一 引言
獨立運行的光伏電站一般由光電池陣列、充電控制器、蓄電池組、逆變器以及交流控制器組成。其中充電控制器、逆變器、交流控制器通常具備運行數(shù)據(jù)顯示功能，能夠通過其本身的數(shù)字儀表顯示實時的光電池陣列電壓、光電池充電電流、蓄電池電壓等重要的電站運行數(shù)據(jù)。但是，由于設(shè)備本身功能的局限，此類設(shè)備不能夠?qū)﹄娬镜倪\行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、處理以及長時間的存儲。而電站日常的運行數(shù)據(jù)對于電站系統(tǒng)的管理，設(shè)備的維護(hù)，以及今后的科研分析具有重要的參考價值。鑒于此，本文介紹了一種采用工業(yè)領(lǐng)域業(yè)已成熟的組態(tài)軟件技術(shù)，分布式數(shù)據(jù)采集模式的電站數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方法與實現(xiàn)過程。
二 分布式數(shù)據(jù)采集模式
對于獨立運行的光伏電站系統(tǒng)，需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)有太陽輻射量、光電池充電電壓及電流、蓄電池電壓及溫度、逆變器輸入/輸出電壓及電流、控制室溫度等。由于采集參數(shù)的多樣性和分散性，系統(tǒng)采用了分布式數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)模式。所謂分布式數(shù)據(jù)采集，就是利用電量隔離變送器、溫度傳感器、太陽輻射測量儀等設(shè)備就近分散采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過智能數(shù)據(jù)采集模塊的RS-485串行數(shù)據(jù)總線技術(shù)將采集到的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測計算機(jī)進(jìn)行集中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理。智能數(shù)據(jù)采集模塊中設(shè)有獨立的中央處理模塊，可以在現(xiàn)場對采集的信號進(jìn)行數(shù)字濾波和簡單的數(shù)據(jù)處理，然后通過RS-485數(shù)據(jù)總線將處理后的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測計算機(jī)，監(jiān)測計算機(jī)負(fù)責(zé)將各個現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和處理。
三 系統(tǒng)硬件設(shè)計與選型
光伏電站數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)同時滿足以下幾方面的要求：采集數(shù)據(jù)的精度要達(dá)到一定要求；數(shù)據(jù)采樣率滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化的要求；數(shù)據(jù)存儲應(yīng)保證數(shù)據(jù)不丟失；現(xiàn)場顯示界面直觀、人性化；更重要的是，系統(tǒng)應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)還要求具有遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程瀏覽和訪問等功能。
目前在智能型數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)中，廣泛使用的硬件控制單元主要有：PC機(jī)（工業(yè)控制計算機(jī)就是一種典型的PC機(jī)）、單片機(jī)、可編程控制器(PLC)和DSP。從國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用來看，利用單片機(jī)、可編程控制器(PLC)和DSP開發(fā)的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的主要不足之處在于：首先，這些控制器需要重新搭建外圍電路，開發(fā)周期相對較長；其次，即使開發(fā)出一套可行的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，短時間內(nèi)與市面上比較成熟的產(chǎn)品——數(shù)據(jù)采集卡在技術(shù)上仍存在一定的差距。而且，這樣的系統(tǒng)存在一個數(shù)據(jù)保存難的問題，因此，需要定期更換存儲設(shè)備。
基于本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，采用PC機(jī)作為智能型控制單元的設(shè)計方案較其它方案具有很明顯的優(yōu)點:
1 對于現(xiàn)場維護(hù)人員，PC機(jī)的界面更直觀和人性化，這對于及時發(fā)現(xiàn)電站運行問題和調(diào)整電站運行狀態(tài)起到很好的指導(dǎo)作用。
2 使數(shù)據(jù)保存變得非常簡單，無需定期更換存儲設(shè)備。可以保存幾年、甚至幾十年的采集數(shù)據(jù)。
