光伏发电无线远程监控系统设计

【摘要】近年来,各国加大了对太阳能研究的投入,使太阳能光伏发电技术得到了广泛应用和飞速发展。文章分别介绍了无线数传电台和GPRS技术对光伏电站的远程监控设计。
【关键词】光伏发电远程监控系统设计
随着科学技术的飞速发展，远程监控技术也渐渐融入了当今最先进的IT技术、通信技术、自动控制技术，使远程监控技术的应用范围更广、数据传输量更大、智能化程度更高、系统的可靠性更好。这里分别基于无线数传电台和GPRS技术对光伏电站的远程监控提出两套新的方案。

一、基于无线数传电台的光伏电站远程监控系统的设计

目前，我国的绝大多数光伏电站系统是解决无电地区广大农牧民生活用电和微波中继站等供电的重要方式，所以光伏电站往往地处边远，周围环境恶劣，单纯采用有线控制的方式虽能达到预期目的，但实现起来显得比较困难，相对而言，采用无线数字传输技术具有无需通信电缆，不受应用环境限制、组态灵活、重构性强等优点。因此，采用无线数传电台和电话网络相结合的技术，提出了一种新的远程监控方案。

1、系统组成和主要功能

本系统结构按分布式结构设计，可实现对多个电站的实时监控。系统由光伏电站单片机控制系统、近端PC机通信控制系统和远端PC机通信控制系统三部分组成。其中远端PC机通过拨号的方式发送查询光伏电站运行参数命令给近端PC机，近端PC机接受到命令后通过无线数传电台转发命令给光伏电站的单片机监控系统，监控系统接受到命令后将存储器中的数据回送给近端PC机，近端PC机接受并保存数据至数据库，同时把数据以串口通讯的方式发送给远端PC机，远端PC机接受并保存数据。远端PC机和近端PC机均可以对接受的电站运行数据实时显示、打印，做下一步处理。同样，可以发送指令改变电站的运行参数来达到远程监控的目的。其中，pc机的软件设计采用vc

6.0来实现。

2、光伏电站单片机控制系统的设计

控制系统的硬件核心采用性价比高、使用方便的89C51单片机。状态监测电路完成对光伏电站运行状态参数的采集，如蓄电池电压、蓄电池温度、充电电流、环

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境温度、风速、光强等。考虑到数据量较大，因而外扩了数据存储器，以保存运行参数并做进一步的处理。执行机构主要以逐路切换的模式完成充放电控制。电源可由光伏电站提供，经过电源模块变压、滤波等必要的处理后，转换为仪表各部分所需的稳定电压。由于现场的电磁干扰较大，为了保证系统的正常运行，采用软硬相结合的“看门狗”电路。

3、无线数传电台

数传电台是数字式无线数据传输电台的简称，是指借助DSP技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。数传电台适用于各类点对点、一点对多点的无线遥控遥测系统，即数据采集与监视控制系统，如城市防空报警控制、铁路信号监控、电力负荷监控、配网自动化、水文水情测报、自来水管网监测、城市路灯监控、铁路供水集中控制、输油供气管网监测、GPS定位系统、远程抄表、电子吊秤、自动报靶、地震汉(报、防火防盗、污水处理、环境监测等工业自动化系统，在工业自动化领域有着非常广泛的应用。相比有线通信，用无线数传电台实现数据传输的优点表现在以下几个方面:
(1)成本低廉有线通信方式的建立必须架设电缆，或挖掘电缆沟，因此需要大量的人力和物力;而用无线数传电台建立专用无线数据传输方式则无需架设电缆或挖掘电缆沟，只需要在每个终端连接无线数传电台和架设适当高度的天线就可以了。相比之下用无线数传模块建立专用无线数据传输方式，节省了人力物力，投资是相当节省的。
(2)建设工程周期短当要把相距数公里到数十公里距离的远程站点相互连接通讯的时候，采用有线的方式，必须架设长距离的电缆或者挖掘漫长的电缆沟，这个工程周期可能就需要数个月的时间，而用数传模块建立专用无线数据传输的方式，只需要架设适当高度的天线，工程周期只需要几天或者几周就可以，相比之下，无线的方式可以迅速组建起通信链路，工程周期大大缩短。
(3)适应性好有线通讯的局限性太大，在遇到一些特殊的应用环境，比如遇到山地、湖泊、林区等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境的时候，将对有线网络的布线工程有着极强的制约力，而用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将不受这些限制，所以说用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将比有线通讯有更好的更广泛的适应性，几乎不受地理环境限制。
(4)扩展性好在用户组建好一个通讯网络之后，常常因为系统的需要增加新的设备。如果采用有线的方式，需要重新布线，施工比较麻烦，而且还有可能破坏原来的通讯线路，但是如果采用无线数传电台建立专用无线数据传输方式，只需将新增设备与无线数传电台相连接就可以实现系统的扩充了，相比之下有更好的扩展性。
(5)设备维护上更容易实现有线通讯链路的维护需沿线路检查，出现故障时，一般很难及时找出故障点，而采用无线数传模块建立专用无线数据传输方式只需维护数传模块，出现故障时则能快速找出原因，恢复线路正常运行。

