光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的設(shè)計與實現(xiàn)分析摘要：節(jié)能減排戰(zhàn)略下，光伏系統(tǒng)設(shè)計工作備受關(guān)注，設(shè)計人員從硬件、軟件兩方面拓展思路，基于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析改進(jìn)發(fā)電系統(tǒng)，從而提高發(fā)電效率，確保電能持續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)。本文從溫度采集、光照采集、通信系統(tǒng)硬件信息三方面進(jìn)行硬件設(shè)計，接下來分析軟件設(shè)計要點，從整體上提高光伏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實用性。希望該論題能為相關(guān)設(shè)計人員提供參考，真正豐富光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的設(shè)計經(jīng)驗，推動發(fā)電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵詞：光伏系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；設(shè)計；實現(xiàn)引言：近年來，光伏系統(tǒng)高效發(fā)電內(nèi)容引起研究學(xué)者的重視，為充分利用太陽能，務(wù)必在光伏數(shù)據(jù)采集方面精益化設(shè)計，確保太陽光線與光伏陣列垂直照射，實現(xiàn)高效發(fā)電目標(biāo)，滿足新能源開發(fā)需求，真正推動社會經(jīng)濟(jì)、世界經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展。隨著光伏應(yīng)用市場缺口的擴(kuò)大，光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)計與實現(xiàn)具有必要性和迫切性，所得到的研究結(jié)論能為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)常態(tài)化運用提供正向指導(dǎo)，取得新型能源合理化配置的良好效果。1.硬件設(shè)計光伏系統(tǒng)發(fā)電效果能否達(dá)到預(yù)期要求，這與太陽能電池板位置、角度有一定聯(lián)系，然而位置、角度擺放的適宜性受測試數(shù)據(jù)引導(dǎo)⑴基于此，提出光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)計需求，通過獲取溫度、光照、通信等數(shù)據(jù)，真正優(yōu)化硬件質(zhì)量。下文圍繞硬件設(shè)計重點分析：1.1溫度采集部分光伏系統(tǒng)采集溫度數(shù)據(jù)時，重點采集環(huán)境溫度和工作溫度，針對硬件設(shè)計時，應(yīng)考慮到環(huán)境復(fù)雜性，以及采集要求的多變性，保證設(shè)計后的硬件具有較強實用性，使溫度數(shù)據(jù)全面采集、穩(wěn)定傳輸。現(xiàn)今，溫度傳感器類別多樣，不同溫度傳感器的工作性能、測量精度存在差異。其中，p.hn伯熱電阻+精密型浮動電流源形成了良好線性關(guān)系，從電路信號和電阻值中得以表現(xiàn)。溫度采集電路環(huán)節(jié)，恒電壓激勵下測流過電阻的電流法更具實用性，能夠準(zhǔn)確得出「加，阻值⑵。采集電路一般由信號濾波放大電路、電流源、兩路溫度檢測切換控制開關(guān)這三部分組成。1.2光照采集部分光電池（：.'?“）用于光照采集，應(yīng)在線性度方面符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，必要時進(jìn)行線性補償，即多量程自動切換器+分段線性插值算法處理非線性問題?？紤]到光強變化幅度較大，即上百Lx?十幾萬Lx，意味著光電池光電流變化范圍較大。測量過程中，既要保證測量精度，又要實現(xiàn)自由切換，這為多量程自動切換器設(shè)計與實現(xiàn)提供機(jī)會。立足實際，多量程自動切換器在倍數(shù)調(diào)節(jié)中靈活反映，這與溫度切換電路同理。1.3通訊系統(tǒng)的硬件部分通訊電路硬件主要包括芯片、外界總線等，為保證通信質(zhì)量，勢必要排除電波干擾，并全面保護(hù)電阻，避免出現(xiàn)信號反射、短路、系統(tǒng)故障等問題。以福建莆田佳通輪胎18.223MW光伏項目監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計為例，監(jiān)控系統(tǒng)由安全型通訊屏柜（數(shù)量為一臺）組成，內(nèi)部安裝DMP8口以太網(wǎng)交換機(jī)/DMP4028-8T*1、（D型）光伏采集網(wǎng)關(guān)DMP-3301T-3/PVgateway-DMP-3301T-3*2、隔離裝置syskeeper2000（正向）/GAPsyskeeper2000（F）*1、華為防火墻USG6320*1、4G路由器-TR321-A-C*1[3]。