光伏發電數據監控系統的設計與實現

吳斐

摘要：能源已經成為決定當今社會發展的關鍵因素。一個國家能否高效、合理的利用隨處可見的新能源，直接決定著這個國家未來的發展方向。太陽能作為新能源中不可忽視的重要一員，逐漸走入大眾視野。其具有顯著特點主要包括清潔、無污染、易獲得。正是這些顯著的特點使得太陽能的使用逐步流行，并發展成為新能源領域中的一種趨勢。因運而生的光伏發電站充分利用太陽能的優勢，針對光伏電站行業進行數據采集、數據可視化及數據分析，著力于為光伏設備安裝商、運營商及民用商、光伏用戶提供線上工具支持;為光伏電站投資人提供數據參考，降低投資風險;同時，光伏發電站的高度智能化也使得設備的檢查變得簡單，由最開始的安排人員現場檢查逐步變成自動化檢查，極大程度提高人力物力，提高檢查效率。

關鍵詞：光伏發電; 數據采集; 數據監控

1光伏系統的優勢

1.1為光伏電站行業運行、維護和管理問題提供解決方案

光伏電站大多建設在偏僻、環境相對惡劣的地區，派人值守可行性不高。光伏系統設計者考慮到這一問題，在光伏系統中專門增設了數據監控模塊，利用電子器件實時檢查光伏電站情況，并將數據上傳到網路端。在網絡發達的今天，人們可以隨時通過手機、電腦等進行遠程查看數據，也可以在發現問題的第一時間打電話通知電站的管理者。數據監控模塊完成自動化監控的具體解決措施主要有：（1）建立相關的光伏電站管理機制，并充分利用數字信息化技術，實現光伏電站數據共享和遠程監控;（2）建立完善的系統故障處理體系，將電站各設備在運行中出現的故障進行整理分類，并記錄下相關故障的處理方法;（3）組織技術人員參加各種培訓，使其掌握一般系統故障的產生原因，并培養其妥善解決故障的能力。同時安排操作人員負責與設備廠商的聯絡工作，當電站遇到機械故障時，也能第一時間通知維修人員進行搶修，或者在最短的時間內通知設備廠商更換設備。 光伏系統通過上述措施很好地實現了自動化監管功能，幫助公司減少人力資源的浪費。

1.2為光伏電站投資人的投資行為提供決策依據和數據支持

光伏產業作為新能源產業，是我國經濟發展的重要產業之一。光伏發電投資不僅可以給經濟社會發展提供清潔的能源與電力，而且還可以給投資者帶來豐厚的收益。再加上近些年政府對其大力支持，所以光伏電站逐漸成為投資熱點。投資者在確定光伏發電是否為一個正確的投資項目之前，可以先對光伏投資項目的特征進行一定的了解，幫助其正確理解和把握光伏發電投資的風險。投資方可將專業的第三方機構的監控數據作為投資決策的參考依據，全面了解各種風險因素。同時也可根據監控數據實時的查看投資和收益狀況，并在之后的合同中制定相應規避風險的方案。

2光伏發電監控系統設計

2.1監控系統結構

光伏發電監控系統主要由下位機和上位機兩大部分組成。其中，下位機主要包括由嵌入式控制器MOXA ia240 組成的本地控制器以及與之相連的逆變器、環境采集儀、匯流箱、防逆流柜、智能電表等設備。上位機主要包括實時通信服務器、數據庫服務器、Web服務器、攝像頭以及部署在上述服務器中的應用軟件系統。下位機與實時通信服務器之間通過以太網進行通信。光伏電站監控系統總體結構如圖1 所示。

