基于DTU和Kingview的光伏發電站監控系統的設計

郝玉然，焦 爽，焦東宏

（華北水利水電大學 河南 鄭州 450000）

1 引言

隨著煤、石油和天然氣等化石能源的不斷減少和科學技術的不斷進步，以太陽能風能為主的新能源作為能源開發的主要對象。光伏發電是太陽能的應用形式之一，發電站現場有大量節點，而且容易遭受自然環境的破壞[1]。因此，為了實時了解光伏發電站的情況需要對其進行準確監控[2]。

針對本項目光伏發電站比較分散、數據傳輸距離遠和站點的數據要在同一個監控畫面中顯示等問題，文中設計的系統使用四信DTU和Kingview7.5SP1對現有的光伏電站監控系統進行改進，使用四信DTU構建無線網絡，監控界面在上位機中完成。

2 監控系統的組成

本文設計的光伏電站監控系統主要有現場監控節點、四信DTU和遠程監控中心這3個部分組成[3]。現場監控節點有Growatt光伏逆變器、Pt100溫度傳感器等需要進行發電量的數據采集和環境溫度監控的設備，這些設備是modbus從站，通過modbus協議與四信DTU進行數據通訊[4]；四信DTU作為modbus主站，一方面能與現場需要監控的設備進行數據傳輸，另一方面通過GPRS無線網絡與遠程監控中心的虛擬串口進行數據通訊；遠程監控中心設備有上位機，上位機也可以與打印機進行連接，上位機監控畫面開發是基于Kingview7.5SP1完成的。系統整體結構圖如圖1所示。

圖1 監控系統整體結構圖

根據項目的工作要求，監控系統需要有以下5個基本功能[5]：

（1）實時數據監測。對系統運行數據（像電網電壓、逆變器輸出功率）和環境參數（如溫度）進行實時數據采集，并將采集的數據傳到上位機的監控畫面中。

（2）數據存儲及處理分析。系統能自動保存各站點的日、月和年發電量，并將發電量轉換成售電收入。同時監控系統能自動將監控的相關數據轉換為節能減排效益、經濟效益等數據。

（3）故障監測及報警。在組態王監控畫面中設定系統參數正常運行的上下限和報警先后順序，當某一站點的其中一個環節參數不正常時，監控系統能顯示錯誤信息，方便工作人員及時處理。

（4）監控畫面中能夠看到報表及各站點實時功率趨勢曲線。系統能自動對實時數據報表進行保存，便于工作人員對發電站運行數據查看及分析。

（5）與常用軟件有較好的兼容。監控系統中相關數據能用Oiffce等軟件打開，使分析數據更加方便。

3 通訊網絡的設計

根據性能需求，遠程監控中心設備選購預裝Window7系統的聯想臺式機。現在windows7系統使用較多，Kingview7.5SP1與Window7系統有較好的兼容性。modbus主站及modbus從站均采用廈門四信通訊有限公司的設備。Modbus主從設備查詢響應如圖2所示。現場部分硬件設備接線圖如圖3所示。modbus主從站設備使用雙絞線進行硬件連接，并需要在模塊上進行從站地址設置，在確保主、從站設備都正確安裝后，使用Tcp2Com軟件進行系統組態。

圖2 modbus主從設備查詢響應

圖3 現場硬件設備接線圖

4 上位機監控界面的設計

本系統以Kingview7.5SP1為平臺進行光伏監控系統畫面的開發，完成對各個站點光伏電站數據的實時監控。在監控界面開發時，主要使用組態王7.5SP1中的文本控件、圖形控件、直線控件、數據報表、報警窗口等模塊進行畫面設計，并根據系統設計需要編寫月發電量，年發電量和月售電收入等數據命令語言，監控系統采用主界面操作，系統界面結構如圖4所示。

圖4 監控系統界面結構框架

監控系統主要包括主畫面、報表、報警顯示、累計節能減排數據等工作畫面。在主畫面中能監控逆變器工作狀態和運行不正常時報警的功能，系統主畫面如圖5所示；報表界面包括系各鄉鎮日月年報表、村級日報表以及實時數據界面，能夠分析光伏電站運行數據。報警可以顯示錯誤代碼、報警界限值等信息；節能減排數據是將發電量通過系統自動計算轉換為環保數據，如CO2減放、節約標準煤量等。

圖5 主畫面

通過點擊報表界面，可以切換到鄉鎮報表和村級報表等，觀察主畫面可以知道光伏電站的運行情況、發電量和發電收入等數據。

5 系統優點

本次項目設計的系統主要有下面幾個優點：（1）本系統實時性比較好、可靠性好。在當前工業通訊領域中，Modbus比其他通訊方式占有更大份額，傳輸速率快、可靠性高。通過GPRS無線傳輸網絡進行數據傳輸，成本較低，距離不受限制[6]。（2）人機交互界面良好和功能多樣化。用Kingview7.5SP1軟件進行界面開發能夠把數據直觀的展現出來；同時讓監控系統具有多元化的功能，如數據處理軟件Excel軟件、數據庫有較好的兼容性，系統可以顯示出報警錯誤類型的功能，直觀明了。

6 結語

本次針對鄲城縣光電扶貧項目設計的光伏發電站監控系統，主要運用DTU的GPRS無線傳輸方式和modbus協議與現場設備進行數據傳輸，運用組態王7.5SP1軟件實現光伏發電站監控界面的開發。本系統具有容易組網、數據傳輸距離遠、傳輸數據穩定和響應速度快等特點。在光伏發電大量推行的今天，使得光伏發電站的自動化水平明顯提高，能夠隨時知道發電站內的運行情況，具有良好的經濟效益。