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1.光伏發(fā)電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
光伏發(fā)電系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可快速采集太陽能電池、蓄電池等器件的關(guān)鍵工作參數(shù)和太陽能輻射量、環(huán)境溫度等氣象參數(shù)，并且隨時將采集的數(shù)據(jù)存入裝置內(nèi)的大容量非易失性數(shù)據(jù)存儲器，最大容量可存入十年的工作數(shù)據(jù)。根據(jù)需要，還可隨機(jī)將記錄的數(shù)據(jù)打印出來，供設(shè)計(jì)或使用部門進(jìn)行系統(tǒng)定量分析及資料存檔，為今后光伏發(fā)電系統(tǒng)更合理的設(shè)計(jì)提供寶貴的科學(xué)依據(jù)。同時經(jīng)常定期分析檢查采集的工作數(shù)據(jù)，還可及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)各部件的故障或隱患，隨時排除故障或調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，以保證太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，并可有效地延長太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作壽命。
（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)：
①蓄電池電壓：標(biāo)稱值；最大值；采集精度1%；采集周期為1分鐘。
②太陽能輻射量：最大值；采集精度1%；采集周期為1分鐘。
③環(huán)境溫度測量范圍：-20℃～+60℃；采集精度1%；采集周期為1分鐘。
④蓄電池充電電流：最大值；采集精度1%；采集周期為1分鐘。
⑤蓄電池放電電流：最大值；采集精度1%；采集周期為1分鐘。
（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能
①數(shù)據(jù)采集。每隔1分鐘將蓄電池電壓、太陽能輻射量、蓄電池充電電流、蓄電池放電電流、環(huán)境溫度等工作參數(shù)循環(huán)采集一次并暫存于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。
②數(shù)據(jù)處理和記錄。每隔1小時，采集系統(tǒng)將前60次采集的參數(shù)分別求平均值作為當(dāng)前值存入掉電不丟失數(shù)據(jù)的EEPROM中與以前存入的參數(shù)進(jìn)行比較，求得5個參數(shù)今日的最大值和最小值也存入EEPROM中。EEPROM中最多可存前98天每小時的當(dāng)前值、最大值和最小值。由于采集系統(tǒng)內(nèi)有硬時鐘芯片，所以每到月底和年底，采集系統(tǒng)自動將蓄電池充電電量、放電電量和太陽能總輻射量進(jìn)行累加統(tǒng)計(jì)并記錄，采集系統(tǒng)可記錄10年的累計(jì)值。
③顯示。采用中文點(diǎn)陣液晶顯示器，可分屏顯示：被采集的5個工作參數(shù)的當(dāng)前值，今日最大值和今日最小值。瀏覽前98天內(nèi)任意一天中的5個參數(shù)24小時的歷史記錄數(shù)據(jù)。瀏覽前10年中任意一年、任意一月的三個累計(jì)值。
④歷史數(shù)據(jù)打印。采用中文點(diǎn)陣打印機(jī)可打印任意選擇開始日期和結(jié)束日期之間6個工作參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)（每天每小時的當(dāng)前值、最大值和最小值）。
⑤硬時鐘校準(zhǔn)設(shè)置。可隨時調(diào)整當(dāng)前日期（年、月、日）和當(dāng)前時間（小時、分鐘）。
（3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能如下：
①CPU將被采集的5路工作參數(shù)經(jīng)信號處理電路處理后，輸入至對應(yīng)A/D輸入端口，由軟件程序控制定時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
②數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，如果按常規(guī)配置進(jìn)行設(shè)計(jì)，除CPU微處理器外，還需要多個不同功能的外圍器件，如地址鎖存器、EPROM、RAM、PLD等才能構(gòu)成一個實(shí)用的系統(tǒng)，這樣以來，將使整個系統(tǒng)體積變大、布線復(fù)雜。為此，在設(shè)計(jì)中可采用PSD3系列“可編程單片機(jī)通用外圍接口芯片”，可將單片機(jī)需要的多個外圍芯片集成在一個芯片內(nèi)，從而大大簡化了電路設(shè)計(jì)。
