本實(shí)用新型涉及的是一種光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光伏電站監(jiān)控技術(shù)是一個太陽能光伏電站穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵方面，投入運(yùn)營后電站的維護(hù)和監(jiān)控是電站方案設(shè)計的必要考慮因素，對電站未來的收益增長、資產(chǎn)評估以及風(fēng)險控制等方面有著重要的意義。伴隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，相應(yīng)地，作為光伏電站的重要組成部分，雖然光伏監(jiān)控系統(tǒng)不論在技術(shù)上還是功能上都愈加成熟，但是仍存在以下問題：
（1） 普通的8 位單片機(jī)性能較低，其指令運(yùn)行速度也相對較慢慢，可擴(kuò)展性差、不利于系統(tǒng)的模塊化設(shè)計。（2） 監(jiān)控系統(tǒng)采用的AD 轉(zhuǎn)換芯片通常是8 位的AD0809 等，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度比較低，導(dǎo)致測量誤差大，后期數(shù)據(jù)分析的誤差也大，這將影響工作人員對光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的分析與判斷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了上述問題，本實(shí)用新型提出了一種光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，用于提高通用性、且易于操作。
該光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)主要包括上位機(jī)和下位機(jī)，下位機(jī)包括光伏電壓監(jiān)測模塊、光伏電流監(jiān)測模塊、交流電壓監(jiān)測模塊、交流電流監(jiān)測模塊、環(huán)境溫度監(jiān)測模塊和輻照度監(jiān)測模塊，上位機(jī)包括上位機(jī)操作平臺，控制芯片和RS485通信模塊，所述下位機(jī)中各監(jiān)測模塊將采集到的物理量以數(shù)據(jù)的形式通過總線方式發(fā)送到上位機(jī)中的控制芯片，控制機(jī)芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過RS485通信模塊與上位機(jī)操作平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與實(shí)時通訊。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1為根據(jù)實(shí)用新型的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為了更好的理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型提供的實(shí)施例。
3kW 光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)主要包括上位機(jī)和下位機(jī)兩大模塊。下位機(jī)模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測光伏電壓、光伏電流、逆變器輸出電壓、逆變器輸出電流、環(huán)境溫度、輻照度等相關(guān)參數(shù)，并將采集到的物理量以數(shù)據(jù)的形式通過總線方式發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)主要功能為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測參數(shù)的實(shí)時顯示、處理相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及與下位機(jī)之間進(jìn)行相互通信和控制。上位機(jī)與下位機(jī)之間采用RS485 總線轉(zhuǎn)RS232 總線的串口通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與實(shí)時通訊。
當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到光伏電壓過高，即逆變器的輸入電壓值超出一定的額定范圍時，光伏電站相關(guān)工作人員根據(jù)實(shí)際情況可以按下上位機(jī)操作平臺上的停止按鈕來切斷光伏逆變器與光伏電壓之間的連接，實(shí)現(xiàn)對光伏逆變器的保護(hù)作用，最終達(dá)到了系統(tǒng)的控制目的。
