基于GPRS和虚拟仪器的光伏电站远程监测系统的研究

李坤福，罗维平

基于GPRS和虚拟仪器的光伏电站远程监测系统的研究

李坤福，罗维平*

（武汉纺织大学 机械工程与自动化学院，湖北 武汉 430073）

根据太阳能光伏电站远程监控系统的组成和特点，研究了基于GPRS数据传输和虚拟仪器技术的远程光伏电站检测系统。介绍了系统的工作原理和各组成模块的设计，系统具有不受地理条件限制、适用于地域跨越大、光伏电站位置偏远的远程监测的优点，并通过实验与仿真验证了系统的可靠性。

光伏电站；远程监控；GPRS；Labview

1 引言

太阳能发电作为一种清洁能源越来越受到人们的关注，光伏并网发电系统的稳定性、可靠性随着投入的加大越发显得重要[1]。因此，在光伏电站中，对其各种参数的监测显得十分重要。以往一般采用人工采集的方式，往往出现不能实时反映各种参数、错记、漏记等错误。而且由于光伏电站一般建设在地理位置偏远的地方，大大增加了数据收集和分析的难度。

本文将GPRS远程数据无线分组交换技术和虚拟仪器技术引入到光伏电站系统监测中来，在Labview平台上实现可扩展、多模块化的监测系统，同时依靠GPRS数据传输技术，实现了从数据的本地采集，到远程进行实时、准确的数据监测和分析。

2 远程监测系统组成

基于Labview与GPRS的光伏电站远程监测系统由单片机控制与采集系统、GPRS数据传输模块、Labview上位机程序三大部分组成。

本系统结构如图1所示，它按分布式结构设计，可实现对多个电站的实时监控。系统主要有光伏电站单片机控制与采集系统、GPRS无线通信网络和远程监控计算机三部分组成。GPRS无线通信网络是远程监控中心与各个光伏电站单片机控制与采集现场之间进行数据传输的桥梁，通过GPRS网络使现场的运行参数和状态能够实时传送送至监控中心诗计算机。监控中心软件一方面通过过GPRS网络与现场进行双向沟通，并与数据库连接对数据存储；另一方面为用户提供一个可视化界面，让用户能够直观地了解电站的运行情况并实施远程控制。通过Internet网络，网络用户经授权后可以查看电站的运行资料。

图1 基于GPRS的远程检测系统示意图

3 监测终端硬件设计

监测系统的硬件部分主要安装在光伏电站现场，其主要包括传感器、信号调理器、单片机控制与采集系统、GPRS模块和电源。如图2所示。

图2 硬件结构组成

3.1 单片机硬件结构组成

单片机硬件结构如图3所示，其核心采用性价比高、使用方便的89C51单片机，它对系统运行状态进行参数采集和监控，控制整个系统充放电回路的工作状态，保证供电系统能在长期无人值守的情况下可靠的运行，配以输入输出、显示控制等外围电路，组成一个实用控制系统。控制器内部电路可分为几个模块：模拟量输入、复位电路、输出控制、键盘接口电路、外部数据存锗器、LCD液晶显示器、时钟芯片、串行通信接口芯片，这几个模块组合起来实现了控制器的功能[2]。

图3 单片机硬件结构图

3.2 GPRS模块

为了提高系统的实用性和可靠性，选用了工业级GPRS模块PIML-900／1800，该模块是CENTEL公司推出的GSM／DCS双频模块，带GPRS功能，主要为数据业务、短消息和语音传输提供无线接口。PIML-900／1800内嵌TCP／IP协议，用户只需设置一些参数就可实现模块与Internet相连。PIML-900／1800提供1个TTL电平的串口作为通信接口，模块工作电压为3.8V，数据逻辑高电平为3V，可直接与89C51串口进行通信而无须电平转换，如图4所示[3]。

图4 89C51与GPRS模块的接口电路

4 系统软件设计

4.1 检测终端软件设计

检测中断软件采用c语言编写，GPRS模块特定功能的完成是通过它所接受到的AT指令来决定的，所以对模块的操作就是单片机向模块发出AT指令来控制起完成相应的功能[4]。

监控终端发送数据格式为帧头oxFF+ID+数据段+CRC+帧尾0xDD。其中ID是监控中心用于区分各终端的唯一标识号，数据段为终端监测到的温湿度信息，采用CRC校验码进行校验。监测终端软件流程如图5所示。

图5 单片机程序流程图

4.2 监控中心软件设计

监控中心为一台具有固定IP地址的计算机，后台管理软件采用NI公司的图形化变成环境Labview 2010开发，可以定时或人工查询各监测终端所采集的各种信息，从而实现巡监功能[5]。软件采用C/S结构，主要分为通信传输模块和数据库管理2部分。通信传输模块通过运行TCP端口监听程序来接受来自各终端的TCP数据包，并向监测终端发送回应数据。数据库管理模块采用Labview数据库访问工具LabSQL实现与SQL Server 2005的连接。LabSQL利用Microsoft ADO以及SQL语言来完成数据库访问，将复杂的底层ADO及SQL操作封装程一系列的LabSQL Vis，实现对数据库的查询、修改、删除和添加等操作，软件前面板如图6所示。

图6 监控中心软件前面板

5 结语

以GPRS通信技术为核心，实现了对光伏电站的无线智能监测，不仅省去了繁杂的布线，而且具有维护方便、可靠性高、扩展能力强等优点，非常适合于大型光伏电站的远程监测，系统经过简单改造后可应用于其它监测领域，具有较好的经济和社会效益。

[1] 赵争鸣，刘建政，孙晓瑛, 等. 太阳能光伏发电及其应用[M]. 北京：科学出版社，2006.

[2] 席勇．嵌入式处理技术在无线远程监控系统中的研究与应用[D]．北京：北京邮电大学，2004.

[3] 侯思祖，王亚微，陈超，等．基于GPRS通信技术的配变监控系统设计[J]．电力科学与工程，2008,(10).

[4] 赵亮，黎峰．GPRS无线网络在远程数据采集中的应用[J]．计算机工程与设计．2005,(9).

[5] 杨乐平，李海涛，杨磊．LabVIEW程序设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2006.

The Research about the Remote Monitoring System for PV Power Station Based on Labview and GPRS

LI Kun-fu, LUO Wei-ping

(College of Mechanical Engineering and Automation, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

According to the composition and characteristics of the Remote Monitoring System for PV power station, we research a method based on GPRS data transmission and the virtual instrument technology. In this article, the working principle of the system and the design of the modules are introduced, the system involved is not limited by the geographical condition, adopt to the remote monitoring of a long distance, remote position PV station, and verified the reliability of the system through experiments.

PV Power Station; Remote Monitoring; GPRS; Labview

TM615

A

1009－5160(2012)03－0074－03

湖北省教育厅资助项目（D20081705）.

*通讯作者：罗维平（1967-），女，教授，研究方向：智能控制与太阳能光伏应用.