李坤福，羅維平

基于GPRS和虛擬儀器的光伏電站遠程監(jiān)測系統(tǒng)的研究

李坤福，羅維平*

（武漢紡織大學(xué) 機械工程與自動化學(xué)院，湖北 武漢 430073）

根據(jù)太陽能光伏電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)的組成和特點，研究了基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸和虛擬儀器技術(shù)的遠程光伏電站檢測系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的工作原理和各組成模塊的設(shè)計，系統(tǒng)具有不受地理條件限制、適用于地域跨越大、光伏電站位置偏遠的遠程監(jiān)測的優(yōu)點，并通過實驗與仿真驗證了系統(tǒng)的可靠性。

光伏電站；遠程監(jiān)控；GPRS；Labview

1 引言

太陽能發(fā)電作為一種清潔能源越來越受到人們的關(guān)注，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性隨著投入的加大越發(fā)顯得重要[1]。因此，在光伏電站中，對其各種參數(shù)的監(jiān)測顯得十分重要。以往一般采用人工采集的方式，往往出現(xiàn)不能實時反映各種參數(shù)、錯記、漏記等錯誤。而且由于光伏電站一般建設(shè)在地理位置偏遠的地方，大大增加了數(shù)據(jù)收集和分析的難度。

本文將GPRS遠程數(shù)據(jù)無線分組交換技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)引入到光伏電站系統(tǒng)監(jiān)測中來，在Labview平臺上實現(xiàn)可擴展、多模塊化的監(jiān)測系統(tǒng)，同時依靠GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)的本地采集，到遠程進行實時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析。

2 遠程監(jiān)測系統(tǒng)組成

基于Labview與GPRS的光伏電站遠程監(jiān)測系統(tǒng)由單片機控制與采集系統(tǒng)、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、Labview上位機程序三大部分組成。

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它按分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，可實現(xiàn)對多個電站的實時監(jiān)控。系統(tǒng)主要有光伏電站單片機控制與采集系統(tǒng)、GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)和遠程監(jiān)控計算機三部分組成。GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)是遠程監(jiān)控中心與各個光伏電站單片機控制與采集現(xiàn)場之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)使現(xiàn)場的運行參數(shù)和狀態(tài)能夠?qū)崟r傳送送至監(jiān)控中心詩計算機。監(jiān)控中心軟件一方面通過過GPRS網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場進行雙向溝通，并與數(shù)據(jù)庫連接對數(shù)據(jù)存儲；另一方面為用戶提供一個可視化界面，讓用戶能夠直觀地了解電站的運行情況并實施遠程控制。通過Internet網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)用戶經(jīng)授權(quán)后可以查看電站的運行資料。

圖1 基于GPRS的遠程檢測系統(tǒng)示意圖

3 監(jiān)測終端硬件設(shè)計

監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分主要安裝在光伏電站現(xiàn)場，其主要包括傳感器、信號調(diào)理器、單片機控制與采集系統(tǒng)、GPRS模塊和電源。如圖2所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)組成

3.1 單片機硬件結(jié)構(gòu)組成

單片機硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，其核心采用性價比高、使用方便的89C51單片機，它對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行參數(shù)采集和監(jiān)控，控制整個系統(tǒng)充放電回路的工作狀態(tài)，保證供電系統(tǒng)能在長期無人值守的情況下可靠的運行，配以輸入輸出、顯示控制等外圍電路，組成一個實用控制系統(tǒng)?？刂破鲀?nèi)部電路可分為幾個模塊：模擬量輸入、復(fù)位電路、輸出控制、鍵盤接口電路、外部數(shù)據(jù)存鍺器、LCD液晶顯示器、時鐘芯片、串行通信接口芯片，這幾個模塊組合起來實現(xiàn)了控制器的功能[2]。

圖3 單片機硬件結(jié)構(gòu)圖

3.2 GPRS模塊

為了提高系統(tǒng)的實用性和可靠性，選用了工業(yè)級GPRS模塊PIML-900／1800，該模塊是CENTEL公司推出的GSM／DCS雙頻模塊，帶GPRS功能，主要為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、短消息和語音傳輸提供無線接口。PIML-900／1800內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議，用戶只需設(shè)置一些參數(shù)就可實現(xiàn)模塊與Internet相連。PIML-900／1800提供1個TTL電平的串口作為通信接口，模塊工作電壓為3.8V，數(shù)據(jù)邏輯高電平為3V，可直接與89C51串口進行通信而無須電平轉(zhuǎn)換，如圖4所示[3]。