上位機(jī)中控制芯片采用STM32F100C8T6型芯片，其擁有12 位的A/D 轉(zhuǎn)換器，一共16 個通路，電壓轉(zhuǎn)換范圍為0～3.6V。不論是在處理速率、運(yùn)行功耗與穩(wěn)定性等性能方面，還是在可擴(kuò)展性、應(yīng)用范圍等功能方面都要優(yōu)于普通的單片機(jī)芯片。一般情況下，普通的8 位單片機(jī)最高轉(zhuǎn)換速率只可以達(dá)到10us 左右，但STM32F100C8T6 的最高轉(zhuǎn)換速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于前者，基本可以達(dá)到1.2us 左右，而且其運(yùn)行頻率最高可達(dá)24MHz，這一數(shù)值也要優(yōu)于普通單片機(jī)的21MHz 最高外界晶振頻率。在本實(shí)用新型中需要對3kW 光伏逆變器的交流電壓和交流電流進(jìn)行采樣檢測，這就要求系統(tǒng)的A/D 采樣率保持在一個較高水平，而哈佛結(jié)構(gòu)的STM32F100C8T6 正好可以滿足這一技術(shù)要求，DMA 使其同時具備高速度與高效率的A/D 采樣能力。
在光伏電流監(jiān)測電路中，根據(jù)大量的實(shí)際工程案例，如果直流電流較小（通常指1A 以下的小電流），此時通常會利用采樣電阻把電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。如果直流電流較大時（通常指大于1A 的電流）一般有兩種測量方式可以得到目標(biāo)電流的數(shù)值大小。第一種方式是利用霍爾電流傳感器把原始的較大電流轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的小電流信號后再進(jìn)行檢測。另一種方式是利用更為便宜的分流器把大電流按照一定的比例進(jìn)行縮小后再進(jìn)行測量，但是用這種方法對電流進(jìn)行測量存在著精度不高的缺點(diǎn)，因此更適合于對測量精度要求較低的場合。本系統(tǒng)需要監(jiān)控的光伏電流即為3kW 光伏逆變器的輸入電流，是由非晶硅太陽能電池板產(chǎn)生的直流電流，最大值約為15A。所以利用采樣電阻的方式顯然不符合實(shí)際要求，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測要求綜合分析后，本實(shí)用新型采用霍爾電流傳感器的方式監(jiān)測光伏電流。
在光伏電壓監(jiān)測電路中，通常情況下，當(dāng)直流電壓較小時會直接采用在分壓電阻后面接運(yùn)放的方式對直流電壓進(jìn)行測量。如果直流電壓較大則常常使用霍爾電壓傳感器進(jìn)行測量。本系統(tǒng)需要監(jiān)控的光伏電壓即為3kW 光伏逆變器的直流輸入電壓，最大值約550V，對于這樣幾百伏直流高壓的測量采用分壓電阻的方式顯然不符合實(shí)際情況，綜合分析，采用霍爾電壓傳感器是比較理想的測量方案，而且可以同時滿足精確性與經(jīng)濟(jì)性的要求。
交流電流監(jiān)測電路中，本系統(tǒng)需要監(jiān)控的交流電流即為3kW 光伏逆變器的輸出電流，頻率為50Hz，最大值約為15A。一般情況下對于較大的交流電流通常有兩種測量方式可以得到目標(biāo)電流的數(shù)值大小。第一種方式是利用霍爾電流傳感器把原始的大電流按照一定比例縮小為相應(yīng)的小電流后再進(jìn)行檢測。另一種方式是利用電流互感器把原始大電流按照一定比例縮小為相應(yīng)的小電流進(jìn)行測量。由于在交流電流的檢測方面電流互感器與霍爾電流傳感器相比在價格上更有優(yōu)勢，而且精度也比較高，完全滿足本系統(tǒng)的設(shè)計需求，所以本實(shí)用新型選擇采用電流互感器的方式。
在交流電壓監(jiān)測電路中，本系統(tǒng)需要監(jiān)控的交流電壓即為3kW 光伏逆變器的輸出電壓，在本系統(tǒng)中也就是光伏電站的并網(wǎng)電壓，理論值為220V，頻率為50Hz。和逆變器輸出的交流電流類似，一般情況下對于這么大的交流電壓通常也有兩種測量方式可以測得目標(biāo)電壓的數(shù)值大小。第一種方式是利用霍爾電壓傳感器把原始的高電壓按照一定比例縮小為相應(yīng)的低電壓后再進(jìn)行檢測。另一種方式是利用電壓互感器把原始高壓按照一定比例縮小為相應(yīng)的低壓進(jìn)行測量。同樣地，經(jīng)過綜合分析，在完全滿足測量精度的前提下，由于在交流電壓的檢測方面電壓互感器與霍爾電壓傳感器相比在價格上更具備優(yōu)勢，所以本實(shí)用新型選擇采用電壓互感器的方式對并網(wǎng)電壓進(jìn)行監(jiān)測。
該太陽能光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)通用性較強(qiáng)、性價比較高且易于操作。并且可以對光伏電站的運(yùn)行性能和運(yùn)行效率進(jìn)行評估，在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)和優(yōu)化光伏電站的設(shè)計，可以為建設(shè)更大容量的光伏電站提供數(shù)據(jù)支持。