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通用光伏系統測試平臺的設計

作者: 時(shí)間:2012-08-01 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

摘要:為了統一測試方案,避免項目管理混亂和不必要的重復設計等問(wèn)題,提出了一種通用,制定了與PC軟件端數據交互協(xié)議,實(shí)現了用來(lái)獲取常用光伏系統測試參數及具有良好擴張性的通用用戶(hù)監控界面。測試結果表明,該很好地解決了上述問(wèn)題,從而縮短了系統設計周期。
關(guān)鍵詞:光伏系統;通用;通信協(xié)議;用戶(hù)監控界面

光伏系統是利用太陽(yáng)電池組件和其他輔助設備將太陽(yáng)能轉換成電能并進(jìn)行一定應用的系統。近來(lái),各種新型的光伏系統被不斷設計投產(chǎn)。為優(yōu)化和提高系統性能和穩定性,工程師在設計這些系統的過(guò)程中需要額外設計系統測試方案對其性能和實(shí)際運行效果進(jìn)行測試,如采集和記錄充放電效率、運行功率、實(shí)時(shí)太陽(yáng)能電池板功率等數據。不同的工程師在設計系統時(shí)若采用不同的數據測試方案,這將可能會(huì )導致項目管理混亂和引起不必要的重復設計,而實(shí)際上光伏應用系統有著(zhù)許多的共性,測試過(guò)程中所需要的參數具有一定的重復性,因此可以設計一種具有一定擴展能力的通用光伏系統測試平臺,測試常用光伏系統參數并兼容一些額外的參數和計算,以簡(jiǎn)化和統一測試標準,縮短系統設計周期。

1 系統基本結構和功能
圖1是通用光伏系統測試平臺的基本結構模型,光伏應用系統將通過(guò)一定的通信機制將測試參量發(fā)送給PC監控端。PC監控端通過(guò)良好的交互界面將所接收到的數據反饋給工程師。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/193472.htm

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一般光伏系統拓撲結構如圖2所示,主要由四部分組成。一般光伏組件為太陽(yáng)能電池板,儲能組件為蓄電池、鋰電池等儲能設備;主控制器為單片機、DSP等控制芯片電路;功能組件根據不同的應用可以是LED照明燈、電機等,它是整個(gè)系統中主要的耗電部分。
在光伏系統的測試過(guò)程中,工程師通過(guò)了解各個(gè)部件的運行參數來(lái)獲取系統運行狀況。按照光伏應用系統的拓撲結構圖,需要從各個(gè)組件中獲取的基本測試參數有:光伏陣列端電壓Vp和輸出電流Ip,儲能組件的端電壓Vb和輸入輸出電流Ib,功能組件的輸入電壓Vf和輸入電流If。
由于系統應用的不同,一些具體的設計實(shí)例需要添加額外的測試參量,如在有些系統中需要使用Buck和Boost等電路對光伏陣列的輸出電壓進(jìn)行調節,需要額外測試變壓之后的輸出電壓和輸出電流。同時(shí)系統還需要能直接顯示例如光伏陣列輸入功率等參數計算結果,這些參數會(huì )由于系統的差異性不同而變化,因此,所設計的通用系統還需要有能力進(jìn)行擴張并獲取類(lèi)似的測試參量。
使系統具有通用性的根本手段是使其有一套標準的數據交互協(xié)議和無(wú)需修改就可以查看各個(gè)系統以上所有參數信息的PC端用戶(hù)交互界面。

2 數據交互協(xié)議
為了讓通用測試平臺能夠應用于不同的光伏系統,需要制定一套通信傳輸協(xié)議規范上傳的數據包格式,使監控界面程序能夠正常讀取和解析所有光伏系統上傳的數據。
PC端監控程序和光伏應用系統需通過(guò)標準的數據包進(jìn)行交互。一個(gè)完整的交互數據包如圖3所示,由起始標志單元、命令單元、CRC校驗單元、結束標志單元四部分組成。

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交互包中各單元詳細說(shuō)明如下:
起始標志單元:1 B長(cháng)度,表示一個(gè)完整數據包起始標志,固定ASCII字符‘X’(0x58)。
命令單元:由命令控制頭和命令體兩部分組成。命令控制頭由協(xié)議版本號、總包數、包序號、命令編號、設備編號、命令體長(cháng)度8個(gè)字段組成,共11 B長(cháng)度。命令體的解析方法和實(shí)際長(cháng)度由控制部分的“命令編號”字段和“命令體長(cháng)度”確定。命令單元的組成格式見(jiàn)圖4。