圖4 89C51與GPRS模塊的接口電路

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 檢測終端軟件設(shè)計

檢測中斷軟件采用c語言編寫，GPRS模塊特定功能的完成是通過它所接受到的AT指令來決定的，所以對模塊的操作就是單片機向模塊發(fā)出AT指令來控制起完成相應(yīng)的功能[4]。

監(jiān)控終端發(fā)送數(shù)據(jù)格式為幀頭oxFF+ID+數(shù)據(jù)段+CRC+幀尾0xDD。其中ID是監(jiān)控中心用于區(qū)分各終端的唯一標(biāo)識號，數(shù)據(jù)段為終端監(jiān)測到的溫濕度信息，采用CRC校驗碼進行校驗。監(jiān)測終端軟件流程如圖5所示。

圖5 單片機程序流程圖

4.2 監(jiān)控中心軟件設(shè)計

監(jiān)控中心為一臺具有固定IP地址的計算機，后臺管理軟件采用NI公司的圖形化變成環(huán)境Labview 2010開發(fā)，可以定時或人工查詢各監(jiān)測終端所采集的各種信息，從而實現(xiàn)巡監(jiān)功能[5]。軟件采用C/S結(jié)構(gòu)，主要分為通信傳輸模塊和數(shù)據(jù)庫管理2部分。通信傳輸模塊通過運行TCP端口監(jiān)聽程序來接受來自各終端的TCP數(shù)據(jù)包，并向監(jiān)測終端發(fā)送回應(yīng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫管理模塊采用Labview數(shù)據(jù)庫訪問工具LabSQL實現(xiàn)與SQL Server 2005的連接。LabSQL利用Microsoft ADO以及SQL語言來完成數(shù)據(jù)庫訪問，將復(fù)雜的底層ADO及SQL操作封裝程一系列的LabSQL Vis，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的查詢、修改、刪除和添加等操作，軟件前面板如圖6所示。

圖6 監(jiān)控中心軟件前面板

5 結(jié)語

以GPRS通信技術(shù)為核心，實現(xiàn)了對光伏電站的無線智能監(jiān)測，不僅省去了繁雜的布線，而且具有維護方便、可靠性高、擴展能力強等優(yōu)點，非常適合于大型光伏電站的遠程監(jiān)測，系統(tǒng)經(jīng)過簡單改造后可應(yīng)用于其它監(jiān)測領(lǐng)域，具有較好的經(jīng)濟和社會效益。

[1] 趙爭鳴，劉建政，孫曉瑛, 等. 太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2006.

[2] 席勇．嵌入式處理技術(shù)在無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[D]．北京：北京郵電大學(xué)，2004.

[3] 侯思祖，王亞微，陳超，等．基于GPRS通信技術(shù)的配變監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]．電力科學(xué)與工程，2008,(10).

[4] 趙亮，黎峰．GPRS無線網(wǎng)絡(luò)在遠程數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J]．計算機工程與設(shè)計．2005,(9).

[5] 楊樂平，李海濤，楊磊．LabVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2006.

The Research about the Remote Monitoring System for PV Power Station Based on Labview and GPRS

LI Kun-fu, LUO Wei-ping

(College of Mechanical Engineering and Automation, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

According to the composition and characteristics of the Remote Monitoring System for PV power station, we research a method based on GPRS data transmission and the virtual instrument technology. In this article, the working principle of the system and the design of the modules are introduced, the system involved is not limited by the geographical condition, adopt to the remote monitoring of a long distance, remote position PV station, and verified the reliability of the system through experiments.

PV Power Station; Remote Monitoring; GPRS; Labview

TM615

A

1009－5160(2012)03－0074－03

湖北省教育廳資助項目（D20081705）.

*通訊作者：羅維平（1967-），女，教授，研究方向：智能控制與太陽能光伏應(yīng)用.