分布式光伏电站监控系统数据采集和传输的研究和设计

分布式光伏电站监控系统数据采集和传输的研究和设计

摘要随着全球传统能源的枯竭，以及石化能源对环境的破坏，全球各国光伏能源开发脚步日益加快，许多公共设施，如太阳能路灯，太阳能信号灯，警示灯等陆续出现。同时大型太阳能发电站等大型光伏项目也不断涌现。分布式电站如雨后春笋出现在全球各地，对于电站的监控维护也就成了平稳运行电站的关键，传统的监控耗费较多人工资源。如今市面上的监控系统还处于新产品阶段，很多产品都存在使用寿命短，故障多等缺点，对于电站的监控得不到好的保障，不能做到对电站及电网安全的保护。所以光伏监控市场还是不够完善，光伏监控产品质量还有待提高。本文研究初期的光伏监控系统，在此基础上设计更加人性化，性价比高，以及操作维护方便的光伏监控系统。该监控系统通过Internet和IOT的结合建立信息传递以及用户信息获取等一系列操作。

主要内容如下：

1）设计监控模块，制作PCB板完成模块初期制作。

2）设计监控系统的程序，建立采集器数据接收数据库。

3）通过WiFi模块经过芯片处理连接互联网实现监控器与服务器实现数据传输。

4）模拟环境使用监控系统对电站进行检测。

关键词: 分布式电站，wifi模块，光伏监控系统，数据传输程序设计

第1章绪论 1

1.1 项目的背景和意义 1

1.2 光伏监控系统的发展和现状 1

1.3 课题目标及主要内容 2

第2章分布式光伏电站理论及分布式电站监控系统的设计 3

2.1 光伏发电基础理论 3

2.2 太阳能发电系统 3

2.2.1 太阳能电池 3

2.2.2 蓄电池组 3

2.2.3 充放电控制器 4

2.2.4 逆变器 4

2.2.5 交流配电柜 4

2.3 分布式光伏电站监控系统的设计 5

第3章 Wifi模块的设计和实现 5

3.1 Wifi技术介绍 5

3.2 wifi模块 6

3.2.1 wifi模块设计原理图 6

3.2.2 HF-A11 wifi模块外观设计 6

3.2.3 HF-A11 WIFI模块PCB板设计 7

3.2.4 HF-A11 WIFI模块主要功能介绍 7

3.2.5 HF-A11 WIFI模块使用的AT+指令概述 10

3.3 HF-A11模块网络配置 11

3.4 WIFI模块接收数据 12

第4章串口通讯及逆变器通讯协议 15

4.1 串口协议 15

4.2 逆变器协议（modbus rtu通信协议） 15

4.3 串口与模拟逆变器之间通讯接口设置 22

4.4 模拟逆变器根据协议存入数据信息 23

第5章内置WIFI模块设计方案 27

5.1 设计要求 27

5.2 功能特征 27

5.3 固件设计方案 28

5.4 WIFI模块数据传输的实现 29

第6章数据库搭建及WIFI模块入库 29

6.1 SQL SERVER数据库搭建 29

6.2 WIFI模块的入库及查询 30

6.3 服数据库安全 30

第7章 WIFI模块连接逆变器测试过程及结论 33

7.1 测试环境 33

7.2 细节测试 33

7.3 测试报告 33

7.3.1 采集器数据采集测试 33

7.3.2 采集器透传测试 35

7.3.3 Server、Client端数据的读出 36

7.3.4 IP域名通讯及相互切换测试 37

7.3.5 其他功能的测试 39

7.3.6 读取逆变器数据测试报告 41

第8章结束语 43

致谢 44

参考文献 45

第一章绪论

1.1 项目的背景和意义

随着太阳能等行新能源的出现，光伏发现项目也逐渐进入人们的视野，尤其分布式光伏电站在全球分布广泛，这类电站的出现拖动了整个对于光伏监控系统产业的发展，就全国而言，有很多企业先后入足光伏产业，从无锡来看，我实习所在的无锡英臻科技有限公司也在研发大量的关于光伏监控的产品。由此可见整个太阳能发电产业对于光伏监控的需求。分布式光伏电站对于监控需求主要集中在可靠的安全保障、先进的技术、较大的性价比、符合国家的实际需求，满足电力系统的统一标准，并且考虑好日后的发展需要。

传统能源总量的不断减少，全球的目光逐渐的转移到对太阳能、核能、可燃冰等资源的开发，在众多的可新能源中，由于节能，环保，无公害，能量分布均匀太阳能得到了很大的重视。不过在尝试让太阳能走进千家万户时，科研人员也遇到了许多问题，例如太阳能电池板费用极高的弊端。其中一个解决办法就是使整个系统更加耐用，更加持久。显然大量加入监控系统，对数据分析更加具体，提高监控系统整体的管理水平对于延长电站系统尤为重要。

对于分布式电站而言，随着电站规模的不断扩大，数量不断增多，并网运行对整个电网的影响也变得不容小觑。由此可见在光伏电站中监控系统的重要性。

1.2 光伏监控系统的发展和现状

国内分布式电站的建设最初都是在比较偏远的地区，通讯系统不够完善，通用的通讯设备无法联络，这种情况下电站的数据传输，以及管理都受到了很大的限制，并且花费较大，通常使用人造卫星进行数据的传输。经过一段时间人们对于太阳能发电技术的认识，城市中出现了光伏屋顶等一系列对太阳能发电的利用，这也成为了当下城市系统对太阳能利用的典型。

光伏电站的建立起初是在上个世纪九十年代，通过不断的研究和完善达到了今天的高度。在偏远地区对于大型的光伏电站研究较多，从最初的卫星通讯到有线通讯再到今天的使用单片机技术，RS485的监控系统来实现对分布式电站的实时监控。对于监控信息的保存和也由最初的本地存储器接收发展到网络数据存储设备库保存。分布式电站的数据采集及监控技术实现了巨大进步。

国内在对太阳能光伏阵列数据采集和监控系统的研究后，许多公司致力于生产光伏监控系统的一系列产品，如我实习期所在的无锡英臻科技有限公司生产的基于GPRS，WiFi，3G以及Internet的分布式光伏电站的监控设备，用户可通过手机客户端或者通过网络观测整个电站的运行状态。

现今，在前人的研究基础上，国内对于光伏监控的应用更加广泛。

1.3 课题目标及主要内容

本课题的目标为设计及制作出一套分布式光伏电站的监控系统。前期主要使用WiFi传输技术，单片机技术（使用keil软件对硬件编程），软件编程制作模拟逆变器，后期制作过程使用Pads绘制PCB板，制作PCB板后，烧录前期制作的程序完成监控模块的制作。

论文的研究主要包括以下几个方面：

1.WiFi模块的数据采集技术与模拟逆变器数据结完成准确对接。

2.程序的设计以及对程序的检测。

3.数据库搭建及检测。

4.完成监控系统通过模拟逆变器对系统经行检测。

参考文献：

[1]朱长海.《光伏发电产业园区用水量浅析》[J],《城市建设理论研究（电子版）》,2014,430—431

[2]屈武江,《串口数据采集系统在VS2008中的设计与实现》[J],《沈阳师范大学学报（自然科学版）,2013,409—412