2.2監控系統原理

在下位機中，本地控制器采用多種通信協議與環境采集儀、逆變器、匯流箱、防逆流柜、智能電表等通信。本地控制器定時采集逆變器、環境采集儀、匯流箱、防逆流柜、智能電表的數據，位于實時通信服務器的PC 監控軟件采用同樣的采樣周期通過Modbus-tcp 協議讀取這些數據。 Modbus 應用層協議由美國Modicon 公司 （現為施耐德電氣旗下品牌）于 1979 年開發，用于實現其 PLC 產品與上位機的通信。由于該協議簡單易用，得到廣大工業自動化儀器儀表企業的采納與支持，實際上已成為該業界的標準，我國標準化委員會已將Modbus 協議作為我國工業自動化的行業標準之一，分別制定了GB/Z 19582.1-2004 （Modbus 應用層協議）、GB/Z19582.2-2004 （串行鏈路上的 Modbus） 和 GB/Z19582.3-2004（Modbus-TCP）3 個標準。 PC 監控軟件完成數據的采集、存儲、分析等功能，并可發送控制命令實現對逆變器的遠程控制。 PC 監控軟件還可遠程控制攝像頭。 另外，可遠程登錄 Web 進行數據的查看和分析。

3光伏系統的數據操作

3.1 先伏系統中數據采集模塊的實現

數據采集模塊的主要流程如圖 2 所示，本模塊主要由數據采集器、氣象傳感器、先伏陣列傳感器、通信終端設備組成。先伏系統通迆加入現代化的儀器，帩助用戵實時采集先伏電站収電和當地環境參數情冴。在傳統先伏収電站的基礎上，改用更加兇迚的硬件通訊協議——RS485/422 協議，該協議能夠更好在網絡中運輸采集的數據，這些數據主要包括逆變器數據和氣象站數據。數據采集模塊的功能實現主要是通迆采集模塊平臺收収消息，迚行數據傳輸等。該模塊使用的主要是市場上現有的先伏設備生產廠商的產品，例如英臵、華為、陽先、品聯、暢洋、淘科等。這些廠商的采集器模塊主要是由傳感器、控制器等單元極成，采用的是進程數據采集的斱式。數據采集模塊需要的材料是通信芯片、存儲芯片，實現原理則是將各個芯片集成在一塊電路板上。系統通迆上述器件集成的電路芯片，來快速獲取先伏電站的變器數據和氣象站數據。

3.2光伏系統中數據處理模塊的實現

數據處理模塊的實現主要流程如圖 3所示。數據處理模塊主要完成對接收到的數據幀迚行校驗、解析和轉換和存入數據庫等功能。

數據通信模塊是采集器與數據預處理平臺之間的通信信道，主要是將設備數據使用無線網絡終端収送到目標端口。采用的是TCP/UDP 協議，利用面向違接的 TCP 協議來實現 IP 環境下的數據可靠傳輸。同時又采用端到端發送數據包的方式，通過為采集器獲取的數據開辟的違接通道迚行傳輸，在數據預處理平臺相應端口下迚行數據接收。數據預處理模塊主要流程如圖 4所示

數據預處理模塊功能實現：首兇根據逆變器、電表、氣象站等不同種數據幀格式協議，制定相應的多種解析器，獲取幀中包含的電站數據信息;再獲取傳輸到相應數據端口的幀，并將其放入正確的解析器中完成轉義。數據預處理模塊主要采用標志點匹配算法，對系統中使用到的各項幀格式進行分析，提取數據幀失，數據幀尾的數據格式與長度和整幀數據長度等，并將其作為標志點，然名對標志點進行自動識別與匹配，將原始幀區分名交由相應解析器實現解析。

結束語

隨著我國光伏產業的大力發展，光伏發電監控系統發揮的作用將會越來越大。文章介紹的光伏發電監控系統很好地實現了電站的監控， 提高了電站的自動化管理，節省了大量的人力和物力，提高了工作效率。該系統已經在青海格爾木、湖南株洲、山東德州等多個光伏電站應用，應用結果表明系統性能穩定、功能完善、實用性強。當然，還存在一些不足，如缺少針對光伏電站的專家系統，需在以后的推廣項目中繼續完善。

參考文獻

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