基于ZigBee的光伏發電監控系統研究

秦英煒 王剛

摘 ? 要：這些年來，在社會經濟大力發展的背景下，國家也更加重視環保問題。因此，新能源產業也在大力的發展過程中。其中，光伏發電就是一種新型的、綠色環保的新能源產業。這種發電技術不僅綠色環保，而且還可以減少非可再生能源的消耗。但是由于地區的限制，很多偏遠地區無法對這一系統進行實時監控。因此，人們便將ZigBee技術融入到監控系統當中，以此來規避地區的限制。在本文中，就針對這部分的內容進行了探討。

關鍵詞：ZigBee技術 ?光伏發電 ?監控系統

中圖分類號：TM615 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0014-02

能源是推動社會發展的一種驅動性力量。在發電行業，火力發電已經開始呈現出弊端了，為了能夠更好地體現出當前的環保理念，光伏發電開始在世界各國得到了很大的發展。這是一種可持續強而且綠色環保的能源，可以很好地滿足各方面的需求。但是，由于光伏發電站一般都建立在偏遠地帶，所以相關的監控和維護工作也就比較困難。因此，為了彌補這一缺陷，便在監控系統中引入了ZigBee技術，以此來實現遠程監控。

1 ?關于ZigBee的相關內容

1.1 概述

所謂的“ZigBee”，其實就是一種基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。在國際標準上，其具體是指一種短距離、低功耗的無線通信技術。“ZigBee”這一名稱，主要來源于蜜蜂的八字舞。在具體應用的過程中，這種無線通信技術的特點就是距離短、復雜度低以及功耗低、成本低等，在自動控制和遠程控制領域中的應用比較廣泛，可以在各種設備中嵌入使用。簡單來說，這一技術，其實是一種高可靠的無線數傳網絡，與CDMA和GSM網絡比較相似。另外，這一技術的通訊距離從標準的75m到幾百米，甚至是幾公里都有可能，并且還可以支持無限擴展。

1.2 主要的優點

1.2.1 成本低

這種無線通信技術在具體應用的過程中，可以大幅度地簡化協議，使其不到藍牙的1/10，大大降低了對相關通信控制器的要求，從而減少了對成本的消耗。另外，ZigBee技術還是免協議專利費的。

1.2.2 功耗低

根據相關的研究可以了解到，在低耗電待機模式之下，僅僅只依靠兩節5號干電池，就可以維持一個ZigBee節點工作6～24個月的時間，甚至還有可能更長。而在同樣的模式之下，藍牙只能夠工作數周，而WiFi也只能工作數個小時。由此可知，ZigBee的功耗是比較低的，這也是ZigBee的突出優勢。

1.2.3 短時延

從實質上來說，ZigBee的響應速度是極快的。在通常情況下，從睡眠狀態轉入到工作狀態，ZigBee僅僅只需要15ms的時間。而節點連接進入網絡，也僅僅只需要30ms的時間。而在同樣的情況下，藍牙需要3～10s，而WiFi 則需要3 s，從這點來看，ZigBee可以進一步地節省電能。

2 ?關于光伏發電監控系統的相關內容

2.1 功能

從實際情況來看，光伏發電系統通常會分為五個部分，分別是太陽電池板陣列、逆變器、跟蹤裝置以及蓄能裝置和監控裝置。只有這五個部分合作配合，才能夠完成相應的發電和蓄能的過程。其中，監控系統的存在，主要具有著以下幾個方面的作用：其一，對相關的發電設備進行數據采集。在這一環節中，主要是借助于各種傳感器來進行的，而這些數據，通常包括著發電設備的運行時間參數、電流電壓參數等等。其二，將采集到的數據進行轉換。在這一環節，通常需要用到A/D的轉換功能來完成數據的模數轉換，只有轉換之后，才能夠進行之后的操作。其三，合理地借助ZigBee技術來將系統中的各個監控終端連接起來，然后再借助GPRS技術來與遠程監控中心進行通信，以此來構建核心通信層。其四，合理地利用下層數據，充分地分析發電設備的實時運行狀態。一旦發電設備出現異常或者是故障，那么相關的中央控制中心則應該及時采取相應措施進行處理。

2.2 監控系統的總體結構

在本文中，主要針對三層太陽能發電無線檢測及控制系統來進行分析。在這一系統中，系統的總體結構分為三層，其中，底層為數據采集和執行層，第二層為數據傳輸層，即通信層，而第三層則為上位機應用層。其中，在底層中，設有環境數據傳感器、設備運行傳感器等。在具體工作的過程中，這些傳感器可以將檢測到的各項數據傳輸到數據融合服務器當中，然后再通過A/D模式來對這些數據進行初步的轉換處理，以便數據之后的傳輸可以更加順利。另外，在這一層中，還有數據執行層，在數據執行層中，可以通過ZigBee網絡來傳輸傳感器所采集到的數據，并且結合相關的MPPT控制測量來實現太陽陣列的方位。其中，第二層的功能，在底層中就有所體現了。這一層主要是借助ZigBee網絡來將數據上傳到第一層當中。在第三層中，主要的功能就是監控太陽能陣列運行情況，并且根據具體的運行數據來遠程控制各項設備的運行狀態。

2.3 針對通信層的研究

在光伏發電監控系統中，通信網層位于第二層，這一層結構的主要功能就是借助ZigBee網絡來將前端的傳感器數據融合模塊與現場的監控中心進行連接，然后再通過GPRS來將現場監控中心與遠程監控系統進行連接。一般來說，在這一監控系統當中，通常都可以根據實際情況來設置多個前端模塊或者是多個參數采集節點。這些節點所收集到的數據，需要提前進行處理，將冗余數據去掉之后再將其傳輸到通信層當中。

在底層的通信網中，主要是通過ZigBee技術來實現無線網絡的通信功能的。一般來說，一個標準的ZigBee網絡，通常是由多個部分共同組成的，通常是一個匯聚節點、若干個盲點以及靜態節點這三部分。另外，在底層數據采集層中，通常還會設置數據接收終端，并且使其與現場控制中心進行連接。而在實際情況下，現場控制中心的構建，通常還可以利用PC機或者是服務器來實現。這一部分的主要作用，其實就是接收告警裝置中的信息。這樣一來，若是某些設備在光伏發電的過程中出現了異常或者是故障，那么這一系統就可以及時將信息反饋給現場的管理人員或者是監控人員，同時將數據信息傳輸到遠程控制中心，由遠程控制中心下達具體的執行命令，以此來實現對發電設備運行狀態的遠程控制。在實際情況中，現場監控系統與遠程控制中心之間的通信，其實是通過GPRS技術來實現的。這一技術在具體應用的過程中可以使用分組交換以及分組傳輸的概念。因此，在數據傳輸的過程中，無線信道也就不會被固定占用，可以確保無線信道的合理和充分使用，以此來提高數據傳輸的效率。

3 ?結語

總而言之，所謂的ZigBee技術，其實是一種新型的無線數據采集和傳輸技術。而且，這一技術也是一種短距離無線通信技術，其在實際情況中的應用核心就是構建相應的ZigBee網絡。在光伏發電產業中，若是可以將ZigBee技術與GPRS技術有效結合起來，那么就可以實現對光伏發電系統的無線遠程監控，這種系統不僅可以對相關的數據信息進行在線采集，而且還可以實現遠程傳輸監控，具有著很多的優點，例如數據傳輸速度比較快、維護起來十分方便等等。

參考文獻

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