太阳能电站监控系统的组成及无线通信在其的应用

1 现状及需求分析

在当前全球能源紧张，价格飞涨的情况下，许多国家采取优惠的政策鼓励太阳能技术的开发和应用。太阳能供电技术作为一种高新技术，最早应用于航空探险等高端应用场合，随着各国的推动，太阳能供电技术也得到了日新月异的发展，太阳能发电和太阳能供电技术日益走进民用应用的场合。在森林、道路、河流、山川等通信或音视频电子设备应用场合，主要采取电网供电和电池供电方式，电池供电往往只能解决临时的需要，不能作为长期的供电电源；而采取电网供电。而太阳供电系统工作时无需水、油、汽、燃料，只要有光就能发电的特点，是清洁、无污染的可再生能源，而且安装维护简单，使用寿命长，可以实现无人值守，倍受人们的青睐，是新能源的领头羊。近年来，太阳能的应用在全球越来越广泛，特别是在野外领域，太阳能电源系统正逐步取代一些传统的电源设备，得到越来越普遍的应用。

2 系统组成

太阳能电站监控系统结构如图1所示，太阳能电站远程监控系统主要由三个部分组成：

（1）现场监控部分：安装在太阳能电站的控制柜内。现场监控能够对太阳能电站的运行状态进行监控，并初步处理采样的数据。同时现场监控还负责将数据传输给数据传输部分。

（2）数据传输部分：将发电站的各种运行数据发送到远程监控中心部分的服务器。

（3）监控中心部分：根据实际需要分布在不同地点的远程监控服务器，该中心目前一般通过光纤或ADSL拨号等通信方式接入互联网。

2.1 现场监控部分

EPC的全称是Electronic Product Code,中文称为产品电子代码。EPC的载体是RFID电子标签，并借助互联网来实现信息的传递。EPC旨在为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯，从而有效提高供应链管理水平、降低物流成本。EPC是一个完整的、复杂的、综合的系统。

板载2路CAN总线控制器、1路10/100 M自适应以太网适配器、3路RS-232串口，2路RS-485接口，支持TFT/STN液晶屏显示，并具有VGA显示器接口及LVDS液晶接口。EPC系列工控机主板可在-40 ℃~+85 ℃宽温度范围内稳定工作，满足工业级产品的各种应用需求。

借助于EPC系列工控主板来采集太阳能电站运行状态参数，如：太阳能电池开路电压、日照度、 蓄电池电压、充电电流、负载电流、蓄电池温度等。EPC系列工控主板将采集到的运行状态参数按照一定的格式进行组织，然后传送到数据传输部分。

2.2 数据传输部分

根据目前的实际情况，本监控系统中的数据传输设备采用的GPRS通信模块是广州致远电子有限公司出品的ZWG-21A无线数据传输设备。

该设备提供全透明串行数据通道，可以方便地实现远程、无线、网络化的通信方式。可在工业级温度范围（-15 ℃~+60 ℃）内稳定工作，可应用于各种行业。ZWG-21A外观如图3所示。

ZWG-21A具有以下特性：

· 大缓存区设计（200 KB），采用动态划分技术，提高缓存区使用效率；

· 最多可缓存3 100帧数据（每帧64 B），适合小数据帧快速连续传输；

· 每帧最长可设置为1 460 B长度（收发各缓存70帧），适合大数据量连续传输；

· 使用工业级GPRS模块，内嵌可靠协议栈；

· 数据全透明传输，用户无需了解复杂的TCP/IP、PPP等协议；

· 支持数据中心动态域名或IP地址访问；

· 支持备用数据中心；

· 支持APN虚拟专网业务；

· 支持数据中心虚拟串口功能，无缝衔接现有上位机软件；

· 支持断线自动重连功能；

· 具有连接时机可控功能，节约流量；

· 支持本地和远程图形化界面配置与维护；

· 支持短信息配置与维护；

· 支持串口配置和USB接口配置；

· 支持本地和远程固件升级；

· 多重软硬件可靠设计，复合式看门狗技术，使设备安全运行。

ZWG-21A与EPC系列工控主板通过RS-232C方式进行通信。ZWG-21A将EPC系列工控主板采集到的太阳能电站运行的各种参数传送到远程监控中心，同时将监控中心下发的各种指令传送到EPC工控主板，完成对太阳能电站运行状态的控制。

2.3 远程监控中心

2.3.1 接入方式

远程监控中心的作用是接收处理各个太阳能电站的运行数据，监控其运行状态，保存其运行数据。远程监控中心必须接入Internet网络才能够作为服务器接收各个太阳能电站的运行数据。

远程监控中心接入方式有以下两种可以选择：

（1）ADSL的上行和下行带宽不对称，因此称为非对称数字用户线环路。它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。ADSL接入技术的速率可达到上行1 Mb/s/下行8 Mb/s,速度非常快；

（2）光纤连接上网。光纤接入网是指接入网中传输媒介为光纤的接入网。光纤接入网从技术上可分为两大类：有源光网络和无源光网络。有源光网络又可分为基于SDH的AON和基于PDH的AON;无源光网络可分为窄带PON和宽带PON.光纤接入主要适用于商业集团用户和智能化小区局域网。

2.3.2 软件功能

远程监控中心应该支持常见OPC通信方式以及动态库DLL通信方式。

远程监控中心应该能够处理显示以下各种参数：气象参数、开路电压、日照度参数、电网参数、电网故障、工作过程中发生的故障等。

远程监控管理中心要能够进行技术分析，为管理层、技术部门、维护部门等不同用户提供有针对性的报表，方便进行管理。

远程监控管理中心还可以架设网站服务系统。网站服务系统从数据库服务器获得数据，从而提供各电站的运行数据，显示各电站数据及曲线显示、打印等服务。各级管理人员通过Web上网的方式就可以查看电站的运行状态。

2.3.3 设备配置

监控中心开始运行后，就可以接受来自ZWG-21A连接了。首先使用"DTU配置工具"修改ZWG-21A的默认配置，将数据中心主站域名或者IP地址设置为监控中心的域名或者IP地址，将数据中心主站端口号设置为监控中心所监听的端口号，连接模式选择为"建立TCP连接",设置完毕之后，ZWG-21A就能够主动连接监控中心，建立TCP连接。如图4就是监控系统运行的一种可能情况，请注意图中目标IP地址和目标PORT与服务器软件的对应关系。

太阳能发电技术是一种绿色无污染的可再生能源，该技术的发展对于解决我们当前遇到的石化污染、能源危机等问题是一种从根本上的解决之道。本文在太阳能发电技术的监控层面做了一些有益的研究。