基于LabVIEW的光伏在線監(jiān)測系統(tǒng)

楊偉鵬 李寶 呼珅存

摘 要：本文針對傳統(tǒng)光伏監(jiān)測系統(tǒng)性能差、設(shè)計煩瑣以及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信難度大等問題，設(shè)計了一種基于LabVIEW的光伏在線監(jiān)測系統(tǒng)，并詳細(xì)論述了該系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計，同時利用LabVIEW網(wǎng)絡(luò)通信功能，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程快捷通信功能。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;監(jiān)測;LabVIEW

中圖分類號：TM615文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）29-0023-02

Abstract： In view of the poor performance of traditional PV monitoring system， the cumbersome design and the difficulty of data remote communication， this paper designed a photovoltaic online monitoring system based on LabVIEW， and discussed the hardware and software design of the system in detail， and used the LabVIEW network communication function. The remote data communication function of monitoring data was realized.

Keywords： photovoltaic power;monitoring;LabVIEW

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由很多分散光伏組件單元構(gòu)成，為了保證系統(tǒng)可靠、高效運行，需要對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，獲取系統(tǒng)各項參數(shù)。目前，絕大多數(shù)光伏發(fā)電系統(tǒng)都是利用計算機監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行工作，這不僅有利于光伏發(fā)電系統(tǒng)運維，同時還可以通過獲取發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)，為系統(tǒng)的改進(jìn)提供參考數(shù)據(jù)，所以對光伏監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研究十分必要。然而，傳統(tǒng)光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在設(shè)計煩瑣、運行不穩(wěn)定、可擴展性不強和數(shù)據(jù)分析能力低等問題。基于此，本文基于LabVIEW開發(fā)環(huán)境設(shè)計了一種新型光伏在線監(jiān)測系統(tǒng)，有效解決了上述光伏發(fā)電監(jiān)測存在的問題。

1 系統(tǒng)原理

本文設(shè)計的光伏在線監(jiān)測系統(tǒng)原理圖如圖1所示。該系統(tǒng)利用各種傳感器監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，之后將傳感器得到的電信號通過信號調(diào)理裝置或變送器進(jìn)行放大、隔離或濾波操作，通過調(diào)制后的監(jiān)測信號傳至監(jiān)測現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集卡，進(jìn)行信號處理。主監(jiān)控系統(tǒng)通過RS-485串行總線與監(jiān)測現(xiàn)場下位機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，利用LabVIEW開發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)采集卡軟件驅(qū)動程序以及各種傳感器構(gòu)建出數(shù)據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，完成監(jiān)測參數(shù)采集、顯示、分析和存儲工作。同時，利用LabVIEW中的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布工具實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測[1]。

2 硬件設(shè)計

本文設(shè)計的光伏發(fā)電在線監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測的主要數(shù)據(jù)包括三部分：第一是光伏組件方陣運行時的電流、電壓和功率等參數(shù);第二為光伏組件周圍的環(huán)境參數(shù)，主要包括風(fēng)速、環(huán)境溫度、太陽輻照度等;第三是通過軟件分析出的一段時間內(nèi)的總的發(fā)電量以及環(huán)境參數(shù)平均值等。

根據(jù)需要檢測的參數(shù)，本設(shè)計對傳感器進(jìn)行細(xì)致選擇，其中溫度傳感器以PT100作為測量元件，其溫度采集范圍為-200～+850℃，標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號主要為0～10mA、4～20mA和1～5V的直流電信號。本設(shè)計系統(tǒng)使用的輸出信號為1～5V電壓信號。直流電壓、直流電流測量采用中創(chuàng)智ZH-4424#系列的ZH-44241-14F224路全隔離直流電壓采集器以及ZH-44242-14F224路全隔離直流電流采集器，電壓測試范圍為0～400V，選用可靠性較高的電流采集器和電壓采集器，每通道之間相互隔離，電源、通信與被測端全隔離[2]。

功率測量根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)測量出的電流值和電壓值，利用計算機軟件編程實現(xiàn);風(fēng)速測量采用青易生產(chǎn)的QS-fs風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器，其風(fēng)力為0.2～0.4m/s，量程為0～32.4m/s，輸出信號為0～5V電壓信號;太陽能輻射儀使用EKO的MS410總輻射儀，其為熱電堆型輻射儀，具有180°視場角，量程0～4 000W/m2，輸出信號可以采用0～40mA、4～20mA和0～5V的直流電信號，本系統(tǒng)選用0～5V電壓信號。