網(wǎng)絡(luò)信息時代下，光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集工作涉及物聯(lián)網(wǎng)智能終端，該終端應(yīng)具有4G/LTE（全網(wǎng)通）通信能力，真正滿足邊緣計算、算法配置等需求，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)按照既定的時間要求發(fā)送到云平臺，實現(xiàn)通信系統(tǒng)硬件部分穩(wěn)定運行。在此期間，光伏逆變器在光伏陣列中協(xié)配，起到系統(tǒng)平衡作用，并具備最大功率點追蹤、孤島效應(yīng)保護(hù)等功能。光伏逆變器硬件接口設(shè)計時，考慮四方內(nèi)容，即①提供RJ45母頭連接、提供485連接接口、提供調(diào)試串口連接、提供SIM卡和插槽。其中，接口線序為：1和4為5v-2和5為地一3為485b—6為485a—7為調(diào)試串口485a—8為調(diào)試串口485b。SIM卡、插槽供應(yīng)時，如果無適宜空間，那么需要頂部和底部分離，直接在電路板上操作。選擇通訊系統(tǒng)硬件產(chǎn)品時，優(yōu)選插拔式數(shù)據(jù)采集器（采集棒）/簡易型數(shù)據(jù)采集設(shè)備。硬件產(chǎn)品適用條件總結(jié)為：支持多種逆變器通訊協(xié)議；通信方式包括Ethernet/WiFi/4G/Zigbee等多種，其中，插拔式數(shù)據(jù)采集器適用4G通信方式；附加設(shè)備包括電表、輻射傳感器、溫度傳感器等，其中，插拔式數(shù)據(jù)采集器與逆變器相連；多用于室內(nèi)安裝，或者簡單防護(hù)安裝或遮擋的室外安裝；內(nèi)含WebServer】4】。2.軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件在光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集中起到關(guān)鍵性作用，再加上，軟件為硬件運行傳輸指令，所以要合理設(shè)計軟件，使其具備數(shù)據(jù)信息顯示、警報信息傳遞、數(shù)據(jù)庫、通訊等功能。設(shè)計過程中，根據(jù)功能模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，使主程序、子程序、中斷服務(wù)程序的設(shè)計任務(wù)順利完成。2.1設(shè)計思路主程序設(shè)計（流程如圖1）時，單片機(jī)（型號）初始化一計數(shù)器重置一A/D采樣一增加采樣頻次（滿十次）來減小誤差一計算溫度值或光強值一處理模擬通道一等待傳送中斷一計數(shù)器重置丘。溫度（1』“，）計算的過程中，根據(jù)t取值范圍來選擇相應(yīng)的計算公式，當(dāng)t大于-200，但小于零時，參照R[1+at+"t2+;t3（t-100）]來計算；當(dāng)t取值在0和850之間，參照R[1+at+t2]來計算。計算光強值時，基于量程采樣（AD），根據(jù)采樣值多少來確定量程的增減，當(dāng)采樣值是零，需要增大量程；當(dāng)采樣值不小于3V，應(yīng)在實際量程值的基礎(chǔ)上減少，使采樣值恢復(fù)到零和3V之間⑹。量程值得出后，根據(jù)阻值算出光電流大小。實際上，基于光電池（上—）光強特性運用分段性差值算法，實現(xiàn)非線性向線性擬合，利用光電流求出光照強度。設(shè)計子程序（初始化）時，針對硬件工作方式設(shè)定、系統(tǒng)運行參數(shù)、變量初始化等內(nèi)容設(shè)計。對于中斷服務(wù)子程序，基于RS-485通訊啟動定時裝置，目的是衡量接受超時狀態(tài)和時間，一旦三字節(jié)時間內(nèi)未收到數(shù)據(jù)，需要關(guān)閉定時中斷，針對已接收數(shù)據(jù)有效處理。即便字節(jié)數(shù)增多，仍能滿足數(shù)據(jù)高精度處理需求。實際上多種子程序內(nèi)含于中斷服務(wù)子程序，具有時效性強、實時響應(yīng)等功能。圖1主程序設(shè)計圖光伏逆變器智能運維終端軟件協(xié)議設(shè)計總結(jié)為六點，即支持Modbus協(xié)議從逆變器取數(shù)據(jù)、Modbus地址協(xié)議遵從約定附件格式；使用XML的格式向云端上報數(shù)據(jù)（遙測和遙信數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)格式遵從約定附件格式；支持HTTP和HTTPS向云端上報數(shù)據(jù)；支持DNS，主要是NTP服務(wù)器域名解析；支持NTP協(xié)議，從公網(wǎng)NTP服務(wù)器取時間；支持通過串口管理軟件對設(shè)備的配置。