摘要：基于Labview圖形化編程軟件開發(fā)了一種用于光伏發(fā)電特性及周圍環(huán)境測試的實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由傳感器、變換器、FieldPoint模塊及主監(jiān)控PC組成。利用溫度、電壓、電流、輻照度等多種傳感器、變換器采集發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場的信息，輸入到FieldPoint模塊進(jìn)行信號的調(diào)理及數(shù)據(jù)采集，經(jīng)RS485總線傳輸?shù)接嬎銠C進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、處理、轉(zhuǎn)換和存儲，系統(tǒng)模塊化的特點使測試項目可以擴充。利用DataSocket通信技術(shù)和Labview遠(yuǎn)程訪問技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)本地和遠(yuǎn)程監(jiān)測的功能。該系統(tǒng)可實時同步測量光伏發(fā)電系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，存儲的數(shù)據(jù)庫信息可以為日后的科學(xué)研究提供依據(jù)，為光伏發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)與提高奠定了基礎(chǔ)。

1 引言

光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量輸出因周圍環(huán)境的變化而表現(xiàn)出較大的差異，對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測，可以獲得原始測量數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的改進(jìn)與優(yōu)化以及以后的科學(xué)研究提供有用數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)及其系統(tǒng)本身的電氣性能進(jìn)行監(jiān)測和分析是保證系統(tǒng)正常高效運行的前提。光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行一般是在無人職守的情況下進(jìn)行，對地面上很分散的光伏系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測維護是十分困難繁瑣的，需要大量的時間和人力物力，因此在光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)具有重要意義。Labview可以利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化應(yīng)用。靈活高效的軟件可以創(chuàng)建自定義的光伏監(jiān)測系統(tǒng)的用戶界面并能提供強大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，可以方便的設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲的方式[4].模塊化的硬件能方便的提供全方位的系統(tǒng)集成，另外Labview還有網(wǎng)頁發(fā)布、報告生成、數(shù)據(jù)管理以及軟件連接等功能。本文利用Labview的強大功能配合FieldPoint模塊化分布式I/O設(shè)計了一種光伏發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，并通過網(wǎng)頁發(fā)布的功能達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測的目的。

2 光伏監(jiān)測系統(tǒng)原理

圖1為光伏數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的原理框圖。用電流、電壓、溫度、風(fēng)速等傳感器感應(yīng)光伏發(fā)電系統(tǒng)及周圍環(huán)境的信息，生成可測量的電信號。由于傳感器得到的信號可能會很微弱或者含有大量噪聲，需通過信號調(diào)理裝置進(jìn)行放大、衰減、隔離、多路復(fù)用、濾波等操作。通過調(diào)理后的信號就可以與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接了。監(jiān)測系統(tǒng)采用工業(yè)RS485總線實現(xiàn)下位機與監(jiān)控主PC之間的通訊。RS485總線最大的通信距離約為1219m,最大傳輸速率為10Mb/S,傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下可達(dá)到最大的通信距離，加中繼器以后可以達(dá)到更大的傳輸距離。Labview軟件及其配套的DAQ（Data Acquisition）驅(qū)動程序與數(shù)據(jù)采集硬件形成了一套完整的數(shù)據(jù)采集、分析和顯示系統(tǒng)。同時Labview軟件還能夠完成數(shù)據(jù)存儲任務(wù)，以便為以后的科學(xué)研究提供可靠數(shù)據(jù)。通過軟件中的Web發(fā)布工具，可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時登入監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測。

圖1 光伏數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖

3.1 傳感器和變換器

光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)需要從現(xiàn)場獲取的信息主要包括：①光伏方陣運行時的直流電流值、電壓值、功率值，以及經(jīng)過功率調(diào)節(jié)器以后的蓄電池充電參數(shù)。②采集風(fēng)速值、光伏組件表面和周圍環(huán)境的溫度以及太陽的輻照度。③通過一定時期內(nèi)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行累計發(fā)電量、平均溫度、平均輻照度等數(shù)值的計算。

采用與以上信息相對應(yīng)的傳感器和變換器對數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，溫度傳感器采用精密鉑電阻溫度傳感器PT100,該傳感器按照IEC751國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和制作，利用鉑電阻在溫度發(fā)生變化時其電阻值也發(fā)生變化的特性來測量溫度，傳感器元件由鉑絲燒制，穩(wěn)定性高，測量范圍廣，利用兩個溫度傳感器可以分別對光伏組件表面溫度和環(huán)境溫度進(jìn)行測量，將被測溫度轉(zhuǎn)換成（4~20）mA DC二線制標(biāo)準(zhǔn)信號而遠(yuǎn)程發(fā)送。電壓的測量采用四通牌ST-A系列的STCV-800電壓傳感器，該系列傳感器廣泛用于電力系統(tǒng)的監(jiān)測，電壓測試范圍分別為0~1200V.直流電流的測量選用武漢儀表公司生產(chǎn)的HD系列高精度直流大電流傳感器。其工作原理如圖2所示。

圖2 電流傳感器原理圖

采用磁性比較方法，M為高導(dǎo)磁率材料鐵芯，、為比例繞組，、分別提供給、直流電流。得到的直流磁勢分別為， ,由于兩個磁勢和方向相反，當(dāng)時，即鐵芯內(nèi)合成磁通為零時，磁勢平衡方程為，且當(dāng)時，.上述說明，即使是一個數(shù)值較大的單個電流，只要有足夠的匝數(shù)，便可以用較小的與之平衡，并可用表示相應(yīng)的數(shù)值，數(shù)值較小，便于直接進(jìn)行精密測量，且為常量不受其他量的影響，因此用磁性比較方法測量直流大電流可以達(dá)到較高的精度。同樣風(fēng)速、太陽輻射量等信號的測量選用與光伏發(fā)電系統(tǒng)相配套傳感器和變換器將信號其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號才能送入數(shù)據(jù)調(diào)理單元。

3.2 信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集裝置