光伏电站电力监控系统的设计与研究
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摘要：对光伏电站电力监控系统进行设计研究，以装载MCGS组态软件的PC通信完成电站内各项参数的采集、显示和控制，通过读取、校验、传输等多重程序保障了显示数据的准确性，从而确保光伏电站发电系统的安全运行。
关键词：光伏电站；监控系统；设计
随着全球气候变化和能源的短缺，太阳能资源越来越受到投资者的追捧。作为最清洁、安全和可靠的能源，发达国家已把太阳能的开发利用作为能源革命的主要内容和长期规划，光伏产业日益成为国际上继IT、微电子产业之后又一热门行业。2006年，全球250万千瓦的太阳能电池产量中，我国占据37万千瓦，超出美国，成为继日本、德国之后的世界第三大太阳能电池生产国。太阳能光伏电站与公共电网相连接成并网光伏电站共同承担着社会的供电任务，由太阳能电池方阵、系统控制器和并网逆变器等组成，是当前电力工业组成部分的重要发展方向。但太阳能电站因其占地面积大等在日常运作中数据对系统的管理、设备的维护等方面还存在着一些不便和困难。本文通过对光伏电站监控系统设计与研究的分析，实施将多个光伏电站系统的各电力流和电压信号在一个现场监控中心显示屏内集中显示，便于各部门进行信息共享。
1 光伏电站监控系统建模
2 监控系统总体设计
光伏电站电力监控系统以PC和组态MCGS构成。由MCGS服务器完成并接收上位机中的各项数据，其他PC由以太网与MCGS连接，通过标准的IE浏览器即可查看数据，由此实现光伏电站的无人值守或在异地进行数据查看，或由上位机发送数据以实现各部分共享，进行远端控制中心的实时监控。
2.1 硬件设计
由于传感器精度、响应速度等对电站监控系统的影响较大，加之测量参数种类繁多，所以要根据不同的测量参数选择不同的传感器，经调理电路送至A/D输入端口。
①设计电流传感器以测量25A的额定电流为标准。电压传感器适用于测量电压10~500V、副边额定输出电流为25mA。在实际应用过程中，测量出电压传感器电阻上的电压，乘以转换系数，即可计算出原边上电压数值。这两种传感器模块优越的电性能具备了传统互感器和分流器检测的所有优点，又弥补了互感器和分流器的不足之处，可同时检测交流和直流，或瞬态锋值，成为互感器和分流器的最佳替代品。
②风速传感器宜选用抗紫外线的塑质材料制作的风杯，因其重量小、惯性低和起动扭矩小的优点，能真实反应风速信息；其高密度的截光盘更适于高精度的测量，能提高脉冲输出的频率值。
③温度传感器的设计着重于具有：体积小、内部无空气隙，热惯性小，无测量滞后；机械性能较好、耐振且抗冲击；能弯曲和便于安装的使用寿命较长的优点。在工作过程中，与温度变送器配套输出4~20mA或1~5VDC。
④光照强度传感器的选择应适于室内外安装，通过现场开关选择，按其测量范围的多个分段，含10~2000/4000/10000Lux，输出的电压为0~10VDC。
2.2 软件设计
2.2.1 MCGS
MCGS作为强大实用的工控组态软件，对现场数据进行采集处理，采用动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供出解决工程问题的方案，其具有简单灵活的可视化操作界面，实时性强，并有着较好的并行处理性能，广泛应用于自动化领域。据使用场合的不同，MCGS分为通用版、嵌入版和网络版。通用版组态软件主要适用于对实时性要求不高的监测系统中，用以监测和数据后台处理，如动画显示等；嵌入版以触摸屏为载体，分散在各现场使用，集成人机交互界面，专门进行实时控制，常用于实时性较高的控制系统中；相比之下，网络版则要注重于数据共享，用户可通过标准的IE浏览器安装MCGS网络版服务器，使信息的收集更集中，达到更多部门的分享。
2.2.2 通信协议设计
通信规约信息帧由地址码、功能码、数据区和错误校验码组成，各字节数据的定义和设计如下：
地址码是通信传送的第一个字节，表示出由用户设定的地址码从机会接收到由主机发送过来的信息。因每个从机具有相应的唯一的地址码，响应回送均以各自的地址码开始，主机发送的地址码表明了将发送到的从机地址，而从机发送的地址码又表明了回送的从机地址码。设计原理为在一条总线上与多个并网发电系统通信。
功能码是通信传送的第二个字节，主要用以读写指令。作为从机响应，从机发送出的功能码与职级发送来的功能码一致时，表明从机已响应主机并开始进行操作。
根据不同的功能码设定出不同的数据区，可以是实际数值、设置点，或者为主机发送至从机及从机发送至主机的地址。
2.2.3 软件流程设计
在软件流程的设计上主要表现为对其串口进行的初始化并开中断。串口接收缓冲区的数据时，要先判断出数据是否为其地址码，若不是，需继续等待中断到来；若是，要先验证后面的命令是否符合要求，并对收到的数据进行校验，校验不符，则继续等待中断，校验正确，下一步要对命令进行解析，根据命令操作分析出是读数据还是写配置信息。如为读数据应启动数据缓冲区进行刷新，等主芯片将新的数据经采样计算后写入缓冲区，让下一次主机读取，然后对主机作出相应回应，经串口将MCGS所需数据发送至主机，完成数据的传送和传送配置成功的信息，回应完毕，应循环此项程序；而写配置信息后，即可改变执行参数，如采样点数等。
3 控制界面的设计与研究
光伏电站监控系统的变量参数是通过输入和输出两个界面来实现的，包括电站公共参数的显示、下位机信息配置和各逆变器运行参数的显示，均体现出监控系统中各个参数的监控，是现场及远程监控共享的界面，不同的是，现场监控中心PC的MCGS版本为通用版而后者为网络版。
4 结语
太阳能作为21世纪能源发展方向，是人类取之不尽、用之不竭的永久性能源，对光伏发电监测系统的设计与研究的探讨及实施可以确保太阳能光伏发电系统更可靠、更稳定的运行，以装载MCGS组态软件的PC通信完成电站内各项参数的采集、显示和控制，通过读取、校验、传输等多重程序保障了显示数据的准确性，从而确保光伏电站发电系统的安全运行，更好实现对发展太阳能开发利用的服务。
参考文献
[1] 赵争鸣，刘建政，孙晓璞等. 太阳能光伏发电及其应用[M]. 北京：科学出版社，2006
[2] 张筱文，郑建勇. 光伏电站监控系统的设计[J]. 电工电气，2010，（9）
[3] 左迎红. 光伏电站电力监控系统设计与选型方案. 中国化工仪器网，2010，12，08
第一作者：冯江涛（1976-），男，汉族，河南省长垣县人，大专学历，助理工程师，从事电气维修，光伏电站系统设计研究。
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