楊玉清 江偉 劉美 段建發(fā) 雷軍 楊海澡

(六盤水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院,貴州六盤水 553000)

0 引言

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究與運用給光電研究帶來新的曙光。光伏發(fā)電直接實現(xiàn)了一次能源向二次能源的跳躍式轉(zhuǎn)化,避免了能源轉(zhuǎn)換中部分能量的損耗。光伏發(fā)電具因地制宜,單獨利用,可以配合其他傳統(tǒng)能源、新興能源等優(yōu)勢[1]。

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟,此次研究的難點在于:(1)器件間線路連接問題;(2)太陽能供電系統(tǒng)與監(jiān)控器能源的結(jié)合。

因此,本團(tuán)隊就現(xiàn)有的機(jī)械、技術(shù)基礎(chǔ)條件,選擇適宜的蓄電池、太陽能發(fā)電系統(tǒng),力求經(jīng)濟(jì)合理,安全可靠。

1 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計分析

系統(tǒng)實物連接如圖1所示。

系統(tǒng)連接電路如圖2所示。

系統(tǒng)安裝方式:考慮太陽能電池板固定支架之間連接方式、支架底座的抗破壞力、系統(tǒng)設(shè)計的合理性、設(shè)備的安全性、拆卸的便捷性以及操作的可行性等,故選擇MC4公母插頭作為電池板接頭,如圖3所示。

系統(tǒng)主要部件的選擇:以長期的實地考察并結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)設(shè)備基礎(chǔ)依據(jù),確定系統(tǒng)主要部件型號。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的選取

圖1 系統(tǒng)實物連接圖Fig.1 System physical connection diagram

圖2 系統(tǒng)連接電路圖Fig.2 System connection circuit diagram

圖4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成Fig.4 Composition of solar photovoltaic power generation system

圖3 系統(tǒng)安裝方式Fig.3 System installation method

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成如圖4所示。

為保證數(shù)據(jù)的完備處理,因此需要同時保證無線光電監(jiān)控管理系統(tǒng)的同時能夠?qū)崿F(xiàn)實時遠(yuǎn)程控制,對無線采集到的數(shù)據(jù)在中央處理器CPU實時進(jìn)行遠(yuǎn)程處理,及時的控制調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)運行管理參數(shù),保障無線光電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化工作順利進(jìn)行[2]。

3 傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)層

第一層為連接層,該層主要用于接到基站環(huán)境檢測數(shù)據(jù)傳感器、逆變器、站點管理數(shù)據(jù)傳感器等電子設(shè)備,協(xié)同基站執(zhí)行管理機(jī)構(gòu)實現(xiàn)從屬基站到線下實地數(shù)據(jù)總線之間的操作、控制指令等的傳輸。為獲取溫度、風(fēng)速、照明度及強(qiáng)光輻射度等環(huán)境信息,可采用環(huán)境檢測數(shù)據(jù)傳感器。各種環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器均經(jīng)過統(tǒng)一封裝安放在空氣距離檢測控制器里,目的是為了實時采集不同天氣的各種環(huán)境參數(shù)。各種環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器均經(jīng)過統(tǒng)一封裝安放在空氣距離檢測控制器里,目的是為了實時采集不同天氣的各種環(huán)境參數(shù)。將逆變器接觸輸入終端及逆變器電容器輸入端中數(shù)據(jù)輸出至從線及站3之中,通過接入總線到從站現(xiàn)場轉(zhuǎn)換總線中,完成第一和第二層次的轉(zhuǎn)換任務(wù)。

第二層為PLC現(xiàn)場遠(yuǎn)程監(jiān)控管理層,PLC與連接層中的管理系統(tǒng)共同組成現(xiàn)場高速總線通訊管理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速總線通訊,達(dá)到與風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸與實時操作控制。本系統(tǒng)在設(shè)計過程中,結(jié)合地球三大觀測技術(shù)（光學(xué)遙感、微波遙感及重力遙感）及天氣檢測技術(shù),并考慮到太陽能無線監(jiān)控器實際戶外工作環(huán)境的可能遭遇的惡劣環(huán)境因素的情況,專注構(gòu)建根據(jù)監(jiān)控器實際工作環(huán)境狀況,實現(xiàn)對太陽光進(jìn)行自動跟蹤收集、自動系統(tǒng)控制溫度、光伏電池組件傾斜角度自保持等功能,以提高系統(tǒng)的實際使用性及可靠性。將環(huán)境檢測數(shù)據(jù)傳感器檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)對輸入的環(huán)境數(shù)據(jù)與預(yù)先規(guī)定的程序質(zhì)量進(jìn)行比較,進(jìn)而計算出最佳太陽能收集模式。PLC現(xiàn)場監(jiān)控管理層在傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二層中的現(xiàn)場通信總線網(wǎng)絡(luò)身兼兩職,一方面是起到將信息數(shù)據(jù)傳輸給各接收處理機(jī)構(gòu),提高系統(tǒng)運算處理及太陽能利用效率;另一方面將現(xiàn)場采集到的實時數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)離現(xiàn)場的上層控制室并實現(xiàn)與上層管理系統(tǒng)和下層執(zhí)行操作系統(tǒng)終端之間的無縫連接和信息數(shù)據(jù)共享[3]。

第三層為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理層。一般工作模式下采用GPRS視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)模塊將實際工作環(huán)境中測得的圖像數(shù)據(jù)通過一個移動通信網(wǎng)絡(luò)分組傳輸網(wǎng)絡(luò)直接傳遞發(fā)送上位機(jī)上,通過這種模式實現(xiàn)監(jiān)控太陽能光伏發(fā)電站對系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控。

這一層在整個系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用,基于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獨特的表達(dá)方式及其功能特點以實現(xiàn)對工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集,分析和整理,通過報警設(shè)置流程實現(xiàn)對具體工作環(huán)境,各種工作情況的實時監(jiān)控。這一層不僅可以實現(xiàn)具體部分的監(jiān)控,還可以對整套光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行狀況進(jìn)行監(jiān)控,這是基于互聯(lián)網(wǎng)的傳遞性、實時性和交互性實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與客戶端結(jié)合進(jìn)而實現(xiàn)控制,通過互聯(lián)網(wǎng)的自由性、共享性和開放性實現(xiàn)人機(jī)交互,從而實現(xiàn)信息從靜態(tài)到動態(tài)的轉(zhuǎn)化。由于龐大的系統(tǒng)層次對于功能子部件和功能要素的要求,因此組態(tài)控制服務(wù)器采用冗余設(shè)計,提高了計算機(jī)系統(tǒng)可靠性,但也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和設(shè)計難度。

4 結(jié)語

太陽能光伏發(fā)電無線監(jiān)控系統(tǒng)共有三層構(gòu)成,第一層為傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)層,主要作用是完成數(shù)據(jù)從從站到總站的傳輸。PLC現(xiàn)場監(jiān)控層是第二層,利用PLC控制器和各輔助元件協(xié)同作用完成發(fā)電系統(tǒng)多個太陽跟蹤裝置的操作控制,遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控層為第三層。無線監(jiān)控系統(tǒng)作為太陽能光伏發(fā)電運行情況控制系統(tǒng)之一,通過該系統(tǒng)可以隨時掌握太陽能光伏發(fā)電可能出現(xiàn)的各種突發(fā)情況和一般狀況,進(jìn)而及時有效的排查太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中各個子零部件及其系統(tǒng)的故障和潛在問題,以保障的設(shè)備良好的運行狀態(tài),從而完成各項監(jiān)測與控制任務(wù)。