胡長(zhǎng)冬，李保合，孫麗兵

(上海太陽能科技有限公司，上海 201108)

隨著分布式光伏裝機(jī)容量在電網(wǎng)所占比例的不斷增加，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和傳輸光伏電站的工作狀態(tài)和運(yùn)行信息對(duì)保證電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義[1-2]。通過建立各種復(fù)雜條件和應(yīng)用場(chǎng)景下分布式光伏電站的多參數(shù)采集和復(fù)合信息傳輸系統(tǒng)，有助于建立遠(yuǎn)程分布式光伏電站設(shè)備云管理及云服務(wù)機(jī)制，可為大、中、小型分布式光伏電站提供集中運(yùn)維、精細(xì)化管理、故障預(yù)警等服務(wù)，從而解決分布式光伏電站高效監(jiān)控管理等問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)跨地域分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能診斷。

1 無線傳感節(jié)點(diǎn)和協(xié)議設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式采集和傳輸，本文采用低功耗、高可靠性的CC 2530作為主控芯片設(shè)計(jì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)[3]。為了保證系統(tǒng)的可靠性和節(jié)點(diǎn)傳輸距離，在射頻傳輸部分，增加了RFX2401c進(jìn)行了信號(hào)功率放大。為了實(shí)現(xiàn)模塊的通用性，無線傳感器節(jié)點(diǎn)和傳感器通信采用RS-485通信協(xié)議。無線傳感器的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 無線傳感器的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

CC 2530無線傳感器節(jié)點(diǎn)電路作為核心控制單元，其輸出信號(hào)經(jīng)RFX2401c放大后發(fā)送出去，可提高信號(hào)的發(fā)送功率和發(fā)送距離。在硬件設(shè)計(jì)中采用子板和底板結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，通信模塊和電源管理模塊設(shè)計(jì)在底板上，核心電路板插在底板上。為了實(shí)現(xiàn)通用性，匯聚節(jié)點(diǎn)和Zigbee節(jié)點(diǎn)采用相同的硬件設(shè)計(jì)電路。

軟件協(xié)議基于TI的Z-stack協(xié)議。整個(gè)Z-stack的主要工作流程分為系統(tǒng)啟動(dòng)、驅(qū)動(dòng)初始化、OSAL初始化、啟動(dòng)和進(jìn)入主循環(huán)等。

2 通用無線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

無線傳感器節(jié)點(diǎn)的通用設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。對(duì)于光伏電站環(huán)境參數(shù)、電壓、電流的檢測(cè)需要各種傳感器和儀表設(shè)備，這些設(shè)備的輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路調(diào)理后和無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)接，構(gòu)成前端信號(hào)采集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[4-5]。無線傳感器節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)控的設(shè)備主要包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、黑球溫度、組件溫度、總輻射表、散射輻射表、直接輻射表、熱流輻射表、光合輻射表、紫外輻射表、風(fēng)向儀、風(fēng)速計(jì)、光照強(qiáng)度計(jì)、匯流箱電流、匯流箱電壓和各支路運(yùn)行狀態(tài)等。

圖2 通用無線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

3 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

鑒于光伏電站一般位于偏遠(yuǎn)地域，3G/4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況不一定很好，因此在網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)中采用GPRS技術(shù)。USR-GM1是一款GPRS 數(shù)據(jù)傳輸核心模塊，提供RS-485轉(zhuǎn)GPRS 數(shù)據(jù)/短信息/語音通話等信息傳輸功能，被廣泛應(yīng)用于電力/農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控/物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸/物流等領(lǐng)域。模塊內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議棧， 設(shè)置簡(jiǎn)單，使用方便。圖3為GRPS設(shè)備的硬件電路圖。

圖3 GPRS設(shè)備的硬件電路圖

4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)

多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)采集，所有的數(shù)據(jù)都匯聚給Sink節(jié)點(diǎn)，Sink節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸，在遠(yuǎn)程服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理和顯示，如圖4所示。

圖4 WSN和GPRS混合組網(wǎng)

5 電站硬件設(shè)備改造升級(jí)

根據(jù)光伏電站特點(diǎn)，用傳感器節(jié)點(diǎn)和空氣溫濕度、土壤熱流、光照度、輻射、電流、電壓和設(shè)備狀態(tài)等傳感器或儀表通過RS-485連接，進(jìn)行前端數(shù)據(jù)的采集。給匯流箱和直流配電柜增加無線傳感、無線傳輸和狀態(tài)監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的改造升級(jí)，如圖5所示。

圖5 匯流箱和直流配電柜的升級(jí)改造

6 結(jié)語

本文在網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方面主要進(jìn)行了無線Zigbee模塊設(shè)計(jì)，構(gòu)建了GPRS和有線混合的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，并將監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)延伸到匯流箱，與原有系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了更精細(xì)化的光伏電站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。通過完成一套無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)融合的四級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，有效解決了分布式光伏電站多級(jí)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程復(fù)合信息可靠傳輸?shù)膯栴}，大幅度地減少了日常巡檢的工作量，提高了效率和遠(yuǎn)程診斷能力，為后續(xù)數(shù)據(jù)顯示、分析和故障診斷奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] LIU J, ZHOU Z, PENG Z, et al. Mobi-Sync: Efficient Time Synchronization for Mobile Underwater SensorNetworks[J]. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 2013, 24(2): 406-416.

[2]黃曙, 馬文霜, 陳炯聰, 等：智能變電站網(wǎng)絡(luò)風(fēng)的監(jiān)測(cè)和過濾算法研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2013， 41 (18) :68-72.

HUANG Shu, MA Wenshuang, CHEN Jiongcong, et al. Research on the network storm monitoring and filtering algorithm in smart substation[J].Relay,2013,41(18):68-72.

[3]LIU J, WANG Z, ZUBA M, et al. DA-Sync: A Doppler-Assisted Time-Synchronization Scheme for MobileUnderwater Sensor Networks[J]. IEEE Transactions on Mobile Computing, 2014, 13(3): 582-595.

[4]金彥亮, 方昌立, 姚彬. 結(jié)合啁啾信號(hào)的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法[J]. 北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào), 2016,39(1): 52-57.

JIN Yanliang, FANG Changli, YAO Bin. A combined chirp signal time-synchronization scheme for mobile underwater sensor networks[J]．Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications，2016, 39 (1)：52-57．

[5]丁宇.WebService高效安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究及其企業(yè)級(jí)實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京工業(yè)大學(xué),2013.