一種基于風(fēng)光互補發(fā)電的物聯(lián)網(wǎng)遠程監控系統

摘要：針對遠程運行的風(fēng)光互補發(fā)電系統，提出基于視頻監控、射頻通信、GPRS傳輸、數據庫應用及圖形化LabVIEW編程的物聯(lián)網(wǎng)遠程監控系統，重點(diǎn)介紹了系統各模塊的硬件設計、軟件設計，數據的傳輸流程以及服務(wù)器數據庫的配置、客戶(hù)端軟件的實(shí)現。該系統實(shí)際應用于風(fēng)光互補發(fā)電系統中，可實(shí)時(shí)同步測量顯示風(fēng)光互補發(fā)電過(guò)程的各種數據，存儲的數據庫信息可以為日后的科學(xué)研究提供依據，為風(fēng)光發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)與提高奠定了基礎。
關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補；物聯(lián)網(wǎng)；監控系統；LabVIEW

0 引言
隨著(zhù)常規能源的逐步消耗，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)電系統的能量輸出因周?chē)h(huán)境的變化而表現出較大的差異，對風(fēng)光發(fā)電系統進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，可以獲得原始測量數據，為系統的改進(jìn)與優(yōu)化提供有用數據，同時(shí)對系統環(huán)境參數及其系統本身的電氣性能進(jìn)行監測和分析是保證系統正常高效運行的前提，而且風(fēng)光發(fā)電系統的運行一般是在偏遠地區或無(wú)人值守的情況下進(jìn)行，對地面上很分散的風(fēng)光系統進(jìn)行監測維護是十分困難繁瑣的，需要大量的時(shí)間和人力物力，因此在風(fēng)光發(fā)電系統中采用物聯(lián)網(wǎng)遠程監控系統具有重要意義。
物聯(lián)網(wǎng)，以其現有定義，即通過(guò)射頻識別裝置、攝像裝置、紅外感應器、全球定位系統等信息傳感設備，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)現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(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”，可以看作是利用現有互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感等技術(shù)，使用戶(hù)的范圍拓展到物的領(lǐng)域，即達到人與物的相連，物與物的相連和物與人的相連。本文主要介紹基于視頻監控、射頻通信、GPRS傳輸、數據庫應用及圖形化LabVIEW編程等技術(shù)實(shí)現的風(fēng)光直補物聯(lián)網(wǎng)遠程監控系統。

1 工程背景
1．1 風(fēng)光互補發(fā)電系統總體布局
風(fēng)光互補發(fā)電系統主要由如下幾項構成：光伏組件(16塊)、風(fēng)力發(fā)電機組(3臺)、蓄電池組(4臺)、控制器(3臺)和逆變器(1臺)，如圖1所示。其中光伏組件，風(fēng)力發(fā)電機組分別將太陽(yáng)能和風(fēng)能轉化為電能，通過(guò)控制器對蓄電池充電；蓄電池組是由多個(gè)蓄電池經(jīng)串聯(lián)組成的儲存電能的裝置；控制器主要是對蓄電池的充放電進(jìn)行管理，同時(shí)對系統輸入輸出功率起到調節和分配的作用；逆變器的作用是將風(fēng)機和光伏組件發(fā)出的直流電轉換為交流電，對負載進(jìn)行供電。
圖1右側所示為獨立的視頻監控設備及網(wǎng)絡(luò )，用以對現場(chǎng)進(jìn)行視頻監控。

1．2 風(fēng)光互補發(fā)電物聯(lián)網(wǎng)監控系統總體架構
風(fēng)光互補發(fā)電物聯(lián)網(wǎng)監控系統總體架構如圖2所示。

在該物聯(lián)網(wǎng)監控系統中，首先將每組太陽(yáng)能電池板與每臺風(fēng)機的輸出電壓及電流經(jīng)信號調理后送到數據采集板，并按照通信協(xié)議打包，以無(wú)線(xiàn)傳輸方式發(fā)送至數據集中器，數據集中器采集到所有數據和負載信息統一送至GPRS模塊，GPRS模塊通過(guò)中國移動(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至數據庫中，監控中心或用戶(hù)通過(guò)客戶(hù)端軟件即可從服務(wù)器上調用數據實(shí)時(shí)顯示當前風(fēng)光系統運行情況。當系統出現問(wèn)題的時(shí)候，I／O控制板將自動(dòng)切斷負載，并在現場(chǎng)和監控中心顯示故障信息，同時(shí)用戶(hù)可在遠端監控中心通過(guò)按鈕控制現場(chǎng)的負載的通斷操作。

2 風(fēng)光互補物聯(lián)網(wǎng)監控系統模塊設計
2．1 數據采集板軟硬件設計
2．1．1 數據采集板硬件設計
數據采集板主要包括ATmega8單片機，霍爾電流、電壓傳感器。電源穩壓模塊、串口通信模塊和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。其中ATmega8處理器的主要任務(wù)是對傳感器的輸入信號進(jìn)行處理，并控制無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的正常工作。系統框圖如圖3所示。

數據采集板串口通信電路采用低功耗的MAX232芯片，完成了節點(diǎn)模塊與PC機的通信。
數據采集模塊中ATmega8，無(wú)線(xiàn)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作為穩壓模塊，將±15 V穩定在+5 V。
根據現場(chǎng)的風(fēng)機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(xiàn)性度；霍爾電壓傳感器為HFV5 10／25A型。