一種基于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：針對(duì)遠(yuǎn)程運(yùn)行的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，提出基于視頻監(jiān)控、射頻通信、GPRS傳輸、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用及圖形化LabVIEW編程的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)的傳輸流程以及服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)的配置、客戶(hù)端軟件的實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，可實(shí)時(shí)同步測(cè)量顯示風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電過(guò)程的各種數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)信息可以為日后的科學(xué)研究提供依據(jù)，為風(fēng)光發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)與提高奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ)；物聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)控系統(tǒng)；LabVIEW

0 引言
隨著常規(guī)能源的逐步消耗，可再生能源日益引起人們的關(guān)注，風(fēng)能與太陽(yáng)能從眾多可再生能源中脫穎而出。風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的能量輸出因周?chē)h(huán)境的變化而表現(xiàn)出較大的差異，對(duì)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以獲得原始測(cè)量數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的改進(jìn)與優(yōu)化提供有用數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)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(cè)和分析是保證系統(tǒng)正常高效運(yùn)行的前提，而且風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行一般是在偏遠(yuǎn)地區(qū)或無(wú)人值守的情況下進(jìn)行，對(duì)地面上很分散的風(fēng)光系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)維護(hù)是十分困難繁瑣的，需要大量的時(shí)間和人力物力，因此在風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中采用物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。
物聯(lián)網(wǎng)，以其現(xiàn)有定義，即通過(guò)射頻識(shí)別裝置、攝像裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。從其定義中可看出，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的本質(zhì)在于“物物相連”，可以看作是利用現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)無(wú)線傳感等技術(shù)，使用戶(hù)的范圍拓展到物的領(lǐng)域，即達(dá)到人與物的相連，物與物的相連和物與人的相連。本文主要介紹基于視頻監(jiān)控、射頻通信、GPRS傳輸、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用及圖形化LabVIEW編程等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的風(fēng)光直補(bǔ)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

1 工程背景
1．1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)總體布局
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由如下幾項(xiàng)構(gòu)成：光伏組件(16塊)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(3臺(tái))、蓄電池組(4臺(tái))、控制器(3臺(tái))和逆變器(1臺(tái))，如圖1所示。其中光伏組件，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分別將太陽(yáng)能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)控制器對(duì)蓄電池充電；蓄電池組是由多個(gè)蓄電池經(jīng)串聯(lián)組成的儲(chǔ)存電能的裝置；控制器主要是對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行管理，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)輸入輸出功率起到調(diào)節(jié)和分配的作用；逆變器的作用是將風(fēng)機(jī)和光伏組件發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。
圖1右側(cè)所示為獨(dú)立的視頻監(jiān)控設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，用以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行視頻監(jiān)控。

1．2 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

在該物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，首先將每組太陽(yáng)能電池板與每臺(tái)風(fēng)機(jī)的輸出電壓及電流經(jīng)信號(hào)調(diào)理后送到數(shù)據(jù)采集板，并按照通信協(xié)議打包，以無(wú)線傳輸方式發(fā)送至數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器采集到所有數(shù)據(jù)和負(fù)載信息統(tǒng)一送至GPRS模塊，GPRS模塊通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器將獲取的信息處理后存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中，監(jiān)控中心或用戶(hù)通過(guò)客戶(hù)端軟件即可從服務(wù)器上調(diào)用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前風(fēng)光系統(tǒng)運(yùn)行情況。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，I／O控制板將自動(dòng)切斷負(fù)載，并在現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)控中心顯示故障信息，同時(shí)用戶(hù)可在遠(yuǎn)端監(jiān)控中心通過(guò)按鈕控制現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)載的通斷操作。

2 風(fēng)光互補(bǔ)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)
2．1 數(shù)據(jù)采集板軟硬件設(shè)計(jì)
2．1．1 數(shù)據(jù)采集板硬件設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集板主要包括ATmega8單片機(jī)，霍爾電流、電壓傳感器。電源穩(wěn)壓模塊、串口通信模塊和無(wú)線收發(fā)模塊。其中ATmega8處理器的主要任務(wù)是對(duì)傳感器的輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并控制無(wú)線收發(fā)模塊的正常工作。系統(tǒng)框圖如圖3所示。

數(shù)據(jù)采集板串口通信電路采用低功耗的MAX232芯片，完成了節(jié)點(diǎn)模塊與PC機(jī)的通信。
數(shù)據(jù)采集模塊中ATmega8，無(wú)線模塊等器件的通用電源為+5 V，電壓霍爾傳感器的電源為±15 V，所以采用LM2576作為穩(wěn)壓模塊，將±15 V穩(wěn)定在+5 V。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)機(jī)和光伏組件的輸出電壓及輸出電流，選用的電流霍爾傳感器為ACS712，具有良好的線性度；霍爾電壓傳感器為HFV5 10／25A型。