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摘 要： 由于分布式光伏電站的發(fā)電系統(tǒng)分布復(fù)雜，傳統(tǒng)分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效控制，準(zhǔn)確性和效率均不高。因此，構(gòu)建準(zhǔn)確且高效的分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由監(jiān)控模塊、感應(yīng)模塊和計(jì)算機(jī)群組組成。監(jiān)控模塊對(duì)分布式光伏電站數(shù)據(jù)傳輸信息、電路和元件的工作時(shí)間以及電源流量等方面的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)監(jiān)控對(duì)象的安全隱患進(jìn)行處理。感應(yīng)模塊由溫度傳感器和光學(xué)傳感器組成，溫度傳感器對(duì)系統(tǒng)電路元件的溫度進(jìn)行報(bào)警和調(diào)節(jié)，光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式光伏電站中太陽(yáng)能強(qiáng)度，這些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)指導(dǎo)使用者管理分布式光伏電站。軟件給出了計(jì)算機(jī)群組對(duì)分布式光伏電站遠(yuǎn)程監(jiān)控流程圖，以及CISC單片機(jī)傳輸載波的算法代碼設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確性和高效性。

關(guān)鍵詞： 分布式光伏電站； 遠(yuǎn)程智能監(jiān)控； 光學(xué)傳感器； 代碼設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN948.64?34； X924.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）04?0172?04

Design of remote intelligent monitoring system for distributed photovoltaic power station

ZHANG Xin

（Beijing Polytechnic， Beijing 100176， China）

Abstract： Since the power generation system of the distributed photovoltaic power station is complex， the remote intelligent monitoring system of the traditional distributed photovoltaic power station can't control it effectively， and has low accuracy and efficiency. Therefore， the accurate and efficient remote intelligent monitoring system of the distributed photovoltaic power station was constructed. The system is composed of the monitoring module， sensing module and computer group. The monitoring module monitors the data transmission information and running time of circuits and components of the distributed photovoltaic power station， and operating conditions such as the power supply flow in real time， and deals with the security hidden danger of the monitoring object. The sensing module is composed of the temperature sensor and optical sensor. The temperature sensor can alarm and adjust the temperature of the system circuit components. The optical sensor can monitor the solar energy intensity in the distributed photovoltaic power station in real time. The monitoring data can guide the users to manage the distributed photovoltaic power station. The remote monitoring flow chart of the distributed photovoltaic power station monitored by the computer group and algorithm code design using singlechip CISC to transmit the carrier are given in the third paragraph of this paper. The experimental results show that the system has the characteristics of high accuracy and high efficiency.

Keywords： distributed photovoltaic power station； remote intelligent monitoring； optical sensor； code design

0 引 言

根據(jù)我國(guó)國(guó)土面積大、太陽(yáng)能能源充足的國(guó)情，國(guó)家能源局于2009年頒布《關(guān)于實(shí)施金太陽(yáng)示范工程的通知》，大力推動(dòng)了我國(guó)光伏電站的建設(shè)。近年來(lái)，分布式光伏電站以其裝機(jī)規(guī)模小、能源利用率高的優(yōu)勢(shì)發(fā)展迅猛。由于分布式光伏電站的發(fā)電系統(tǒng)分布復(fù)雜，傳統(tǒng)分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控準(zhǔn)確性和效率均不高[1?3]。因此，構(gòu)建出準(zhǔn)確且高效的分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，是我國(guó)科研組織的重點(diǎn)研究項(xiàng)目[4?6]。以往研究的分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)均存在一定的問(wèn)題，如文獻(xiàn)[7]提出基于SPS48D200的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，其通過(guò)監(jiān)控太陽(yáng)能蓄電池充放電過(guò)程，進(jìn)而推測(cè)出整個(gè)分布式光伏電站的運(yùn)行情況，但該系統(tǒng)預(yù)設(shè)的監(jiān)控參數(shù)過(guò)少，系統(tǒng)準(zhǔn)確性較低。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了基于PLC的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多終端對(duì)分布式光伏電站進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)控，效率較高，但多終端中的數(shù)據(jù)參數(shù)過(guò)于單一，不利于系統(tǒng)進(jìn)行隱患修正。文獻(xiàn)[9]構(gòu)建的基于Phoeos的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控分布式光伏電站對(duì)太陽(yáng)能的利用情況，并擁有過(guò)載、浪涌等保護(hù)功能，智能性較強(qiáng)，但該系統(tǒng)的安全性較差，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)易被盜取或丟失。文獻(xiàn)[10]提出基于SCADA的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)技術(shù)成熟，有著較高的安全性和準(zhǔn)確性，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。但該系統(tǒng)的開(kāi)放性較差且更新復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用較高。為了解決以上問(wèn)題，構(gòu)建準(zhǔn)確且高效的分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確性和高效性。

