殷宇帆

摘 要：文章針對(duì)目前分布式小型光伏電站監(jiān)管不力，易發(fā)生安全事故的情況，提出了一種光伏組件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)無線采集單元實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏組件輸出電壓、電流、背板溫度的采集，再通過433 MHz低功耗無線傳輸至匯聚網(wǎng)關(guān)匯總后上傳至數(shù)據(jù)庫。平臺(tái)可以通過對(duì)數(shù)據(jù)庫內(nèi)信息的分析挖掘，實(shí)現(xiàn)異常報(bào)警，提高了分布式小型光伏電站的安全性。

關(guān)鍵詞：光伏組件；數(shù)據(jù)采集；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

隨著光伏發(fā)電技術(shù)的越發(fā)成熟，在國(guó)家政策對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的大力支持下，分布式小型光伏電站在工廠、家庭中的應(yīng)用越來越普及[1]。但是這些分布式小型光伏電站很多都沒有大型光伏電站專業(yè)的監(jiān)控維護(hù)措施，因此，針對(duì)其重要組成部分光伏組件，本文設(shè)計(jì)了一套光伏組件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏組件輸出以及背板溫度的監(jiān)測(cè)，并通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的挖掘分析尋找異常點(diǎn)，提高分布式小型光伏電站的安全性。

1 光伏組件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體框架

光伏組件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由無線采集單元、匯聚網(wǎng)關(guān)單元、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元、智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)組成。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

無線采集單元安裝于光伏組件背板接線盒內(nèi)，將采集到的電壓、電流、背板溫度通過433 MHz無線發(fā)送至匯聚網(wǎng)關(guān)單元，匯聚網(wǎng)關(guān)單元將接收到的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫，服務(wù)器通過對(duì)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息進(jìn)行匯總、異常分析等，然后通過光伏組件監(jiān)測(cè)平臺(tái)展示。

2 無線采集單元設(shè)計(jì)

無線采集單元的主控選擇的是stm32F103系列的stm32F103RBT6，低功耗無線采用了SI4463芯片的433 MHz無線模塊，其出色的傳輸距離、較低的功耗、較強(qiáng)的繞射能力讓它在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 光伏組件數(shù)據(jù)采集端設(shè)計(jì)

光伏組件數(shù)據(jù)采集端的電路如圖2所示。其中電壓的采集通過對(duì)光伏組件輸出電壓進(jìn)行分壓，然后通過stm32自帶的AD進(jìn)行采樣；電流的采集則需要用到低功耗電流感測(cè)放大器（Max44284F），通過對(duì)線路中接入的小阻值電壓進(jìn)行采樣放大，計(jì)算出線路中的電流；溫度采集采用常用的DS18B20采集，有著體積小，精度高，無需外圍電路、封裝形式多樣的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 433 MHz無線模塊接口電路設(shè)計(jì)

433 MHz無線模塊接口電路如圖3所示。

2.3 主控電路設(shè)計(jì)

主控部分采用常規(guī)stm32最小系統(tǒng)，需要注意的是為了提高其AD的精度，需要增加外置晶振。

3 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫內(nèi)主要存儲(chǔ)光伏組件的信息包括編號(hào)、輸出電壓、輸出電流、背板溫度、時(shí)間、異常標(biāo)識(shí)、當(dāng)日發(fā)電總量等如圖4所示；用戶的管理信息包括賬戶密碼，權(quán)限管理，操作記錄等，如圖5所示[2]。

4 光伏組件監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

服務(wù)器端在Linux操作系統(tǒng)下搭建開源的Apache網(wǎng)頁服務(wù)器，后臺(tái)采用Java技術(shù)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，具體如下。

用戶管理模塊：用戶管理模塊包括用戶信息管理、權(quán)限管理、操作記錄管理等。需要實(shí)現(xiàn)用戶信息的添加、更改、刪除以及操作權(quán)限的管理等。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊：用戶可以在光伏組件監(jiān)測(cè)平臺(tái)發(fā)送指令，讓下層設(shè)備上傳當(dāng)前時(shí)間的信息，若沒有具體指令下發(fā)，下層則按照既定的時(shí)間間隔上傳。

歷史數(shù)據(jù)查詢模塊：用戶可以在光伏組件監(jiān)測(cè)平臺(tái)通過直方圖、曲線圖、表格形式查詢光伏組件的歷史數(shù)據(jù)。

異常報(bào)警模塊：通過對(duì)數(shù)據(jù)庫內(nèi)同一時(shí)間點(diǎn)的光伏組件特征進(jìn)行挖掘，搜索出可能存在異常的光伏組件，并在平臺(tái)上報(bào)警提示[3]。

5 結(jié)語

本文提出了一種光伏組件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，研究了該系統(tǒng)的總體架構(gòu)，無線采集單元的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)以及平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)，對(duì)分布式小型光伏電站內(nèi)的光伏組件實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，故障報(bào)警，減少了因局部故障導(dǎo)致系統(tǒng)功率下降造成的經(jīng)濟(jì)損失，提高了其在各類應(yīng)用場(chǎng)景下的安全性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊鋒.基于直流電力線載波通信的光伏組件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[D].北京：南京郵電大學(xué)，2017.

[2]尹春雨.光伏組件故障診斷與信息管理系統(tǒng)研究[D].北京：華北電力大學(xué)（北京），2017.

[3]段家慧.光伏陣列智能監(jiān)測(cè)和故障預(yù)測(cè)方法[D].南寧：廣西大學(xué)，2018.