③由于需要記錄存儲98天的多個采集處理數(shù)據(jù)和10年的累計(jì)數(shù)據(jù)，信息量很大，所以配置有內(nèi)含電池的32K不掉電RAM，長期記憶系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
④設(shè)計(jì)中最大采集的蓄電池充電電流最大可達(dá)200A、放電電流最大可達(dá)300A，采集精度為1%，如采用傳統(tǒng)的分流器進(jìn)行取樣，將很難保證采集精度要求。為此，選用先進(jìn)的霍爾電流傳感器，不僅簡化了安裝工藝，還可提高采集精度和工作可靠性。
⑤數(shù)據(jù)顯示采用點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，可清晰地顯示4行標(biāo)準(zhǔn)漢字或8行ASCⅡ碼字符，該LCD顯示器內(nèi)含背光電路，使數(shù)據(jù)顯示更加清晰。當(dāng)10分鐘內(nèi)無按鍵操作時，將自動關(guān)閉背光電路，以降低采集系統(tǒng)的自身功耗。
⑥機(jī)內(nèi)配置有標(biāo)準(zhǔn)的并行打印機(jī)接口電路，外接中文點(diǎn)陣打印機(jī)，可隨機(jī)打印系統(tǒng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，供資料存檔使用。
2.光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)
光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如1所示，監(jiān)控系統(tǒng)和群控器（ClusterController）功能如下：
①光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體顯示的信息包括：日期、已發(fā)電總量、天發(fā)電量、當(dāng)前輸出功率、逆變器總量、正常工作逆變器的數(shù)量。
②光伏發(fā)電系統(tǒng)的在線數(shù)據(jù)信息包括：并網(wǎng)逆變器的型號、編號；當(dāng)前時間；并網(wǎng)逆變器輸出功率；并網(wǎng)逆變器的工作狀態(tài)；并網(wǎng)逆變器工作電壓；并網(wǎng)逆變器直流電流；并網(wǎng)逆變器交流電壓；并網(wǎng)逆變器交流電流；并網(wǎng)逆變器當(dāng)天已工作時間。
③群控器監(jiān)控并網(wǎng)逆變器每天的發(fā)電量查詢時間(年/月/日)；并網(wǎng)逆變器的型號、編號；并網(wǎng)逆變器發(fā)電量。
④群控器監(jiān)控并網(wǎng)逆變器每天時段參數(shù)記錄：時間(年/月/日)；時段(例每天中每隔30分鐘的參數(shù)大小)；并網(wǎng)逆變器的編號；并網(wǎng)逆變器的參數(shù)(直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、輸出功率、發(fā)電量)，存儲時段的參數(shù)可選擇。
⑤光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行報(bào)告包括：光伏發(fā)電系統(tǒng)報(bào)告；每臺并網(wǎng)逆變器的狀態(tài)；每臺并網(wǎng)逆變器的通信質(zhì)量報(bào)告分析(通信最大容忍錯誤次數(shù)率、通信錯誤次數(shù)、通信質(zhì)量率)；每臺并網(wǎng)逆變器的訪問報(bào)告(最大容忍的通信不上的時間、在線時間長度、下線時間長度、最近上線時間)；每臺并網(wǎng)逆變器的發(fā)電量報(bào)告(平均發(fā)電量、與平均發(fā)電量相比較的情況、昨天發(fā)電量)；每臺并網(wǎng)逆變器的狀態(tài)報(bào)告(狀態(tài)、故障、故障離當(dāng)前時間)。
⑥光伏發(fā)電系統(tǒng)的事件包括：每臺并網(wǎng)逆變器開啟時間、人為對其設(shè)置的時間記錄查詢；每臺并網(wǎng)逆變器的歷史故障(故障名稱和時間、最近50次)。