二、基于GPRS的光伏电站远程监控系统的设计

GPRS是通用分组无线业务((General Packet Radio service)的英文简称，是在现有G系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为G5用户提供分组形式的数据业务。GPR}允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。这些特点使GPRS技术能很好地满足光伏电站远程监控系统的设计需求，大大节省了人力、物力，对太阳能光伏发电技术的进一步推广和应用有重大的意义。

1、系统组成和主要功能

本系统结构按分布式结构设计，可实现对多个电站的实时监控。系统主要由光伏电站单片机控制系统、CPRS无线通信网络和远程监控计算机三部分组成。GPRS无线通信网络是远程监控中心与各个光伏电站单片机控制现场之间进行数据传输的桥梁，通过GPRS网络使现场的运行参数和状态能够实时传送到监控中心计算机。监控中心软件一方面通过GPRS网络与现场进行双向沟通，并与数据库连接对数据存储:另一方面为用户提供一个可视化界面，让用户能够直观地了解电站的运行情况并实施远程控制。通过Internet网络，网络用户经授权后可以查看电站的运行资料。

2、GPRS网络

GPRS是采用分组数据传输的G核心网的增强。它可以高效地利用现有无线电频谱，使用户获得的接入带宽比通过标准连接获得的带宽更大。GPRS无线网络是使用最广的能够解决移动通信和IP技术结合的技术方案，它可以充分利用现有G网络，使运营商在G全国范围内推出移动分组数据业务。GPRS的推出即是推动移动通信网上数据业务发展的重要环节，也为太阳能光伏电站远程监控系统提供了一个优越的数据传输方式。

3、GPRS无线模块

在该系统设计中我们可以选用Sony ricssoo公司生产的新一代GPRS模块GR47，它不仅能够提供G语音、数据传输功能，还提供了GPRS数据传输功能。

4、监控中心

监控中心通过电信部门的ADSL宽带进入Internet网络，并且通过ISP怎么写作商绑定一个固定的真实IP地址，从而给每一个GPRS终端用户提供一个动态的IP地址，移动公司通过专用接口把GPRS网络和Tnternet网络连接起来，从而实现与光伏电站系统的远程通信。设计时，以Windows系统为操作平台，我们利用VC++6.0并结合GPRS厂商提供的工具包开发监控中心的GARS数据接收和处理软件。监控中心首先把接收到的电站运行数据存入数据库，对所需数据自动形成各种报表，报表可以打印，同时还可以以曲线等直观的形式实时显示，系统具有完善的数据统计、分析、管理功能。监控中心还提供了友好的人机界面，界面包含了参数实时显示，通信设置，实时曲线绘制，历史数据查询、打印，参数设置等多项功能，让用户更加直观、方便、快捷地了解电站的运行情况。另外，当电站运行出现故障或监测量超限时，能弹出告警窗口，可进行告警确认，并保存记录。
结束语
结合目前先进的通信技术，本章提出两种新的光伏电站远程监控的方案，即分别基于无线电台和GPRS技术对光伏电站远程监控系统作了设计，重点介绍了系统的整体设计和无线数传电台及GPRS技术的优势。
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