光伏发电系统自动监测与控制

张源

【摘要】：我国的电力能源行业不断的发展与完善，对社会的进步也起到了重要的推动作用。光伏发电检测为系统的改进与优化以及以后的科学研究提供有力数据支撑，本文设计了一种光伏发电数据监测系统，解决了维护繁琐困难。本文分析了光伏发电监测的技术背景，详细阐述了新型监测系统的技术方案和工作过程，应用状况良好。

【关键字】：光伏发电；自动监控；控制

引言

随着人們对能源需求的提高，传统火力等发电模式已不再受人青睐，一方面是由于环境逐渐恶劣，全球变暖压力增大；另一方面则是低碳理念的提出和人们对可再生能源的关注。光伏发电的高速发展和太阳电池板的成本下降使光伏发电大规模应用到人们的生产生活成为可能。光伏发电的原理是光生伏特效应，利用太阳电池板将太阳能转换为电能，通过逆变器将产生的直流电转换为220V或380V的正弦交流电。

1、系统组成及工作原理

通过分析归纳，光伏应用系统的分布形式主要有两种：一种在某区域相对集中存在，一种在某区域独立存在。针对光伏应用系统分布形式的特点，建立系统结构，完成对光伏应用系统监测平台的设计。针对在某区域相对集中存在的光伏应用系统，将各个分散节点的数据集中到一个中心节点，再由中心节点将汇集好的数据进行转发；针对在某区域独立存在的光伏应用系统，由单一节点完成数据采集与发送即可。本文主要实现在某区域相对集中存在的光伏应用系统远程监测平台设计。具体实现方案如下：首先，数据采集节点与数据中心节点通过紫蜂技术进行组网通信，将数据采集节点采集的光伏应用系统运行数据上传到数据中心节点；其次，数据中心节点，采用通用分组无线服务数据传输技术，将各数据采集节点上传的数据转发至远程服务器。最后在远程服务器上开发功能完备的监测程序以满足光伏应用系统运行管理和维护的需要。根据工程经验，针对在某一区域独立存在的光伏应用系统，可由单一节点完成数据的采集和转发，而无需进行组网通信完成数据的汇集工作，实现起来更为简单，因此本文并不对这种分布形式的光伏应用系统的监测技术进行讨论。整个监测平台具有三层分布式结构：第一层是由数据采集节点构成的无线感知层，该层主要功能是对监测对象进行数据采集，同时与第二层设备进行数据组网通信；第二层是由数据中心节点构成和数据汇集层，该层主要实现的功能是汇集感知层的数据，同时将汇集好的数据通过Internet传送第三层设备；第三层是由Internet上的服务器构成的服务应用层，该层主要提供监在线实时监测服务。

2、光伏发电的自动监控与控制

2.1光伏发电系统的自动监测

光伏发电系统的自动监测通过远程智能终端和主站的相互通信实现。光伏发电用户和普通用户有所区别，普通用户只有一块电表，通过统计此用户的电能示值来计算此用户每月的电费，而光伏发电用户是独立于高压企业用户和低压居民用户之外的用户类型。单从物理结构来说，光伏发电用户使用两块电表，一块是低压居民用户表，这和普通的居民用户一致，计算居民使用的电量；而另一块是关口计量表，计算用户的发电量。光伏发电用户现场电表和集中器的通信使用Zig-bee通信协议，将两块表的数据传送到集中器，然后集中器利用内置的GPRS通信模块将数据送到主站数据库中。利用发电量、用电量和系统内所存储的一些用户参数每天可以自动计算用户的并网电量和上网电量。集中器会对电表送上来的数据有一定周期的保存，以此来实现此光伏发电用户的历史统计和监测。

2.2光伏监控系统硬件设计

光伏发电监测系统需要对现场信息进行获取，其中包括光伏方阵运行的电流值、电压值、功率、蓄电池的充电参数、光伏设备的表面和周围的温度以及太阳的照射程度等数值。并且运用相应的传感器和变换器进行测量，温度传感器要使用精密度比较高的铂电阻温度传感器，这样有利于对温度的准确掌握，对于风速、太阳辐射量等信息的测量也要选用相应的传感器和信号转换器进行数据的传输和整理。对于直接采集的信号会由于外界的种种因素，可能不会满足采集系统的要求，为了可以满足采集系统的要求，应该对由传感器生成的电信号进行处理，利用调节装置来改变电流电压的大小，并且可以对信号进行隔离滤波处理。对于太阳能辐射传感器是用传感器上的光电探测器来测量太阳能辐射的，可以吧光信号转换为电压信号，应用太阳能辐射传感器可以使操作简单方便，具有自我诊断的功能，也可以进行自动调节工程单位，是一种专业可靠的设计。

2.3光伏监控系统的应用

如今由于计算机监控技术的快速发展，我国的光伏监控技术也不断的得到完善，监控系统主要是研究光伏电站的运行性能、优化设计光伏电站，这种装置可以把数据监测的手段更加的先进化和专业化，使数据监控由原来的人工监测改成自动化的实时监测，很大程度上提高了效率，对采集的数据信息进行传输，并且可以进行记录分析，使得工作人员大大的降低了劳动力，可以使工作人员对所有的太阳能光伏发电系统数据进行调取，了解光伏发电系统的工作运行状态，并对所产生的问题进行及时的处理，有效地增加的光伏发电系统的工作效率。

2.4数据采集节点软件设计

针对数据采集节点。数据采集节点首先，初始化Zigbee模块自身的硬件资源，包括通道、频率、数模转换（AD）端口等等；其次，发出网络加入信号，申请周围的Zigbee协调器加入网络；如果收到加入成功应答信标，则进入低功耗状态，如果加入失败，则继续发送申请信号，直到完成加入；成功进入低功耗模式后就要等待系统初始化时预置的数据传输命令，一旦数据传输命令激活，则调用AD端口采集光伏应用系统的数据进行发送。

结语

本文提出了一种细化到每一块电池板的光伏电池发电参数无线远程集中监测的新方法，通过对每块电池板发电参数的实时监测，能够迅速找出损坏的电池板和工作效率较低的电池板，从而提高整个光伏发电系统的发电量，同时能更好地保护太阳电池，进而延长其使用寿命。本文设计的监测系统在满足实时监测的基础上，还具有以下特点：以实现多个监测点的数据自动测量及存储，避免人为操作错误；可以实现所有的测量数据上传至监控中心，便于分析、管理及决策；以实现测量数据的远程无线传输，降低现场工人的劳动强度，节省人力；具有扩展功能，如根据需要，可增加环境温度等参数的监测。

【参考文献】：

[1]张婷婷.基于传感器的光伏发电监测系统.滁州职业技术学院学报，2012，11（3）：64～66.endprint