⑦光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)置包括：密碼登錄設(shè)置（系統(tǒng)設(shè)置；語言、時間、軟件版本；待自動刷新顯示的并網(wǎng)逆變器參數(shù)通道選擇。外擴(kuò)接口設(shè)置）；通信設(shè)置(對PC機(jī)，并網(wǎng)逆變器分別采用的通信口設(shè)置、波特率設(shè)置)；modem通信設(shè)置；外擴(kuò)顯示設(shè)置(對于外擴(kuò)的大顯示屏顯示接口設(shè)置)；外擴(kuò)繼電器輸出設(shè)置。并網(wǎng)逆變器的地址設(shè)置（從電站中刪除一并網(wǎng)逆變器；并網(wǎng)逆變器巡檢啟動）；并網(wǎng)逆變器參數(shù)設(shè)置(逆變器啟動、關(guān)斷電壓，啟動時間長度)；發(fā)電補(bǔ)償量設(shè)置；數(shù)據(jù)存儲設(shè)置（是否存儲、存儲時間間隔、存儲天數(shù)、待存儲的并網(wǎng)逆變器參數(shù)選擇）；控制設(shè)置；極限設(shè)置（持續(xù)告警時間、不能通信上的最長時間、發(fā)電利用率、通信質(zhì)量）；報(bào)警設(shè)置（揚(yáng)聲器、報(bào)警燈）；開關(guān)控制設(shè)置（根據(jù)功率大小控制逆變器開停、時間定時控制逆變器開停）。傳真信息設(shè)置(事件、報(bào)告、發(fā)送、測試)
⑧群控系統(tǒng)可配置太陽輻射照度儀、方陣溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器、單個逆變器配置溫度傳感器等傳感器的接口AD芯片；對于大型光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)配置與外界顯示屏有無線通信或紅外接口；電力MODEM通信接口；大容量EEPROM。
⑨并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控通信方式有三種：RS485、Ethernet、GPRS。設(shè)備通信原理示意圖如圖3所示。
采用RS485/Ethernet/GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能，通過上位機(jī)監(jiān)控軟件，方便直觀地監(jiān)控當(dāng)前逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)，以及歷史數(shù)據(jù)記錄和故障信息，同時可和環(huán)境監(jiān)測儀進(jìn)行實(shí)時通信，了解太陽能電池陣列安裝現(xiàn)場的日照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向和溫度等情況。
光伏發(fā)電系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可快速采集太陽能電池、蓄電池等器件的關(guān)鍵工作參數(shù)和太陽能輻射量、環(huán)境溫度等氣象參數(shù)，并且隨時將采集的數(shù)據(jù)存入裝置內(nèi)的大容量非易失性數(shù)據(jù)存儲器，最大容量可存入十年的工作數(shù)據(jù)。根據(jù)需要，還可隨機(jī)將記錄的數(shù)據(jù)打印出來，供設(shè)計(jì)或使用部門進(jìn)行系統(tǒng)定量分析及資料存檔，為今后光伏發(fā)電系統(tǒng)更合理的設(shè)計(jì)提供寶貴的科學(xué)依據(jù)。同時經(jīng)常定期分析檢查采集的工作數(shù)據(jù)，還可及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)各部件的故障或隱患，隨時排除故障或調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，以保證太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，并可有效地延長太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作壽命。
（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)：
①蓄電池電壓：標(biāo)稱值；最大值；采集精度1%；采集周期為1分鐘。
②太陽能輻射量：最大值；采集精度1%；采集周期為1分鐘。
③環(huán)境溫度測量范圍：-20℃～+60℃；采集精度1%；采集周期為1分鐘。
④蓄電池充電電流：最大值；采集精度1%；采集周期為1分鐘。
⑤蓄電池放電電流：最大值；采集精度1%；采集周期為1分鐘。
（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能
①數(shù)據(jù)采集。每隔1分鐘將蓄電池電壓、太陽能輻射量、蓄電池充電電流、蓄電池放電電流、環(huán)境溫度等工作參數(shù)循環(huán)采集一次并暫存于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。