1 分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控模塊、感應(yīng)模塊和計(jì)算機(jī)群組組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

監(jiān)控模塊可對(duì)分布式光伏電站數(shù)據(jù)傳輸信息、電路和元件的工作時(shí)間以及電源流量等方面的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)監(jiān)控對(duì)象的安全隱患進(jìn)行處理；感應(yīng)模塊為分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的使用者提供了分布式光伏電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況；監(jiān)控模塊和感應(yīng)模塊中的數(shù)據(jù)均可在相應(yīng)的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示、分析和處理，這些對(duì)各模塊中不同電路進(jìn)行分布式處理的計(jì)算機(jī)，共同組成了計(jì)算機(jī)群組。

1.2 監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

監(jiān)控模塊選取CISC單片機(jī)作為其核心監(jiān)控元件，該單片機(jī)擁有輕便、靈敏和指令豐富等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍很廣。CISC單片機(jī)在分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)中扮演“管理者”角色，使系統(tǒng)能夠智能運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)省人力開(kāi)支。監(jiān)控模塊擁有三個(gè)主流電路和五個(gè)支流電路，主流電路包括數(shù)據(jù)傳輸電路、計(jì)時(shí)電路和流量電路，支流電路包括計(jì)算機(jī)接口電路、中斷電路、展示電路、存儲(chǔ)器電路和通信電路。這些電路均受CISC單片機(jī)監(jiān)控。CISC單片機(jī)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)反饋到相應(yīng)的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。

1.2.1 數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計(jì)

分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的首要監(jiān)控對(duì)象是數(shù)據(jù)傳輸信息，包括光伏電強(qiáng)度、電流和電壓的增減和分布式光伏電站所處環(huán)境的參量等。由于分布式光伏電站的額定電壓和電流較大，無(wú)法被分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)使用，因此，數(shù)據(jù)傳輸電路通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換將電壓和電流等比例縮小，如圖2所示。

由圖2可知，模/數(shù)轉(zhuǎn)換的工作流程為：選定適合的輸入端（由于電壓和電流的轉(zhuǎn)換單位不同，故需選取不同的輸入端），輸入分布式光伏電站的電壓和電流數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)進(jìn)入虛擬開(kāi)關(guān)后，電路將初始數(shù)據(jù)以編碼形式保存，隨后模/數(shù)轉(zhuǎn)換開(kāi)始。與此同時(shí)，計(jì)時(shí)器也開(kāi)始工作。轉(zhuǎn)換完成后，CISC單片機(jī)將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)反饋給相應(yīng)的計(jì)算機(jī)。

1.2.2 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)

分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)中所有電路和元件的工作時(shí)間數(shù)據(jù)，均由計(jì)時(shí)電路提供。計(jì)時(shí)電路中擁有兩個(gè)計(jì)時(shí)器，這兩個(gè)計(jì)時(shí)器將給不同的時(shí)間參數(shù)，有效降低分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制誤差。計(jì)時(shí)器和CISC單片機(jī)直接相連，其連接電路如圖3所示。

圖3中選用的兩個(gè)計(jì)時(shí)器型號(hào)分別是D237和C159。D237計(jì)時(shí)器可以提供電路運(yùn)行時(shí)間的大參數(shù)，C159計(jì)時(shí)器則將時(shí)間參數(shù)精確到秒。兩個(gè)計(jì)時(shí)器內(nèi)部的電源電路、震蕩電路和晶體振蕩器均排列在上部，這種排列方式令計(jì)時(shí)器與計(jì)時(shí)電路獨(dú)立工作，能夠很好地保護(hù)計(jì)時(shí)器的電源電路。