2.2軟件實現(xiàn)針對設(shè)計完成的光伏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試，針對測試結(jié)果整理分析，從中得出太陽能資源向電能資源轉(zhuǎn)化情況，推動光伏發(fā)電工作邁向新臺階?？紤]到光伏系統(tǒng)設(shè)備的成本較高，并且設(shè)備性能、系統(tǒng)狀態(tài)直接影響用戶用電體驗，以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會綜合效益，對此，要在光伏項目監(jiān)控系統(tǒng)研究中加大力度，通過系統(tǒng)檢測預(yù)防光伏發(fā)電風(fēng)險，從而制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，使損失最小化。2.2.1調(diào)試監(jiān)控系統(tǒng)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)如圖2）用于獲取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信、光伏組件及相關(guān)電力設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫撕笈_的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)光伏電站運行信息的實時監(jiān)控和線下運維調(diào)度配合，滿足安全運行及有效管理需求。系統(tǒng)調(diào)試實施階段，遵循采集通道開通及測試一通訊線路部署一通訊管理機(jī)采集配置一正向隔離裝置、網(wǎng)絡(luò)防火墻、4G路由器的調(diào)試一數(shù)據(jù)驗證校對這一步驟。各階段的實質(zhì)性內(nèi)容總結(jié)為：基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M建箱變測控環(huán)網(wǎng)，并開通IEC104的轉(zhuǎn)發(fā)通道，借助PMA工具模擬主站完成通道測試，通道鏈路打通后，回復(fù)相應(yīng)數(shù)據(jù)。固定安裝通訊屏柜，并連接通訊屏柜電源線，連接箱變測控環(huán)網(wǎng)與交換機(jī)，測試、觀察線路接通狀態(tài)。針對通訊管理機(jī)內(nèi)機(jī)采集配置，按箱變測控廠家轉(zhuǎn)發(fā)的IEC104通訊點表編輯配置，接下來進(jìn)行內(nèi)部UDP轉(zhuǎn)發(fā)，最后對通訊管理機(jī)外機(jī)采集配置，根據(jù)內(nèi)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的UDP通訊點表完成編輯配置。根據(jù)現(xiàn)有IP配置正向隔離裝置；在防火墻設(shè)置環(huán)節(jié)，讀取、設(shè)置外網(wǎng)IP，基于安全策略過濾外部網(wǎng)絡(luò)攻擊；4G路由器插上4G物聯(lián)網(wǎng)卡，通電后就可以正常提供網(wǎng)絡(luò)。待設(shè)備配合和調(diào)試完畢后，借助管理機(jī)顯示終端對光伏區(qū)設(shè)備的數(shù)據(jù)檢索、校對，如發(fā)現(xiàn)錯誤及時修正。校對無誤后，說明監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試完畢。圖2光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在項目驗收報告中顯示安裝與調(diào)試結(jié)果，即安裝質(zhì)量、布線質(zhì)量符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；上電驗收工作正常；通訊驗收、功能驗收均正常。光伏電站氣象傳感器設(shè)備中網(wǎng)關(guān)通訊屏柜體/DataAcquisitionGatewayRack（一套）、D型光伏采集網(wǎng)關(guān)DMP-3301T-3/PVgateway-DMP-3301T-3（兩臺）、隔離裝置syskeeper2000正向/GAPsyskeeper2000F（一臺）、華為防火墻USG6320（一臺）、DMP8口以太網(wǎng)交換機(jī)/DMP4028-8T（一臺）、4G路由器-TR321-A-C（一臺）、移動4G流量卡（一張）的數(shù)量合格，并且實際功能與產(chǎn)品描述（依次對應(yīng)安裝與保護(hù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)隔離、防火墻，防止網(wǎng)絡(luò)攻擊、網(wǎng)絡(luò)交換、為整站提供網(wǎng)絡(luò)、放在4G路由器內(nèi)提供網(wǎng)絡(luò)）相一致，準(zhǔn)予驗收。