②數(shù)據(jù)處理和記錄。每隔1小時，采集系統(tǒng)將前60次采集的參數(shù)分別求平均值作為當(dāng)前值存入掉電不丟失數(shù)據(jù)的EEPROM中與以前存入的參數(shù)進(jìn)行比較，求得5個參數(shù)今日的最大值和最小值也存入EEPROM中。EEPROM中最多可存前98天每小時的當(dāng)前值、最大值和最小值。由于采集系統(tǒng)內(nèi)有硬時鐘芯片，所以每到月底和年底，采集系統(tǒng)自動將蓄電池充電電量、放電電量和太陽能總輻射量進(jìn)行累加統(tǒng)計(jì)并記錄，采集系統(tǒng)可記錄10年的累計(jì)值。
③顯示。采用中文點(diǎn)陣液晶顯示器，可分屏顯示：被采集的5個工作參數(shù)的當(dāng)前值，今日最大值和今日最小值。瀏覽前98天內(nèi)任意一天中的5個參數(shù)24小時的歷史記錄數(shù)據(jù)。瀏覽前10年中任意一年、任意一月的三個累計(jì)值。
④歷史數(shù)據(jù)打印。采用中文點(diǎn)陣打印機(jī)可打印任意選擇開始日期和結(jié)束日期之間6個工作參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)（每天每小時的當(dāng)前值、最大值和最小值）。
⑤硬時鐘校準(zhǔn)設(shè)置。可隨時調(diào)整當(dāng)前日期（年、月、日）和當(dāng)前時間（小時、分鐘）。
（3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能如下：
①CPU將被采集的5路工作參數(shù)經(jīng)信號處理電路處理后，輸入至對應(yīng)A/D輸入端口，由軟件程序控制定時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
②數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，如果按常規(guī)配置進(jìn)行設(shè)計(jì)，除CPU微處理器外，還需要多個不同功能的外圍器件，如地址鎖存器、EPROM、RAM、PLD等才能構(gòu)成一個實(shí)用的系統(tǒng)，這樣以來，將使整個系統(tǒng)體積變大、布線復(fù)雜。為此，在設(shè)計(jì)中可采用PSD3系列“可編程單片機(jī)通用外圍接口芯片”，可將單片機(jī)需要的多個外圍芯片集成在一個芯片內(nèi)，從而大大簡化了電路設(shè)計(jì)。
③由于需要記錄存儲98天的多個采集處理數(shù)據(jù)和10年的累計(jì)數(shù)據(jù)，信息量很大，所以配置有內(nèi)含電池的32K不掉電RAM，長期記憶系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
④設(shè)計(jì)中最大采集的蓄電池充電電流最大可達(dá)200A、放電電流最大可達(dá)300A，采集精度為1%，如采用傳統(tǒng)的分流器進(jìn)行取樣，將很難保證采集精度要求。為此，選用先進(jìn)的霍爾電流傳感器，不僅簡化了安裝工藝，還可提高采集精度和工作可靠性。
⑤數(shù)據(jù)顯示采用點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，可清晰地顯示4行標(biāo)準(zhǔn)漢字或8行ASCⅡ碼字符，該LCD顯示器內(nèi)含背光電路，使數(shù)據(jù)顯示更加清晰。當(dāng)10分鐘內(nèi)無按鍵操作時，將自動關(guān)閉背光電路，以降低采集系統(tǒng)的自身功耗。
⑥機(jī)內(nèi)配置有標(biāo)準(zhǔn)的并行打印機(jī)接口電路，外接中文點(diǎn)陣打印機(jī)，可隨機(jī)打印系統(tǒng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，供資料存檔使用。
2.光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)
光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如1所示，監(jiān)控系統(tǒng)和群控器（ClusterController）功能如下：
①光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體顯示的信息包括：日期、已發(fā)電總量、天發(fā)電量、當(dāng)前輸出功率、逆變器總量、正常工作逆變器的數(shù)量。
②光伏發(fā)電系統(tǒng)的在線數(shù)據(jù)信息包括：并網(wǎng)逆變器的型號、編號；當(dāng)前時間；并網(wǎng)逆變器輸出功率；并網(wǎng)逆變器的工作狀態(tài)；并網(wǎng)逆變器工作電壓；并網(wǎng)逆變器直流電流；并網(wǎng)逆變器交流電壓；并網(wǎng)逆變器交流電流；并網(wǎng)逆變器當(dāng)天已工作時間。