使用者可隨時(shí)讀取或調(diào)節(jié)D237和C159計(jì)時(shí)器的監(jiān)控結(jié)果，進(jìn)行分布式光伏電站的管理。

1.2.3 流量電路工作原理

流量電路可對(duì)分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的電源流量進(jìn)行有效監(jiān)控，以保證分布式光伏電站的平穩(wěn)運(yùn)行。流量電路主要監(jiān)控分布式光伏電站電源的充放電工作，其工作電路圖如圖4所示。

圖4中的流量電路能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)分布式光伏電站電源流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，其工作流程為：測(cè)量分布式光伏電站電源的實(shí)時(shí)流量，流量不同，電路中5個(gè)開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)也不同。分布式光伏電站電源的標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍是[25 V，35 V]，若電路測(cè)量到的電源流量在此區(qū)間內(nèi)，則無(wú)需進(jìn)行流量調(diào)節(jié)；若電路測(cè)量到的電源流量低于標(biāo)準(zhǔn)范圍，流量電路將關(guān)閉開(kāi)關(guān)5，減少分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)載，增強(qiáng)電源流量；若高于標(biāo)準(zhǔn)范圍，流量電路將斷開(kāi)開(kāi)關(guān)1～開(kāi)關(guān)4，以降低電源流量；若流量電路無(wú)法自動(dòng)將電源流量調(diào)節(jié)到正常范圍，分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)將上傳故障原因給使用者并發(fā)出警報(bào)。

1.3 感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)

分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的感應(yīng)模塊由溫度傳感器和光學(xué)傳感器組成。

溫度傳感器進(jìn)行系統(tǒng)電路元件溫度的感應(yīng)，對(duì)電路元件產(chǎn)生的非正常溫度進(jìn)行報(bào)警和調(diào)節(jié)；光學(xué)傳感器進(jìn)行分布式光伏電站中太陽(yáng)能強(qiáng)度的感應(yīng)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給使用者。使用者通過(guò)這些數(shù)據(jù)了解分布式光伏電站的運(yùn)營(yíng)情況，并預(yù)測(cè)其未來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。太陽(yáng)能強(qiáng)度直接決定著分布式光伏電站的選址。因此，光學(xué)傳感器在分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)中起著非常重要的作用，光學(xué)傳感器的工作原理為：光學(xué)傳感器感應(yīng)到太陽(yáng)光時(shí)，會(huì)自動(dòng)將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，并將該電流信號(hào)輸入到短路電路中。測(cè)量短路電路的電流大小，并將其傳輸?shù)较鄳?yīng)的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，進(jìn)而得出分布式光伏電站實(shí)時(shí)獲取的太陽(yáng)能強(qiáng)度。

2 分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)群組擁有數(shù)據(jù)收發(fā)、硬件初始化和電路修正等功能，并利用相應(yīng)軟件進(jìn)行分布式光伏電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控，其流程圖如圖5所示。

圖5中軟件給出的遠(yuǎn)程監(jiān)控流程為：先進(jìn)行分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件的初始化，隨后開(kāi)始監(jiān)測(cè)載波是否存在。載波是由CISC單片機(jī)中振蕩器產(chǎn)生的電波，可通過(guò)監(jiān)測(cè)載波是否存在，來(lái)確定分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)是否運(yùn)行正常。當(dāng)載波不存在，則重新進(jìn)行硬件初始化。若硬件初始化持續(xù)次數(shù)超過(guò)5次，計(jì)算機(jī)群組會(huì)輸出錯(cuò)誤日志并發(fā)出警報(bào)，維修人員介入處理。濾波監(jiān)測(cè)成功后，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控體系的構(gòu)建。將遠(yuǎn)程監(jiān)控體系與分布式光伏電站各電路正確連接，連接成功后進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)程收發(fā)，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程進(jìn)行分布式光伏電站的隱患修正。