2.2.2對比分析所采集數(shù)據(jù)光伏逆變器智能運維終端軟件數(shù)據(jù)采集如約進(jìn)行，即16-19個數(shù)據(jù)類型（電流、電源、頻率、溫度、濕度等）；每十二分鐘上報一次數(shù)據(jù)；個別數(shù)據(jù)由逆變器接收（1次/s），當(dāng)接收數(shù)據(jù)數(shù)量為十五個，將數(shù)據(jù)平均值再次上報；立刻上報重要數(shù)據(jù)；內(nèi)含遙信、遙測（逢變上傳）數(shù)據(jù)；單臺逆變器下連約二十個采集點。如約上報XML數(shù)據(jù)：逆變器序列號與數(shù)采序列號一致；逆變器型號（SG-額定功率值）；設(shè)備UID使用數(shù)采序列號末兩位；數(shù)采UUID使用數(shù)采序列號[7]2.3系統(tǒng)應(yīng)用分析小型戶用光伏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，了解這一系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和常規(guī)運維管理現(xiàn)狀，掌握該系統(tǒng)對業(yè)主和運維服務(wù)商提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測、故障預(yù)警和統(tǒng)計分析等服務(wù)的效果，達(dá)到低成本、快速接入、數(shù)據(jù)高效管理、全過程監(jiān)控、設(shè)備遠(yuǎn)程管理等目的。數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)提供后臺設(shè)備數(shù)據(jù)服務(wù)，即持續(xù)監(jiān)聽端口，動態(tài)采集接收逆變器、智能電表等設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的設(shè)備類型、品牌和型號使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)解析協(xié)議進(jìn)行解析，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和結(jié)構(gòu)化處理后存儲到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)戶用+監(jiān)控系統(tǒng)模式面向光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控人員、客戶服務(wù)人員、終端用戶、設(shè)備供應(yīng)商大范圍推廣，實施崗位責(zé)任制，使電站監(jiān)控管理功能全面發(fā)揮。對于電站監(jiān)控人員來說，利用小型戶用光伏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)查看當(dāng)前發(fā)生故障電站、故障信息、歷史故障記錄。對于客戶服務(wù)人員來說，能夠借助這一系統(tǒng)查看和處理客戶報修的故障、查看和回復(fù)客戶提交的咨詢和反饋。對于電站監(jiān)控人員來說，利用該系統(tǒng)統(tǒng)計報表，具體功能總結(jié)為：統(tǒng)計裝機(jī)以表格、圖表呈現(xiàn)；統(tǒng)計發(fā)電量；統(tǒng)計故障數(shù)；分析日均等效發(fā)電小時；分析故障率；統(tǒng)計廠商；統(tǒng)計設(shè)備型號統(tǒng)計等。結(jié)束語：綜上所述，光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)計與實現(xiàn)的探究意義不言而喻，對于光伏發(fā)電領(lǐng)域的工作者來說，會及時抓住行業(yè)發(fā)展機(jī)遇，探索數(shù)據(jù)處理技巧，為光伏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有效運用提供新思路、新方法，大大提高光伏發(fā)電效率。從硬件設(shè)計、軟件設(shè)計兩部分入手，從整體上提高光伏數(shù)據(jù)采集設(shè)計水平，取得新型能源開發(fā)與利用的良好效果。隨著新能源需求量的激增，日后光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)計與實現(xiàn)能夠得到基礎(chǔ)支撐，使得光伏電站行業(yè)持續(xù)、穩(wěn)健發(fā)展。參考文獻(xiàn):莫康信，李延峰,王智聰.光伏電站環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].工程技術(shù)研究,2019,4(9):4-6.付曉光，李海建,祝海龍.光伏組件光譜入射角特性檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國建材科技,2020,29(3):20,19.李春枚，郝金平.分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科學(xué)家,2017,5(12):85,115.蒲文君.光伏電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2016(12):3467-34