吳斐
摘要:能源已經(jīng)成為決定當(dāng)今社會發(fā)展的關(guān)鍵因素。一個國家能否高效、合理的利用隨處可見的新能源,直接決定著這個國家未來的發(fā)展方向。太陽能作為新能源中不可忽視的重要一員,逐漸走入大眾視野。其具有顯著特點主要包括清潔、無污染、易獲得。正是這些顯著的特點使得太陽能的使用逐步流行,并發(fā)展成為新能源領(lǐng)域中的一種趨勢。因運而生的光伏發(fā)電站充分利用太陽能的優(yōu)勢,針對光伏電站行業(yè)進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)可視化及數(shù)據(jù)分析,著力于為光伏設(shè)備安裝商、運營商及民用商、光伏用戶提供線上工具支持;為光伏電站投資人提供數(shù)據(jù)參考,降低投資風(fēng)險;同時,光伏發(fā)電站的高度智能化也使得設(shè)備的檢查變得簡單,由最開始的安排人員現(xiàn)場檢查逐步變成自動化檢查,極大程度提高人力物力,提高檢查效率。
關(guān)鍵詞:光伏發(fā)電; 數(shù)據(jù)采集; 數(shù)據(jù)監(jiān)控
1光伏系統(tǒng)的優(yōu)勢
1.1為光伏電站行業(yè)運行、維護和管理問題提供解決方案
光伏電站大多建設(shè)在偏僻、環(huán)境相對惡劣的地區(qū),派人值守可行性不高。光伏系統(tǒng)設(shè)計者考慮到這一問題,在光伏系統(tǒng)中專門增設(shè)了數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊,利用電子器件實時檢查光伏電站情況,并將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)路端。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)達的今天,人們可以隨時通過手機、電腦等進行遠程查看數(shù)據(jù),也可以在發(fā)現(xiàn)問題的第一時間打電話通知電站的管理者。數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊完成自動化監(jiān)控的具體解決措施主要有:(1)建立相關(guān)的光伏電站管理機制,并充分利用數(shù)字信息化技術(shù),實現(xiàn)光伏電站數(shù)據(jù)共享和遠程監(jiān)控;(2)建立完善的系統(tǒng)故障處理體系,將電站各設(shè)備在運行中出現(xiàn)的故障進行整理分類,并記錄下相關(guān)故障的處理方法;(3)組織技術(shù)人員參加各種培訓(xùn),使其掌握一般系統(tǒng)故障的產(chǎn)生原因,并培養(yǎng)其妥善解決故障的能力。同時安排操作人員負責(zé)與設(shè)備廠商的聯(lián)絡(luò)工作,當(dāng)電站遇到機械故障時,也能第一時間通知維修人員進行搶修,或者在最短的時間內(nèi)通知設(shè)備廠商更換設(shè)備。 光伏系統(tǒng)通過上述措施很好地實現(xiàn)了自動化監(jiān)管功能,幫助公司減少人力資源的浪費。
1.2為光伏電站投資人的投資行為提供決策依據(jù)和數(shù)據(jù)支持
光伏產(chǎn)業(yè)作為新能源產(chǎn)業(yè),是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一。光伏發(fā)電投資不僅可以給經(jīng)濟社會發(fā)展提供清潔的能源與電力,而且還可以給投資者帶來豐厚的收益。再加上近些年政府對其大力支持,所以光伏電站逐漸成為投資熱點。投資者在確定光伏發(fā)電是否為一個正確的投資項目之前,可以先對光伏投資項目的特征進行一定的了解,幫助其正確理解和把握光伏發(fā)電投資的風(fēng)險。投資方可將專業(yè)的第三方機構(gòu)的監(jiān)控數(shù)據(jù)作為投資決策的參考依據(jù),全面了解各種風(fēng)險因素。同時也可根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)實時的查看投資和收益狀況,并在之后的合同中制定相應(yīng)規(guī)避風(fēng)險的方案。
2光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
2.1監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)主要由下位機和上位機兩大部分組成。其中,下位機主要包括由嵌入式控制器MOXA ia240 組成的本地控制器以及與之相連的逆變器、環(huán)境采集儀、匯流箱、防逆流柜、智能電表等設(shè)備。上位機主要包括實時通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器、攝像頭以及部署在上述服務(wù)器中的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。下位機與實時通信服務(wù)器之間通過以太網(wǎng)進行通信。光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
2.2監(jiān)控系統(tǒng)原理
