光伏逆變器監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

王 飛，李先祥

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院,廣東 佛山 528000）

0 引言

太陽能的熱能利用和光能利用是兩個最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，太陽能的利用引人注目的原因，是由太陽能的特殊性所決定的，它具有儲量巨大、不會枯竭、不受地域限制等優(yōu)點(diǎn)，是一種清潔能源。近幾十年來，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)得到了世界各國的重視，光伏發(fā)電已經(jīng)成為利用太陽能的主要方式之一。但是光伏電池一般安裝在屋頂?shù)葻o人看守的地方，同時地域分布也比較大，要對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控比較困難，基于此，本文設(shè)計了一套基于Si4432無線數(shù)傳芯片和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的光伏逆變器監(jiān)控系統(tǒng)，可對光伏電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個監(jiān)控系統(tǒng)是由光伏逆變器、Si4432無線數(shù)傳模塊、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)四部分構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。光伏逆變器的參數(shù)由含有無線通信模塊的光伏逆變器控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給GPRS基站，GPRS基站將多個逆變器的參數(shù)收集后按照一定的協(xié)議通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機(jī)GPRS模塊，上位機(jī)GPRS模塊再通過RS485將參數(shù)傳送給上位機(jī)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件系統(tǒng)

2.1 上位機(jī)GPRS模塊

上位機(jī)GPRS模塊是由PIC24FJ32單片機(jī)控制，它是由Microchip公司設(shè)計的一款具有豐富的外設(shè)功能集和增強(qiáng)的計算性能的16位RISC單片機(jī)。其原理框圖如圖2所示。

其工作原理是：單片機(jī)通過RS485與上位機(jī)監(jiān)控中心連接，通過UART串口與GPRS模塊連接。發(fā)送過程中，上位機(jī)監(jiān)控中心首先發(fā)送指令給單片機(jī)，單片機(jī)收到指令后，再通過UART串口發(fā)送給GPRS模塊，GPRS模塊再通過AT指令將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接收過程中，GPRS模塊首先將接收的數(shù)據(jù)通過UART串口送給單片機(jī)，單片機(jī)再通過RS485傳送給上位機(jī)。

圖2 上位機(jī)GPRS模塊

2.2 基站GPRS無線通信模塊

基站GPRS無線通信模塊包含微處理器，Si4432無線數(shù)傳模塊和GPRS無線通信模塊三部分，微處理器也是采用PIC24FJ32單片機(jī)，其原理圖框圖如圖3所示。

圖3 基站GPRS無線通信模塊

Si4432無線數(shù)傳模塊將從逆變器接收的數(shù)據(jù)送給CPU處理，CPU收到數(shù)據(jù)后,先對其中的內(nèi)容分析,然后執(zhí)行相應(yīng)數(shù)據(jù)控制和發(fā)送命令，將處理后數(shù)據(jù)通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機(jī)GPRS通信模塊。

2.3 逆變器無線通信模塊

逆變器主控芯片采用dsPIC30F6010，該CPU芯片是16位單片機(jī)，它融合了可管理高速計算活動的數(shù)字信號處理器功能，具有功能強(qiáng)大的外圍設(shè)備和快速中斷處理能力。主控芯片除控制逆變器外，還實(shí)現(xiàn)對Si4432無線數(shù)傳模塊的控制。其原理圖框圖如圖4所示。微處理器對光伏逆變器的電壓電流等參數(shù)進(jìn)行控制，并將采集的光伏逆變器的電壓電流等參數(shù)通過Si4432無線數(shù)傳模塊發(fā)送給基站,Si4432無線數(shù)傳模塊與微處理器之間采用SPI通信方式。

圖4 逆變器無線通信模塊

3 軟件系統(tǒng)

本系統(tǒng)軟件包括上位機(jī)軟件和單片機(jī)控制軟件，單片機(jī)控制軟件采用C語言，其軟件子程序包括GPRS通信控制模塊、Si4432無線模塊數(shù)據(jù)接收發(fā)送程序、光伏逆變控制程序，A/D采樣程序，定時器中斷程序等。

上位機(jī)監(jiān)控軟件采用VB，VB中含有串口通信控件MSComm1，MSComm1控件提供了兩種處理通信的方式：事件驅(qū)動方式和查詢方式。本系統(tǒng)采用事件驅(qū)動接收方式來接收數(shù)據(jù)。上下位機(jī)的通信協(xié)議采用Modbus協(xié)議，其格式如表1所示：

系統(tǒng)采用主從發(fā)送方式，主機(jī)發(fā)送命令至控制器，控制器接收到地址信息后判斷是否是本機(jī)地址，如果是，則繼續(xù)接收后面的數(shù)據(jù)，并根據(jù)功能碼及相關(guān)要求返回相應(yīng)的信息，如果不是，則不應(yīng)答。

4 結(jié)語

用GPRS模塊和Si4432無線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)了對光伏系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，充分利用現(xiàn)有的、成熟無線通信網(wǎng)絡(luò)，提高了系統(tǒng)的可靠性和開發(fā)成本。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：該系統(tǒng)通信穩(wěn)定、傳輸距離遠(yuǎn)、可靠性高，基本滿足了光伏系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求。

[1]吳桂林,鄭建勇.RS485上下位機(jī)多機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計[J].微計算機(jī)信息,2008(12):112-113.

[2]朱建平,辛伊波.工業(yè)控制系統(tǒng)串行異步通信研究[J].自動化儀表,2003(06):51-53.

[3]張筱文,鄭建勇.光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].電工電氣,2010(09).

[4]呂世家.多模塊并聯(lián)DC/AC電力變換技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2010.