并网光伏电站分布式数据采集监测系统的研究

摘要：结合科技部的“大型光伏并网示范电站”研究问题，使用组态软件“组态王”作为软件的发展平台，进行集散控制的思想，研制出一套并网光伏电站分布式数据采集监测系统，系统主要以RS-485为总线骨干，使用分层分布的方式建立监测系统的现场网络。监测系统软件使用模块化的设计，有输出、变换、传输、获取数据组成。本文对监测系统的网络体系结构组成进行了研究，现报告如下。

关键词：并网光伏电站；分布式；数据采集；监测系统

Abstract: combined with the Ministry of science and technology "large-scale grid-connected photovoltaic demonstration project" research questions, using the configuration software "Kingview" as a development platform, the distributed control theory, we developed a set of grid-connected photovoltaic power plant distributed data collection and monitoring system, the system mainly by the RS-485 bus network backbone, using hierarchical distribution building monitoring system. Design of monitoring system software using modular, output, transformation, transmission, access to data. In this paper, the network system structure of the monitoring system composition were studied, report as follows now.

Keywords: grid-connected PV power station; distributed; data acquisition; monitoring system

中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：

一、光伏发电技术的现状

随着人们对能源需求的提高，开发绿色能源和可再生能源是人们可持续发展的必然趋势，而太阳能则是最优先考虑的理想开发资源。太阳能利用主要有：光化学利用、光伏利用、光热利用，光伏利用是发展最为迅速的一种。随着太阳电池研发的速度越来越快，使发电的成本逐步的下降，所以太阳能光伏发电则会得到越来越多的使用。

光伏发电主要有两种发电形式：并网发电、离网发电。离网发电主要适用在偏远的五点地区，多为村用或者是户用的小系统。随着光伏市场的变化，光伏建筑集成、并网发电逐渐的取代了离网发电的方式，使太阳能成为了可替代的能源。

并网光伏发电系统的主要工作原理为太阳电池板的表面直接接收太阳光的照射，由太阳电池阵列输出直流电，通过最大功率点的跟踪控制、并网逆变器之后变成交流电，为本地交流负载使用，将多余的电反馈给电网，实现太阳能的利用功能。主要优点有：① 和建筑物相结合，可以代替部分的建筑材料，节约成本，美观大方；② 对太阳能能量密度低的特点进行充分的利用，在用电电进行发电，使配电和传输的损耗得到降低；③ 在用电高峰期可以有效的对电网进行补充，将多余的电能反馈给电网，减轻电网的负载；④ 不用进行能源的储存，节约成本；⑤ 没有辐射，利于环保。

二、分布式数据采集监测系统的组成

1. 网络现场的构成

并网光伏电站分布式数据采集监测系统具有许多现场总线网络的特点，借鉴了许多工业现场总线的组网思想和技术，可以称为是一种不完全规范的现场总线网络。网络的组成是通讯实现的基础，计算机的信号通过网络的相互传输，和通讯的方式相互补助。PC机和智能数据采集模块使用串行通讯的方式通过RS-485总线进行数据传输。

RS-485总线主要有以下特点：① 快速；② 长距离连接；③ 网络能力；④ 成本低。

2. 分布式数据采集系统的特点

总线网络以485总线为骨干，使用485总线将分布在现场的智能采集节点和PC机为主的主机层进行连接，形成现场的测控（下位机层）。从计算机的角度出发，在用硬件上可以认为是一个由局域网将计算机多机系统进行连接，是典型的分层分布系统。主机层有成熟的网络操作系统、软件开发平台、硬件设计作为基础，很容易进行操作，下位机层主要由智能数据采集模块组成，在网络中形成了一个个的智能节点，并具有通信、信号处理、控制等作用，是一个微型且完整的计算机系统。现场总线网络的特点为：

2.1 简化网络模型

工业生产的现场有大量的执行器、控制器、传感器等，一般较为零散的分布在较大的范围中，将这些配件组成控制底层网之后，单个节点的信息量控制较不理想，信息的传输较为简单，但是具有较高的快速性、实时性要求。为了节约工业网络的成本，达到实时性，一般使用三层网络模型，即应用层、数据链路层、物理层。数据链路层主要进行差错控制和流量控制，这种网络系统具有成本低、执行协议直观、结构简单等特点，在应用中较为理想。

2.2 智能化节点

现场总线的节点为现场设备不是由普通的执行器、传感器等组成的，而是具有智能化的设备组成，可以进行数据的接收、发送、判断、处理、存储等，每个节点有具有计算机的功能，可以代替通讯网络中的计算机进行自主的通讯。

2.3 数据信号的双向传输

只有数字信号形式的信号传输才可以在一对总线上进行多个信息的传输，包括状态检测数据、地址等，实现网络的通信作用，只有具有双向传输的功能才可以进行互操作、应答、控制、检测等操作。

三、总结

将工业现场应用成熟的分布式数据采集思想和RS-485总线技术应用在并网光伏电站分布式数据采集监测系统中，就近的对现场数据进行采集，转化成数字信号进行传输，可以达到对电站的数据进行接收、发送、判断、处理、存储等要求，并且运行较为稳定，能够准确的对数据进行处理，增加了监测系统的灵活性。并网光伏电站分布式数据采集监测系统具有操作简单方便、功能丰富、成本低等特点，证明该系统的开发可以保证太阳能并网电站获得较为正确的运行数据，为优化太阳能的光伏并网技术提供了有利的发展基础。

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