太陽能無線監控器*

楊玉清 江偉 劉美 段建發 雷軍 楊海澡

(六盤水師范學院礦業與土木工程學院,貴州六盤水 553000)

0 引言

太陽能光伏發電技術的研究與運用給光電研究帶來新的曙光。光伏發電直接實現了一次能源向二次能源的跳躍式轉化,避免了能源轉換中部分能量的損耗。光伏發電具因地制宜,單獨利用,可以配合其他傳統能源、新興能源等優勢[1]。

太陽能光伏發電技術已經成熟,此次研究的難點在于:(1)器件間線路連接問題;(2)太陽能供電系統與監控器能源的結合。

因此,本團隊就現有的機械、技術基礎條件,選擇適宜的蓄電池、太陽能發電系統,力求經濟合理,安全可靠。

1 離網光伏發電系統設計分析

系統實物連接如圖1所示。

系統連接電路如圖2所示。

系統安裝方式:考慮太陽能電池板固定支架之間連接方式、支架底座的抗破壞力、系統設計的合理性、設備的安全性、拆卸的便捷性以及操作的可行性等,故選擇MC4公母插頭作為電池板接頭,如圖3所示。

系統主要部件的選擇:以長期的實地考察并結合現有的技術設備基礎依據,確定系統主要部件型號。

2 太陽能光伏發電系統的選取

圖1 系統實物連接圖Fig.1 System physical connection diagram

圖2 系統連接電路圖Fig.2 System connection circuit diagram

圖4 太陽能光伏發電系統的組成Fig.4 Composition of solar photovoltaic power generation system

圖3 系統安裝方式Fig.3 System installation method

太陽能光伏發電系統的組成如圖4所示。

為保證數據的完備處理,因此需要同時保證無線光電監控管理系統的同時能夠實現實時遠程控制,對無線采集到的數據在中央處理器CPU實時進行遠程處理,及時的控制調整監控系統數據運行管理參數,保障無線光電數據轉化工作順利進行[2]。

3 傳感器與執行機構層

第一層為連接層,該層主要用于接到基站環境檢測數據傳感器、逆變器、站點管理數據傳感器等電子設備,協同基站執行管理機構實現從屬基站到線下實地數據總線之間的操作、控制指令等的傳輸。為獲取溫度、風速、照明度及強光輻射度等環境信息,可采用環境檢測數據傳感器。各種環境數據傳感器均經過統一封裝安放在空氣距離檢測控制器里,目的是為了實時采集不同天氣的各種環境參數。各種環境數據傳感器均經過統一封裝安放在空氣距離檢測控制器里,目的是為了實時采集不同天氣的各種環境參數。將逆變器接觸輸入終端及逆變器電容器輸入端中數據輸出至從線及站3之中,通過接入總線到從站現場轉換總線中,完成第一和第二層次的轉換任務。

第二層為PLC現場遠程監控管理層,PLC與連接層中的管理系統共同組成現場高速總線通訊管理網絡進行高速總線通訊,達到與風力發電機設備之間的數據傳輸與實時操作控制。本系統在設計過程中,結合地球三大觀測技術（光學遙感、微波遙感及重力遙感）及天氣檢測技術,并考慮到太陽能無線監控器實際戶外工作環境的可能遭遇的惡劣環境因素的情況,專注構建根據監控器實際工作環境狀況,實現對太陽光進行自動跟蹤收集、自動系統控制溫度、光伏電池組件傾斜角度自保持等功能,以提高系統的實際使用性及可靠性。將環境檢測數據傳感器檢測到的數據傳輸到PLC控制系統,控制系統對輸入的環境數據與預先規定的程序質量進行比較,進而計算出最佳太陽能收集模式。PLC現場監控管理層在傳感器與執行機構第二層中的現場通信總線網絡身兼兩職,一方面是起到將信息數據傳輸給各接收處理機構,提高系統運算處理及太陽能利用效率;另一方面將現場采集到的實時數據傳輸給遠離現場的上層控制室并實現與上層管理系統和下層執行操作系統終端之間的無縫連接和信息數據共享[3]。

第三層為遠程網絡監控管理層。一般工作模式下采用GPRS視頻傳輸網絡模塊將實際工作環境中測得的圖像數據通過一個移動通信網絡分組傳輸網絡直接傳遞發送上位機上,通過這種模式實現監控太陽能光伏發電站對系統工作狀態的監控。

這一層在整個系統中有著舉足輕重的作用,基于現有的互聯網技術獨特的表達方式及其功能特點以實現對工作狀態數據的采集,分析和整理,通過報警設置流程實現對具體工作環境,各種工作情況的實時監控。這一層不僅可以實現具體部分的監控,還可以對整套光伏發電系統的運行狀況進行監控,這是基于互聯網的傳遞性、實時性和交互性實現互聯網與客戶端結合進而實現控制,通過互聯網的自由性、共享性和開放性實現人機交互,從而實現信息從靜態到動態的轉化。由于龐大的系統層次對于功能子部件和功能要素的要求,因此組態控制服務器采用冗余設計,提高了計算機系統可靠性,但也增加了系統的復雜度和設計難度。

4 結語

太陽能光伏發電無線監控系統共有三層構成,第一層為傳感器與執行機構層,主要作用是完成數據從從站到總站的傳輸。PLC現場監控層是第二層,利用PLC控制器和各輔助元件協同作用完成發電系統多個太陽跟蹤裝置的操作控制,遠程網絡監控層為第三層。無線監控系統作為太陽能光伏發電運行情況控制系統之一,通過該系統可以隨時掌握太陽能光伏發電可能出現的各種突發情況和一般狀況,進而及時有效的排查太陽能光伏發電系統中各個子零部件及其系統的故障和潛在問題,以保障的設備良好的運行狀態,從而完成各項監測與控制任務。