同時(shí)，軟件給出了CISC單片機(jī)傳輸載波的算法代碼設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

scia_upsiteinstal="3600，x，5，0"；

%設(shè)置CISC單片機(jī)傳輸載波的參數(shù)

scia_enterflow=1；

%處理CISC單片機(jī)傳輸?shù)妮d波數(shù)據(jù)

scia_InputLen=0；

scia_outputlen=0； %讀取載波數(shù)據(jù)

scia_Oa&cb=correct； %連接傳輸接口

end finish；

private finish cmd_CPC（）

SRAM amount as strand

amount=inputbox & （"enter instructions"，"Data transmission"， amount）；

%進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸指令

if amount =next exit finish；

if no scia. Oa&cb next；

scia.Oa&cb=correct；

end if scia.output = atdt or amount or vbcr；

%調(diào)節(jié)濾波收發(fā)狀態(tài)

cmd reset.sensitize=correct；

cmd_sensitize=error；

scia_InBufferSize =0；

do_affair；

circuit upto scia_InBufferSize>5

end finish；

return=scia_DTR；

%調(diào)整系統(tǒng)接收濾波的參數(shù)

scia_DTR=correct；

scia_DTR=error；

scia_DTR=return；

scia_output = "ath0"；

cmdreset_sensitize=error；

cmd_sensitize=correct；

scia_Oa&cb=error；

%傳輸結(jié)束

end finish

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和高效性，對(duì)基于SCADA分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)和本文系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

3.1 分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確性測(cè)試

誤差是衡量一個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)確性的重要標(biāo)準(zhǔn)，利用BP網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行基于SCADA分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)和本文系統(tǒng)的準(zhǔn)確性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。BP網(wǎng)絡(luò)模型又稱(chēng)“BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型”，能夠較為精準(zhǔn)地測(cè)量遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的誤差，是國(guó)際上應(yīng)用率最高的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為某市級(jí)分布式光伏電站。利用基于SCADA分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)和本文系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)電站太陽(yáng)能強(qiáng)度和實(shí)際電壓進(jìn)行遠(yuǎn)程智能監(jiān)控。圖6為基于SCADA分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)泰勒逼近誤差曲線圖，圖7為本文系統(tǒng)泰勒逼近誤差曲線圖。

由圖6、圖7可知，基于SCADA分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的泰勒逼近誤差曲線波動(dòng)較大，該系統(tǒng)監(jiān)控到的實(shí)驗(yàn)電站太陽(yáng)能光強(qiáng)的誤差平均值為0.213 5，實(shí)際電壓誤差平均值為0.228 3，均已達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；相比基于SCADA分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)而言，本文系統(tǒng)的泰勒逼近誤差曲線波動(dòng)較為穩(wěn)定，太陽(yáng)能光強(qiáng)的誤差平均值為0.152 8，實(shí)際電壓誤差平均值為0.145 6，遠(yuǎn)低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明本文系統(tǒng)擁有較高的準(zhǔn)確性。

3.2 分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)高效性測(cè)試

分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的效率取決于各電路與其相對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)接口間的傳輸效率，該效率能夠通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)群組遠(yuǎn)程讀取監(jiān)控畫(huà)面時(shí)間、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)解壓時(shí)間和隱患修正時(shí)間進(jìn)行計(jì)算得出。

分別對(duì)基于SCADA分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)和本文系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接口傳輸效率進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果如表1和表2所示。

由表1和表2可知，本文系統(tǒng)計(jì)算機(jī)接口傳輸效率平均值為84.75%，遠(yuǎn)高于基于SCADA分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接口傳輸效率。驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的高效性。

4 結(jié) 論

本文構(gòu)建準(zhǔn)確且高效的分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由監(jiān)控模塊、感應(yīng)模塊和計(jì)算機(jī)群組組成。監(jiān)控模塊對(duì)分布式光伏電站數(shù)據(jù)傳輸信息、電路和元件的工作時(shí)間以及電源流量等方面的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)監(jiān)控對(duì)象的安全隱患進(jìn)行處理。感應(yīng)模塊由溫度傳感器和光學(xué)傳感器組成，溫度傳感器對(duì)系統(tǒng)電路元件的溫度進(jìn)行報(bào)警和調(diào)節(jié)，光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式光伏電站中太陽(yáng)能強(qiáng)度，這些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)指導(dǎo)使用者管理分布式光伏電站。軟件給出了計(jì)算機(jī)群組對(duì)分布式光伏電站遠(yuǎn)程監(jiān)控流程圖，以及CISC單片機(jī)傳輸載波的算法代碼設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確性和高效性。

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