在下位機中,本地控制器采用多種通信協(xié)議與環(huán)境采集儀、逆變器、匯流箱、防逆流柜、智能電表等通信。本地控制器定時采集逆變器、環(huán)境采集儀、匯流箱、防逆流柜、智能電表的數(shù)據(jù),位于實時通信服務(wù)器的PC 監(jiān)控軟件采用同樣的采樣周期通過Modbus-tcp 協(xié)議讀取這些數(shù)據(jù)。 Modbus 應(yīng)用層協(xié)議由美國Modicon 公司 (現(xiàn)為施耐德電氣旗下品牌)于 1979 年開發(fā),用于實現(xiàn)其 PLC 產(chǎn)品與上位機的通信。由于該協(xié)議簡單易用,得到廣大工業(yè)自動化儀器儀表企業(yè)的采納與支持,實際上已成為該業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn),我國標(biāo)準(zhǔn)化委員會已將Modbus 協(xié)議作為我國工業(yè)自動化的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一,分別制定了GB/Z 19582.1-2004 (Modbus 應(yīng)用層協(xié)議)、GB/Z19582.2-2004 (串行鏈路上的 Modbus) 和 GB/Z19582.3-2004(Modbus-TCP)3 個標(biāo)準(zhǔn)。 PC 監(jiān)控軟件完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析等功能,并可發(fā)送控制命令實現(xiàn)對逆變器的遠程控制。 PC 監(jiān)控軟件還可遠程控制攝像頭。 另外,可遠程登錄 Web 進行數(shù)據(jù)的查看和分析。
3光伏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)操作
3.1 先伏系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊的實現(xiàn)
數(shù)據(jù)采集模塊的主要流程如圖 2 所示,本模塊主要由數(shù)據(jù)采集器、氣象傳感器、先伏陣列傳感器、通信終端設(shè)備組成。先伏系統(tǒng)通迆加入現(xiàn)代化的儀器,帩助用戵實時采集先伏電站収電和當(dāng)?shù)丨h(huán)境參數(shù)情冴。在傳統(tǒng)先伏収電站的基礎(chǔ)上,改用更加兇迚的硬件通訊協(xié)議——RS485/422 協(xié)議,該協(xié)議能夠更好在網(wǎng)絡(luò)中運輸采集的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)主要包括逆變器數(shù)據(jù)和氣象站數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊的功能實現(xiàn)主要是通迆采集模塊平臺收収消息,迚行數(shù)據(jù)傳輸?shù)取T撃K使用的主要是市場上現(xiàn)有的先伏設(shè)備生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品,例如英臵、華為、陽先、品聯(lián)、暢洋、淘科等。這些廠商的采集器模塊主要是由傳感器、控制器等單元極成,采用的是進程數(shù)據(jù)采集的斱式。數(shù)據(jù)采集模塊需要的材料是通信芯片、存儲芯片,實現(xiàn)原理則是將各個芯片集成在一塊電路板上。系統(tǒng)通迆上述器件集成的電路芯片,來快速獲取先伏電站的變器數(shù)據(jù)和氣象站數(shù)據(jù)。
3.2光伏系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理模塊的實現(xiàn)
數(shù)據(jù)處理模塊的實現(xiàn)主要流程如圖 3所示。數(shù)據(jù)處理模塊主要完成對接收到的數(shù)據(jù)幀迚行校驗、解析和轉(zhuǎn)換和存入數(shù)據(jù)庫等功能。
數(shù)據(jù)通信模塊是采集器與數(shù)據(jù)預(yù)處理平臺之間的通信信道,主要是將設(shè)備數(shù)據(jù)使用無線網(wǎng)絡(luò)終端収送到目標(biāo)端口。采用的是TCP/UDP 協(xié)議,利用面向違接的 TCP 協(xié)議來實現(xiàn) IP 環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠傳輸。同時又采用端到端發(fā)送數(shù)據(jù)包的方式,通過為采集器獲取的數(shù)據(jù)開辟的違接通道迚行傳輸,在數(shù)據(jù)預(yù)處理平臺相應(yīng)端口下迚行數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊主要流程如圖 4所示
數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊功能實現(xiàn):首兇根據(jù)逆變器、電表、氣象站等不同種數(shù)據(jù)幀格式協(xié)議,制定相應(yīng)的多種解析器,獲取幀中包含的電站數(shù)據(jù)信息;再獲取傳輸?shù)较鄳?yīng)數(shù)據(jù)端口的幀,并將其放入正確的解析器中完成轉(zhuǎn)義。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊主要采用標(biāo)志點匹配算法,對系統(tǒng)中使用到的各項幀格式進行分析,提取數(shù)據(jù)幀失,數(shù)據(jù)幀尾的數(shù)據(jù)格式與長度和整幀數(shù)據(jù)長度等,并將其作為標(biāo)志點,然名對標(biāo)志點進行自動識別與匹配,將原始幀區(qū)分名交由相應(yīng)解析器實現(xiàn)解析。
結(jié)束語
隨著我國光伏產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展,光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮的作用將會越來越大。文章介紹的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)很好地實現(xiàn)了電站的監(jiān)控, 提高了電站的自動化管理,節(jié)省了大量的人力和物力,提高了工作效率。該系統(tǒng)已經(jīng)在青海格爾木、湖南株洲、山東德州等多個光伏電站應(yīng)用,應(yīng)用結(jié)果表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能完善、實用性強。當(dāng)然,還存在一些不足,如缺少針對光伏電站的專家系統(tǒng),需在以后的推廣項目中繼續(xù)完善。
參考文獻
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