為實現(xiàn)采集電壓信號和計算機之間的通信，本設(shè)計選用ADLINK公司的PCI9112數(shù)據(jù)采集卡，該卡具有12位A/D分辨率，采樣率最高為110kS/s，可以實現(xiàn)16路單端模擬輸入測量，測量范圍為±5V。同時，該卡還具有2通道12位模擬輸出、16通道數(shù)字輸入輸出以及1通道16位通用定時器，可以滿足后期監(jiān)測系統(tǒng)信號輸出和定時計數(shù)要求[3]。

3 軟件設(shè)計

LabVIEW程序開發(fā)環(huán)境由美國國家儀器公司研制開發(fā)，其將技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念轉(zhuǎn)化成為圖形化編輯語言。在軟件編程過程中，利用圖標(biāo)和連線代替了文字程序代碼。因此，基于LabVIEW程序開發(fā)環(huán)境設(shè)計的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)多具有編程簡單、界面友好以及可擴展性強等優(yōu)點。

3.1 軟件設(shè)計

本監(jiān)控軟件利用LabVIEW開發(fā)環(huán)境編寫，實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)周圍的環(huán)境溫度、電流、電壓以及輻照度等數(shù)據(jù)的顯示、儲存與分析功能，系統(tǒng)面板如圖2所示。系統(tǒng)交互界面主要由綜合數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測模塊、發(fā)電參數(shù)監(jiān)測模塊和數(shù)據(jù)分析處理模塊組成，各模塊通過選項卡切換，實時顯示數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)分析處理模塊具有歷史數(shù)據(jù)查找、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)分析的功能[4]。

3.2 數(shù)據(jù)庫建立

本監(jiān)測系統(tǒng)建立了五類數(shù)據(jù)表來儲存不同的數(shù)據(jù)，分別為環(huán)境參數(shù)、光伏組件參數(shù)、逆變器參數(shù)、累計發(fā)電量（包括逐小時、每日、每月）以及系統(tǒng)總發(fā)電量，利用SQL Severs數(shù)據(jù)庫建立這五類數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并使用LabVIEW開發(fā)環(huán)境中的SQL開發(fā)包函數(shù)實現(xiàn)SQL Severs數(shù)據(jù)庫的寫入與讀取功能。

3.3 網(wǎng)絡(luò)通體系功能實現(xiàn)

在LabVIEW開發(fā)環(huán)境中，具備通過遠(yuǎn)程訪問來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的功能，因此遠(yuǎn)程訪問只需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置即可。具體設(shè)置方法如下：利用LabVIEW網(wǎng)絡(luò)通信中的C/S模式構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，將監(jiān)控現(xiàn)場計算機設(shè)置為服務(wù)器，并在LabVIEW中完成服務(wù)器相應(yīng)配置設(shè)置，主要設(shè)置內(nèi)容有設(shè)定服務(wù)器名稱及屬性、設(shè)置客戶端訪問權(quán)限等;在服務(wù)器上完成相應(yīng)設(shè)置后，在服務(wù)器端發(fā)布遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)頁及相應(yīng)的鏈接，遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機即可作為客戶端通過網(wǎng)頁瀏覽器，訪問服務(wù)器發(fā)布的網(wǎng)頁鏈接，實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測功能。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于LabVIEW開發(fā)環(huán)境的光伏在線監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)計過程中選取了合適的光伏發(fā)電監(jiān)測傳感器、變送器、數(shù)據(jù)采集卡以及數(shù)據(jù)通信總線，同時利用LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)通信功能，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信功能。本系統(tǒng)具備運行穩(wěn)定、界面友好、可擴展性強及成本低等優(yōu)點，具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐曉龍.基于LabVIEW的光伏電站數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].西安：陜西科技大學(xué)，2015.

[2]彭睿.太陽能環(huán)境監(jiān)控參數(shù)的采集與分析[D].武漢：武漢紡織大學(xué)，2012.

[3]高遠(yuǎn).光伏發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].通訊世界，2017（1）：170-171.

[4]陳樹學(xué).LabVIEW使用工具詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.