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校驗單元:針對協(xié)議中的“命令單元”進(jìn)行校驗(從“命令單元”的第一個(gè)字節計算到最后一個(gè)字節),采用CCITT推薦的16位的X16+X12+X5+1(0x1021),生成2 B的CRC校驗和(低字節在前,高字節在后)。
結束標志單元:1 B長(cháng)度,表示一個(gè)完整數據包(分組)起始標志,固定為ASCII字符‘X’(0x58)。
命令編號:命令的惟一標識詳見(jiàn)表1。編號0x10~0x15表示的是基本的測試參數,0x20~0xFF作為擴展的命令編號,用來(lái)進(jìn)行編號額外的測試參數,其中0x58已用作起始和結束標志,所以0x58不參與作為擴展命令的使用。

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設備編號:所測試光伏應用系統的惟一標識。低字節在前,高字節在后。例如編號為0x12345678的系統,4 B移動(dòng)電源編號排列順序為:0x78,0x56,0x34,0x12。設備未使用前,設備編號統一默認為0。
總包數:如果一條命令需要分多包發(fā)送,該字段表示對應命令需要發(fā)送的總包數,取值范圍為:1~255;
包序號:當前包的序號,取值范圍由1至總包數;
命令體長(cháng)度:命令體字段的實(shí)際長(cháng)度(以字節為單位)。規定0x10到0x15的基本測試參數的命令體長(cháng)度為4 B,其他的擴展參數的命令體長(cháng)度視具體情況而定;
命令數據:長(cháng)度、解析方式由命令控制頭的“命令體長(cháng)度”和“命令編號”確定。

3 PC監控端軟件的設計
PC監控端軟件主要由數據接收模塊、數據分析模塊、數據存儲模塊、顯示模塊組成。它的結構如圖5所示。

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圖中,數據接收模塊通過(guò)串口、網(wǎng)絡(luò )設備等通信組件接收光伏系統傳送上來(lái)的數據流,通過(guò)分析是否存在數據包起始和結束標志,將數據包從中分離出來(lái),并以隊列形式放入內存緩沖區中。
內存緩沖區中維護著(zhù)兩個(gè)數據隊列,這兩個(gè)隊列輪流負責存儲數據和被讀取分析的工作。當程序剛開(kāi)始執行的時(shí)候,兩隊列為空,數據接收模塊先往其中的一個(gè)隊列存入數據包。當達到隊列所能存儲的數據包最大個(gè)數值時(shí),認定該隊列已滿(mǎn),并將該隊列送入數據分析模塊,由數據分析模塊讀取和分析隊列數據包。同時(shí)數據接收模塊獲取另一個(gè)隊列地址,并將數據包存入該隊列中,當該隊列存滿(mǎn)時(shí),無(wú)論數據分析模塊是否已經(jīng)分析完,程序應釋放分析模塊占用隊列中的數據包,并將空隊列提供給接收模塊,而將新的滿(mǎn)隊列提供給分析模塊進(jìn)行分析,這樣可以讓數據得到及時(shí)更新,使主程序可以盡快地獲取光伏系統的測試參數。

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這些操作由三個(gè)獨立的線(xiàn)程完成,其中兩個(gè)線(xiàn)程分別進(jìn)行數據存儲和數據分析操作,其運行流程圖分別如圖6和圖7,還有個(gè)線(xiàn)程專(zhuān)門(mén)負責隊列的切換和隊列中數據包的釋放操作。其運行流程圖如圖8所示。

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數據存儲模塊負責在用戶(hù)發(fā)送存儲指令之后,存儲用戶(hù)需要保存的相關(guān)測試數據。用戶(hù)顯示界面如圖9所示,其通過(guò)界面下方的顯示窗口直接向用戶(hù)顯示這些參數的實(shí)時(shí)信息,同時(shí)用戶(hù)還可以通過(guò)添加參數和計算顯示中的自定義公式來(lái)定義新的測試參數和公式形式,并將其直接顯示在界面的右下角。用戶(hù)通過(guò)在顯示數據菜單中選擇需要以圖像進(jìn)行顯示的參數使程序可以在其上方的窗口中繪制相關(guān)參數的分時(shí)圖像。工程師可通過(guò)它了解數據不同時(shí)段的相關(guān)性,如太陽(yáng)能電池板輸出功率及電路轉換效率等在不同時(shí)間的轉變過(guò)程,這對工程師分析系統性能有很大的幫助。

4 結果和應用實(shí)例
該系統已經(jīng)應用于一些光伏系統的設計當中,圖9所示的即是一種太陽(yáng)能路燈系統在早上9時(shí)43分時(shí)的運行狀況,工程師可以通過(guò)其直接觀(guān)察系統當前運行狀況,并發(fā)現是否存在問(wèn)題。

5 結語(yǔ)
由以上的分析和實(shí)踐可知,本文通過(guò)編寫(xiě)標準的PC端測試終端和規定光伏系統測試參量數據上傳的格式,所設計的一套通用光伏系統測試平臺可以直觀(guān)地觀(guān)測光伏系統測試參量,避免工程師的重復設計和進(jìn)行繁雜的測試工作,提高工作效率,縮短設計周期。該系統具有很高的實(shí)際應用價(jià)值。



關(guān)鍵詞: 光伏系統 測試平臺

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