3 本系統(tǒng)需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通訊和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程瀏覽訪問，基于PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)便于擴(kuò)展外圍網(wǎng)絡(luò)功能。
鑒于以工業(yè)控制PC機(jī)作為數(shù)據(jù)采集與處理中心的優(yōu)點，本系統(tǒng)最終選擇了液晶觸摸屏工業(yè)控制PC機(jī)、交/直流電量隔離傳感器、溫度傳感器、DC-DC電源、智能型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊等設(shè)備組成了可靠、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
四 基于MCGS的軟件設(shè)計
電站監(jiān)測軟件系統(tǒng)是以工業(yè)控制組態(tài)軟件MCGS (Monitor and Control Generated System：監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))的嵌入版本作為平臺設(shè)計開發(fā)的。該軟件是目前國內(nèi)一款較為成熟的監(jiān)控組態(tài)軟件，它是在借鑒國際同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有較高的起點，發(fā)展速度很快，在可靠性和穩(wěn)定性方面，己接近于國際同類產(chǎn)品。MCGS可穩(wěn)定運行于Windows98/2000/XP/NT操作系統(tǒng)之上，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備。
電站監(jiān)測系統(tǒng)軟件的主要功能是數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、存儲和查詢。采集的主要參數(shù)是光伏組件及風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電參數(shù)、累計電能、逆變器的輸入輸出參數(shù)、太陽輻射強度等信號。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，加入數(shù)據(jù)庫中，以備查詢。可實時顯示現(xiàn)場的運行數(shù)據(jù)，進(jìn)入各個監(jiān)測界面，點擊功能控制鍵，可查看數(shù)據(jù)趨勢曲線、查詢歷史數(shù)據(jù)等操作，并生成數(shù)據(jù)報表。若外接打印機(jī)，可打印指定的報表。監(jiān)測軟件還設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測功能，采用上位機(jī)和下位機(jī)之間的點對點的通信方式，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。
電站監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計有以下主要功能：
1 通信管理：系統(tǒng)自動與各數(shù)據(jù)采集模塊建立通信連接，并具有通信中斷后自動重連接功能；
2 監(jiān)測功能：可以實時監(jiān)測電站的運行數(shù)據(jù)，包括太陽電池組件的電參數(shù)、累計電能、太陽輻射強度、風(fēng)速等參數(shù)；
3 繪制曲線: 可以繪制每天的太陽輻射強度曲線、風(fēng)速變化曲線、光電池發(fā)電參數(shù)曲線、逆變器的電壓一電流曲線、功率一時間曲線；
4 數(shù)據(jù)管理: 包括歷史數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、生成日報表、月報表和年度報表等；
5 密碼管理: 系統(tǒng)采用二級密碼管理，系統(tǒng)管理員擁有最高管理權(quán)。
程序界面的設(shè)計以圖象直觀，操作方便以及交互性強為原則，使用戶通過監(jiān)測程序可以準(zhǔn)確、直觀地掌握電站當(dāng)前的運行情況，同時能夠方便地查詢到電站運行的各種歷史數(shù)據(jù)。程序界面的整體結(jié)構(gòu)由主界面展開，分成若干個次級界面，每個界面均設(shè)計有跳轉(zhuǎn)鏈接，可以使用戶方便地跳轉(zhuǎn)到各個頁面。軟件開始運行后即可進(jìn)入程序主界面，主界面設(shè)計有項目中兩個電站遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的鏈接，通過鼠標(biāo)點擊可分別進(jìn)入相應(yīng)系統(tǒng)的監(jiān)測程序。
五 結(jié)論
隨著我國獨立及并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的深入研究與示范建設(shè)，必將會促進(jìn)與之相配套的電站數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。希望本文提出的基于工業(yè)控制組態(tài)軟件MCGS，采用分布式數(shù)據(jù)采集模式的光伏電站監(jiān)測系統(tǒng)，能夠為此類光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)的研究與建設(shè)提供有益的借鑒與參考。
