光伏發電系統自動監測與控制

張源

【摘要】：我國的電力能源行業不斷的發展與完善，對社會的進步也起到了重要的推動作用。光伏發電檢測為系統的改進與優化以及以后的科學研究提供有力數據支撐，本文設計了一種光伏發電數據監測系統，解決了維護繁瑣困難。本文分析了光伏發電監測的技術背景，詳細闡述了新型監測系統的技術方案和工作過程，應用狀況良好。

【關鍵字】：光伏發電；自動監控；控制

引言

隨著人們對能源需求的提高，傳統火力等發電模式已不再受人青睞，一方面是由于環境逐漸惡劣，全球變暖壓力增大；另一方面則是低碳理念的提出和人們對可再生能源的關注。光伏發電的高速發展和太陽電池板的成本下降使光伏發電大規模應用到人們的生產生活成為可能。光伏發電的原理是光生伏特效應，利用太陽電池板將太陽能轉換為電能，通過逆變器將產生的直流電轉換為220V或380V的正弦交流電。

1、系統組成及工作原理

通過分析歸納，光伏應用系統的分布形式主要有兩種：一種在某區域相對集中存在，一種在某區域獨立存在。針對光伏應用系統分布形式的特點，建立系統結構，完成對光伏應用系統監測平臺的設計。針對在某區域相對集中存在的光伏應用系統，將各個分散節點的數據集中到一個中心節點，再由中心節點將匯集好的數據進行轉發；針對在某區域獨立存在的光伏應用系統，由單一節點完成數據采集與發送即可。本文主要實現在某區域相對集中存在的光伏應用系統遠程監測平臺設計。具體實現方案如下：首先，數據采集節點與數據中心節點通過紫蜂技術進行組網通信，將數據采集節點采集的光伏應用系統運行數據上傳到數據中心節點；其次，數據中心節點，采用通用分組無線服務數據傳輸技術，將各數據采集節點上傳的數據轉發至遠程服務器。最后在遠程服務器上開發功能完備的監測程序以滿足光伏應用系統運行管理和維護的需要。根據工程經驗，針對在某一區域獨立存在的光伏應用系統，可由單一節點完成數據的采集和轉發，而無需進行組網通信完成數據的匯集工作，實現起來更為簡單，因此本文并不對這種分布形式的光伏應用系統的監測技術進行討論。整個監測平臺具有三層分布式結構：第一層是由數據采集節點構成的無線感知層，該層主要功能是對監測對象進行數據采集，同時與第二層設備進行數據組網通信；第二層是由數據中心節點構成和數據匯集層，該層主要實現的功能是匯集感知層的數據，同時將匯集好的數據通過Internet傳送第三層設備；第三層是由Internet上的服務器構成的服務應用層，該層主要提供監在線實時監測服務。

2、光伏發電的自動監控與控制

2.1光伏發電系統的自動監測

光伏發電系統的自動監測通過遠程智能終端和主站的相互通信實現。光伏發電用戶和普通用戶有所區別，普通用戶只有一塊電表，通過統計此用戶的電能示值來計算此用戶每月的電費，而光伏發電用戶是獨立于高壓企業用戶和低壓居民用戶之外的用戶類型。單從物理結構來說，光伏發電用戶使用兩塊電表，一塊是低壓居民用戶表，這和普通的居民用戶一致，計算居民使用的電量；而另一塊是關口計量表，計算用戶的發電量。光伏發電用戶現場電表和集中器的通信使用Zig-bee通信協議，將兩塊表的數據傳送到集中器，然后集中器利用內置的GPRS通信模塊將數據送到主站數據庫中。利用發電量、用電量和系統內所存儲的一些用戶參數每天可以自動計算用戶的并網電量和上網電量。集中器會對電表送上來的數據有一定周期的保存，以此來實現此光伏發電用戶的歷史統計和監測。

2.2光伏監控系統硬件設計

光伏發電監測系統需要對現場信息進行獲取，其中包括光伏方陣運行的電流值、電壓值、功率、蓄電池的充電參數、光伏設備的表面和周圍的溫度以及太陽的照射程度等數值。并且運用相應的傳感器和變換器進行測量，溫度傳感器要使用精密度比較高的鉑電阻溫度傳感器，這樣有利于對溫度的準確掌握，對于風速、太陽輻射量等信息的測量也要選用相應的傳感器和信號轉換器進行數據的傳輸和整理。對于直接采集的信號會由于外界的種種因素，可能不會滿足采集系統的要求，為了可以滿足采集系統的要求，應該對由傳感器生成的電信號進行處理，利用調節裝置來改變電流電壓的大小，并且可以對信號進行隔離濾波處理。對于太陽能輻射傳感器是用傳感器上的光電探測器來測量太陽能輻射的，可以吧光信號轉換為電壓信號，應用太陽能輻射傳感器可以使操作簡單方便，具有自我診斷的功能，也可以進行自動調節工程單位，是一種專業可靠的設計。

2.3光伏監控系統的應用

如今由于計算機監控技術的快速發展，我國的光伏監控技術也不斷的得到完善，監控系統主要是研究光伏電站的運行性能、優化設計光伏電站，這種裝置可以把數據監測的手段更加的先進化和專業化，使數據監控由原來的人工監測改成自動化的實時監測，很大程度上提高了效率，對采集的數據信息進行傳輸，并且可以進行記錄分析，使得工作人員大大的降低了勞動力，可以使工作人員對所有的太陽能光伏發電系統數據進行調取，了解光伏發電系統的工作運行狀態，并對所產生的問題進行及時的處理，有效地增加的光伏發電系統的工作效率。

2.4數據采集節點軟件設計

針對數據采集節點。數據采集節點首先，初始化Zigbee模塊自身的硬件資源，包括通道、頻率、數模轉換（AD）端口等等；其次，發出網絡加入信號，申請周圍的Zigbee協調器加入網絡；如果收到加入成功應答信標，則進入低功耗狀態，如果加入失敗，則繼續發送申請信號，直到完成加入；成功進入低功耗模式后就要等待系統初始化時預置的數據傳輸命令，一旦數據傳輸命令激活，則調用AD端口采集光伏應用系統的數據進行發送。

結語

本文提出了一種細化到每一塊電池板的光伏電池發電參數無線遠程集中監測的新方法，通過對每塊電池板發電參數的實時監測，能夠迅速找出損壞的電池板和工作效率較低的電池板，從而提高整個光伏發電系統的發電量，同時能更好地保護太陽電池，進而延長其使用壽命。本文設計的監測系統在滿足實時監測的基礎上，還具有以下特點：以實現多個監測點的數據自動測量及存儲，避免人為操作錯誤；可以實現所有的測量數據上傳至監控中心，便于分析、管理及決策；以實現測量數據的遠程無線傳輸，降低現場工人的勞動強度，節省人力；具有擴展功能，如根據需要，可增加環境溫度等參數的監測。

【參考文獻】：

[1]張婷婷.基于傳感器的光伏發電監測系統.滁州職業技術學院學報，2012，11（3）：64～66.endprint