、4～20mA和1～5V的直流電信號。本設計系統使用的輸出信號為1～5V電壓信號。直流電壓、直流電流測量采用中創智ZH-4424#系列的ZH-44241-14F224路全隔離直流電壓采集器以及ZH-44242-14F224路全隔離直流電流采集器，電壓測試范圍為0～400V，選用可靠性較高的電流采集器和電壓采集器，每通道之間相互隔離，電源、通信與被測端全隔離[2]。

功率測量根據當前系統測量出的電流值和電壓值，利用計算機軟件編程實現;風速測量采用青易生產的QS-fs風杯式風速傳感器，其風力為0.2～0.4m/s，量程為0～32.4m/s，輸出信號為0～5V電壓信號;太陽能輻射儀使用EKO的MS410總輻射儀，其為熱電堆型輻射儀，具有180°視場角，量程0～4 000W/m2，輸出信號可以采用0～40mA、4～20mA和0～5V的直流電信號，本系統選用0～5V電壓信號。

為實現采集電壓信號和計算機之間的通信，本設計選用ADLINK公司的PCI9112數據采集卡，該卡具有12位A/D分辨率，采樣率最高為110kS/s，可以實現16路單端模擬輸入測量，測量范圍為±5V。同時，該卡還具有2通道12位模擬輸出、16通道數字輸入輸出以及1通道16位通用定時器，可以滿足后期監測系統信號輸出和定時計數要求[3]。

3 軟件設計

LabVIEW程序開發環境由美國國家儀器公司研制開發，其將技術人員所熟悉的術語、圖標和概念轉化成為圖形化編輯語言。在軟件編程過程中，利用圖標和連線代替了文字程序代碼。因此，基于LabVIEW程序開發環境設計的數據監測系統多具有編程簡單、界面友好以及可擴展性強等優點。

3.1 軟件設計

本監控軟件利用LabVIEW開發環境編寫，實現光伏發電系統周圍的環境溫度、電流、電壓以及輻照度等數據的顯示、儲存與分析功能，系統面板如圖2所示。系統交互界面主要由綜合數據監測模塊、環境參數監測模塊、發電參數監測模塊和數據分析處理模塊組成，各模塊通過選項卡切換，實時顯示數據，其中數據分析處理模塊具有歷史數據查找、數據顯示和數據分析的功能[4]。

3.2 數據庫建立

本監測系統建立了五類數據表來儲存不同的數據，分別為環境參數、光伏組件參數、逆變器參數、累計發電量（包括逐小時、每日、每月）以及系統總發電量，利用SQL Severs數據庫建立這五類數據系統，并使用LabVIEW開發環境中的SQL開發包函數實現SQL Severs數據庫的寫入與讀取功能。

3.3 網絡通體系功能實現

在LabVIEW開發環境中，具備通過遠程訪問來實現網絡通信的功能，因此遠程訪問只需要進行相應的設置即可。具體設置方法如下：利用LabVIEW網絡通信中的C/S模式構建網絡通信系統，將監控現場計算機設置為服務器，并在LabVIEW中完成服務器相應配置設置，主要設置內容有設定服務器名稱及屬性、設置客戶端訪問權限等;在服務器上完成相應設置后，在服務器端發布遠程監控網頁及相應的鏈接，遠程監控計算機即可作為客戶端通過網頁瀏覽器，訪問服務器發布的網頁鏈接，實現光伏發電系統遠程在線監測功能。

4 結語

本文設計了一種基于LabVIEW開發環境的光伏在線監測系統，設計過程中選取了合適的光伏發電監測傳感器、變送器、數據采集卡以及數據通信總線，同時利用LabVIEW的網絡通信功能，實現了監測數據遠程通信功能。本系統具備運行穩定、界面友好、可擴展性強及成本低等優點，具有良好的應用前景。

參考文獻：

[1]徐曉龍.基于LabVIEW的光伏電站數據監測系統研究[D].西安：陜西科技大學，2015.

[2]彭睿.太陽能環境監控參數的采集與分析[D].武漢：武漢紡織大學，2012.

[3]高遠.光伏發電數據監測系統的研究與設計[J].通訊世界，2017（1）：170-171.

[4]陳樹學.LabVIEW使用工具詳解[M].北京：電子工業出版社，2014.