③群控器監(jiān)控并網(wǎng)逆變器每天的發(fā)電量查詢時間(年/月/日)；并網(wǎng)逆變器的型號、編號；并網(wǎng)逆變器發(fā)電量。
④群控器監(jiān)控并網(wǎng)逆變器每天時段參數(shù)記錄：時間(年/月/日)；時段(例每天中每隔30分鐘的參數(shù)大小)；并網(wǎng)逆變器的編號；并網(wǎng)逆變器的參數(shù)(直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、輸出功率、發(fā)電量)，存儲時段的參數(shù)可選擇。
⑤光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行報(bào)告包括：光伏發(fā)電系統(tǒng)報(bào)告；每臺并網(wǎng)逆變器的狀態(tài)；每臺并網(wǎng)逆變器的通信質(zhì)量報(bào)告分析(通信最大容忍錯誤次數(shù)率、通信錯誤次數(shù)、通信質(zhì)量率)；每臺并網(wǎng)逆變器的訪問報(bào)告(最大容忍的通信不上的時間、在線時間長度、下線時間長度、最近上線時間)；每臺并網(wǎng)逆變器的發(fā)電量報(bào)告(平均發(fā)電量、與平均發(fā)電量相比較的情況、昨天發(fā)電量)；每臺并網(wǎng)逆變器的狀態(tài)報(bào)告(狀態(tài)、故障、故障離當(dāng)前時間)。
⑥光伏發(fā)電系統(tǒng)的事件包括：每臺并網(wǎng)逆變器開啟時間、人為對其設(shè)置的時間記錄查詢；每臺并網(wǎng)逆變器的歷史故障(故障名稱和時間、最近50次)。
⑦光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)置包括：密碼登錄設(shè)置（系統(tǒng)設(shè)置；語言、時間、軟件版本；待自動刷新顯示的并網(wǎng)逆變器參數(shù)通道選擇。外擴(kuò)接口設(shè)置）；通信設(shè)置(對PC機(jī)，并網(wǎng)逆變器分別采用的通信口設(shè)置、波特率設(shè)置)；modem通信設(shè)置；外擴(kuò)顯示設(shè)置(對于外擴(kuò)的大顯示屏顯示接口設(shè)置)；外擴(kuò)繼電器輸出設(shè)置。并網(wǎng)逆變器的地址設(shè)置（從電站中刪除一并網(wǎng)逆變器；并網(wǎng)逆變器巡檢啟動）；并網(wǎng)逆變器參數(shù)設(shè)置(逆變器啟動、關(guān)斷電壓，啟動時間長度)；發(fā)電補(bǔ)償量設(shè)置；數(shù)據(jù)存儲設(shè)置（是否存儲、存儲時間間隔、存儲天數(shù)、待存儲的并網(wǎng)逆變器參數(shù)選擇）；控制設(shè)置；極限設(shè)置（持續(xù)告警時間、不能通信上的最長時間、發(fā)電利用率、通信質(zhì)量）；報(bào)警設(shè)置（揚(yáng)聲器、報(bào)警燈）；開關(guān)控制設(shè)置（根據(jù)功率大小控制逆變器開停、時間定時控制逆變器開停）。傳真信息設(shè)置(事件、報(bào)告、發(fā)送、測試)
⑧群控系統(tǒng)可配置太陽輻射照度儀、方陣溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器、單個逆變器配置溫度傳感器等傳感器的接口AD芯片；對于大型光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)配置與外界顯示屏有無線通信或紅外接口；電力MODEM通信接口；大容量EEPROM。
⑨并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控通信方式有三種：RS485、Ethernet、GPRS。設(shè)備通信原理示意圖如圖3所示。
采用RS485/Ethernet/GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能，通過上位機(jī)監(jiān)控軟件，方便直觀地監(jiān)控當(dāng)前逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)，以及歷史數(shù)據(jù)記錄和故障信息，同時可和環(huán)境監(jiān)測儀進(jìn)行實(shí)時通信，了解太陽能電池陣列安裝現(xiàn)場的日照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向和溫度等情況。
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