郝玉然，焦 爽，焦東宏

（華北水利水電大學(xué) 河南 鄭州 450000）

1 引言

隨著煤、石油和天然氣等化石能源的不斷減少和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，以太陽能風(fēng)能為主的新能源作為能源開發(fā)的主要對象。光伏發(fā)電是太陽能的應(yīng)用形式之一，發(fā)電站現(xiàn)場有大量節(jié)點，而且容易遭受自然環(huán)境的破壞[1]。因此，為了實時了解光伏發(fā)電站的情況需要對其進行準確監(jiān)控[2]。

針對本項目光伏發(fā)電站比較分散、數(shù)據(jù)傳輸距離遠和站點的數(shù)據(jù)要在同一個監(jiān)控畫面中顯示等問題，文中設(shè)計的系統(tǒng)使用四信DTU和Kingview7.5SP1對現(xiàn)有的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)進行改進，使用四信DTU構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控界面在上位機中完成。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的組成

本文設(shè)計的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)主要有現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點、四信DTU和遠程監(jiān)控中心這3個部分組成[3]?，F(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點有Growatt光伏逆變器、Pt100溫度傳感器等需要進行發(fā)電量的數(shù)據(jù)采集和環(huán)境溫度監(jiān)控的設(shè)備，這些設(shè)備是modbus從站，通過modbus協(xié)議與四信DTU進行數(shù)據(jù)通訊[4]；四信DTU作為modbus主站，一方面能與現(xiàn)場需要監(jiān)控的設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸，另一方面通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)與遠程監(jiān)控中心的虛擬串口進行數(shù)據(jù)通訊；遠程監(jiān)控中心設(shè)備有上位機，上位機也可以與打印機進行連接，上位機監(jiān)控畫面開發(fā)是基于Kingview7.5SP1完成的。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)項目的工作要求，監(jiān)控系統(tǒng)需要有以下5個基本功能[5]：

（1）實時數(shù)據(jù)監(jiān)測。對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)（像電網(wǎng)電壓、逆變器輸出功率）和環(huán)境參數(shù)（如溫度）進行實時數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳到上位機的監(jiān)控畫面中。

（2）數(shù)據(jù)存儲及處理分析。系統(tǒng)能自動保存各站點的日、月和年發(fā)電量，并將發(fā)電量轉(zhuǎn)換成售電收入。同時監(jiān)控系統(tǒng)能自動將監(jiān)控的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為節(jié)能減排效益、經(jīng)濟效益等數(shù)據(jù)。

（3）故障監(jiān)測及報警。在組態(tài)王監(jiān)控畫面中設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)正常運行的上下限和報警先后順序，當(dāng)某一站點的其中一個環(huán)節(jié)參數(shù)不正常時，監(jiān)控系統(tǒng)能顯示錯誤信息，方便工作人員及時處理。

（4）監(jiān)控畫面中能夠看到報表及各站點實時功率趨勢曲線。系統(tǒng)能自動對實時數(shù)據(jù)報表進行保存，便于工作人員對發(fā)電站運行數(shù)據(jù)查看及分析。

（5）與常用軟件有較好的兼容。監(jiān)控系統(tǒng)中相關(guān)數(shù)據(jù)能用Oiffce等軟件打開，使分析數(shù)據(jù)更加方便。

3 通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

根據(jù)性能需求，遠程監(jiān)控中心設(shè)備選購預(yù)裝Window7系統(tǒng)的聯(lián)想臺式機。現(xiàn)在windows7系統(tǒng)使用較多，Kingview7.5SP1與Window7系統(tǒng)有較好的兼容性。modbus主站及modbus從站均采用廈門四信通訊有限公司的設(shè)備。Modbus主從設(shè)備查詢響應(yīng)如圖2所示?，F(xiàn)場部分硬件設(shè)備接線圖如圖3所示。modbus主從站設(shè)備使用雙絞線進行硬件連接，并需要在模塊上進行從站地址設(shè)置，在確保主、從站設(shè)備都正確安裝后，使用Tcp2Com軟件進行系統(tǒng)組態(tài)。

圖2 modbus主從設(shè)備查詢響應(yīng)

圖3 現(xiàn)場硬件設(shè)備接線圖

4 上位機監(jiān)控界面的設(shè)計

本系統(tǒng)以Kingview7.5SP1為平臺進行光伏監(jiān)控系統(tǒng)畫面的開發(fā)，完成對各個站點光伏電站數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。在監(jiān)控界面開發(fā)時，主要使用組態(tài)王7.5SP1中的文本控件、圖形控件、直線控件、數(shù)據(jù)報表、報警窗口等模塊進行畫面設(shè)計，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需要編寫月發(fā)電量，年發(fā)電量和月售電收入等數(shù)據(jù)命令語言，監(jiān)控系統(tǒng)采用主界面操作，系統(tǒng)界面結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)界面結(jié)構(gòu)框架

監(jiān)控系統(tǒng)主要包括主畫面、報表、報警顯示、累計節(jié)能減排數(shù)據(jù)等工作畫面。在主畫面中能監(jiān)控逆變器工作狀態(tài)和運行不正常時報警的功能，系統(tǒng)主畫面如圖5所示；報表界面包括系各鄉(xiāng)鎮(zhèn)日月年報表、村級日報表以及實時數(shù)據(jù)界面，能夠分析光伏電站運行數(shù)據(jù)。報警可以顯示錯誤代碼、報警界限值等信息；節(jié)能減排數(shù)據(jù)是將發(fā)電量通過系統(tǒng)自動計算轉(zhuǎn)換為環(huán)保數(shù)據(jù)，如CO2減放、節(jié)約標準煤量等。

圖5 主畫面

通過點擊報表界面，可以切換到鄉(xiāng)鎮(zhèn)報表和村級報表等，觀察主畫面可以知道光伏電站的運行情況、發(fā)電量和發(fā)電收入等數(shù)據(jù)。

5 系統(tǒng)優(yōu)點

本次項目設(shè)計的系統(tǒng)主要有下面幾個優(yōu)點：（1）本系統(tǒng)實時性比較好、可靠性好。在當(dāng)前工業(yè)通訊領(lǐng)域中，Modbus比其他通訊方式占有更大份額，傳輸速率快、可靠性高。通過GPRS無線傳輸網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，成本較低，距離不受限制[6]。（2）人機交互界面良好和功能多樣化。用Kingview7.5SP1軟件進行界面開發(fā)能夠把數(shù)據(jù)直觀的展現(xiàn)出來；同時讓監(jiān)控系統(tǒng)具有多元化的功能，如數(shù)據(jù)處理軟件Excel軟件、數(shù)據(jù)庫有較好的兼容性，系統(tǒng)可以顯示出報警錯誤類型的功能，直觀明了。

6 結(jié)語

本次針對鄲城縣光電扶貧項目設(shè)計的光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)，主要運用DTU的GPRS無線傳輸方式和modbus協(xié)議與現(xiàn)場設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸，運用組態(tài)王7.5SP1軟件實現(xiàn)光伏發(fā)電站監(jiān)控界面的開發(fā)。本系統(tǒng)具有容易組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸距離遠、傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定和響應(yīng)速度快等特點。在光伏發(fā)電大量推行的今天，使得光伏發(fā)電站的自動化水平明顯提高，能夠隨時知道發(fā)電站內(nèi)的運行情況，具有良好的經(jīng)濟效益。