光伏发电数据监控系统的设计与实现

吴斐

摘要：能源已经成为决定当今社会发展的关键因素。一个国家能否高效、合理的利用随处可见的新能源，直接决定着这个国家未来的发展方向。太阳能作为新能源中不可忽视的重要一员，逐渐走入大众视野。其具有显著特点主要包括清洁、无污染、易获得。正是这些显著的特点使得太阳能的使用逐步流行，并发展成为新能源领域中的一种趋势。因运而生的光伏发电站充分利用太阳能的优势，针对光伏电站行业进行数据采集、数据可视化及数据分析，着力于为光伏设备安装商、运营商及民用商、光伏用户提供线上工具支持;为光伏电站投资人提供数据参考，降低投资风险;同时，光伏发电站的高度智能化也使得设备的检查变得简单，由最开始的安排人员现场检查逐步变成自动化检查，极大程度提高人力物力，提高检查效率。

关键词：光伏发电; 数据采集; 数据监控

1光伏系统的优势

1.1为光伏电站行业运行、维护和管理问题提供解决方案

光伏电站大多建设在偏僻、环境相对恶劣的地区，派人值守可行性不高。光伏系统设计者考虑到这一问题，在光伏系统中专门增设了数据监控模块，利用电子器件实时检查光伏电站情况，并将数据上传到网路端。在网络发达的今天，人们可以随时通过手机、电脑等进行远程查看数据，也可以在发现问题的第一时间打电话通知电站的管理者。数据监控模块完成自动化监控的具体解决措施主要有：（1）建立相关的光伏电站管理机制，并充分利用数字信息化技术，实现光伏电站数据共享和远程监控;（2）建立完善的系统故障处理体系，将电站各设备在运行中出现的故障进行整理分类，并记录下相关故障的处理方法;（3）组织技术人员参加各种培训，使其掌握一般系统故障的产生原因，并培养其妥善解决故障的能力。同时安排操作人员负责与设备厂商的联络工作，当电站遇到机械故障时，也能第一时间通知维修人员进行抢修，或者在最短的时间内通知设备厂商更换设备。

光伏系统通过上述措施很好地实现了自动化监管功能，帮助公司减少人力资源的浪费。

1.2为光伏电站投资人的投资行为提供决策依据和数据支持

光伏产业作为新能源产业，是我国经济发展的重要产业之一。光伏发电投资不仅可以给经济社会发展提供清洁的能源与电力，而且还可以给投资者带来丰厚的收益。再加上近些年政府对其大力支持，所以光伏电站逐渐成为投资热点。投资者在确定光伏发电是否为一个正确的投资项目之前，可以先对光伏投资项目的特征进行一定的了解，帮助其正确理解和把握光伏发电投资的风险。投资方可将专业的第三方机构的监控数据作为投资决策的参考依据，全面了解各种风险因素。同时也可根据监控数据实时的查看投资和收益状况，并在之后的合同中制定相应规避风险的方案。

2光伏发电监控系统设计

2.1监控系统结构

光伏发电监控系统主要由下位机和上位机两大部分组成。其中，下位机主要包括由嵌入式控制器MOXA ia240 组成的本地控制器以及与之相连的逆变器、环境采集仪、汇流箱、防逆流柜、智能电表等设备。上位机主要包括实时通信服务器、数据库服务器、Web服务器、摄像头以及部署在上述服务器中的应用软件系统。下位机与实时通信服务器之间通过以太网进行通信。光伏电站监控系统总体结构如图1 所示。

2.2监控系统原理

在下位机中，本地控制器采用多种通信协议与环境采集仪、逆变器、汇流箱、防逆流柜、智能电表等通信。本地控制器定时采集逆变器、环境采集仪、汇流箱、防逆流柜、智能电表的数据，位于实时通信服务器的PC 监控软件采用同样的采样周期通过Modbus-tcp 协议读取这些数据。

Modbus 应用层协议由美国Modicon 公司 （现为施耐德电气旗下品牌）于 1979 年开发，用于实现其 PLC 产品与上位机的通信。由于该协议简单易用，得到广大工业自动化仪器仪表企业的采纳与支持，实际上已成为该业界的标准，我国标准化委员会已将Modbus 协议作为我国工业自动化的行业标准之一，分别制定了GB/Z 19582.1-2004 （Modbus 应用层协议）、GB/Z19582.2-2004 （串行链路上的 Modbus） 和 GB/Z19582.3-2004（Modbus-TCP）3 个标准。

PC 监控软件完成数据的采集、存储、分析等功能，并可发送控制命令实现对逆变器的远程控制。

PC 监控软件还可远程控制摄像头。

另外，可远程登录 Web 进行数据的查看和分析。

3光伏系统的数据操作

3.1 先伏系统中数据采集模块的实现

数据采集模块的主要流程如图 2 所示，本模块主要由数据采集器、气象传感器、先伏阵列传感器、通信终端设备组成。先伏系统通迆加入现代化的仪器，帩助用戵实时采集先伏电站収电和当地环境参数情冴。在传统先伏収电站的基础上，改用更加兇迚的硬件通讯协议——RS485/422 协议，该协议能够更好在网络中运输采集的数据，这些数据主要包括逆变器数据和气象站数据。数据采集模块的功能实现主要是通迆采集模块平台收収消息，迚行数据传输等。该模块使用的主要是市场上现有的先伏设备生产厂商的产品，例如英臵、华为、阳先、品联、畅洋、淘科等。这些厂商的采集器模块主要是由传感器、控制器等单元极成，采用的是進程数据采集的斱式。数据采集模块需要的材料是通信芯片、存储芯片，实现原理则是将各个芯片集成在一块电路板上。系统通迆上述器件集成的电路芯片，来快速获取先伏电站的变器数据和气象站数据。

3.2光伏系统中数据处理模块的实现

数据处理模块的实现主要流程如图 3所示。数据处理模块主要完成对接收到的数据帧迚行校验、解析和转换和存入数据库等功能。

数据通信模块是采集器与数据预处理平台之间的通信信道，主要是将设备数据使用无线网络终端収送到目标端口。采用的是TCP/UDP 协议，利用面向违接的 TCP 协议来实现 IP 环境下的数据可靠传输。同时又采用端到端发送数据包的方式，通过为采集器获取的数据开辟的违接通道迚行传输，在数据预处理平台相应端口下迚行数据接收。数据预处理模块主要流程如图 4所示

数据预处理模块功能实现：首兇根据逆变器、电表、气象站等不同种数据帧格式协议，制定相应的多种解析器，获取帧中包含的电站数据信息;再获取传输到相应数据端口的帧，并将其放入正确的解析器中完成转义。数据预处理模块主要采用标志点匹配算法，对系统中使用到的各项帧格式进行分析，提取数据帧失，数据帧尾的数据格式与长度和整帧数据长度等，并将其作为标志点，然名对标志点进行自动识别与匹配，将原始帧区分名交由相应解析器实现解析。

结束语

随着我国光伏产业的大力发展，光伏发电监控系统发挥的作用将会越来越大。文章介绍的光伏发电监控系统很好地实现了电站的监控， 提高了电站的自动化管理，节省了大量的人力和物力，提高了工作效率。该系统已经在青海格尔木、湖南株洲、山东德州等多个光伏电站应用，应用结果表明系统性能稳定、功能完善、实用性强。当然，还存在一些不足，如缺少针对光伏电站的专家系统，需在以后的推广项目中继续完善。

参考文献

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