光伏电站远程监控系统的设计与实现

【摘要】：人类社会发展进入二十一世纪以来,能源危机和环境污染两大问题日益成为制约经济社会发展的重要因素。为了实现可持续发展,以建设资源节约型和环境友好型社会为切入点,大幅度提高能源综合利用效率,积极改善能源结构,努力探索新能源和可再生能源,大力倡导清洁能源的使用等措施,成为世界各国在能源领域普遍达成的共识。 我国新能源和可再生能源储量丰富,尤其是太阳能资源的开发潜力巨大。因此,近年来我国政府大力倡导和积极扶持光伏发电企业发展,为国家节能减排战略做出了示范效应,同时奠定了新能源发电的坚实基础。但在多数已建成的光伏电站中,由于建设地址偏远、交通闭塞等客观原因,使得电站的运行、维护和管理等方面产生诸多困难,造成电站的自动化、信息化管理水平偏低。 本文针对光伏电站的现状,利用现代计算机网络、数据处理及远程通讯等高新技术,建立起一整套完备的适用于光伏电站工程实际的远程监控系统。此类监控系统可以实现对光伏电站运行数据实时采集、显示和传输,同时实现本地远程和中央远程的一体化、双层次的监测与控制,突出体现了实时性强、监控功能完备的技术特点,对于光伏电站的日常运行管理、设备的维护及后期的科研分析都具有重要的参考价值和工程实际意义。 本人参与和独立完成工作如下：首先,介绍了国内外太阳能光伏产业的行业背景及其监控系统的研究现状。通过考察调研,分析出光伏电站远程监控系统的基本组成和基本功能需求。横向对比当前光伏电站远程监控系统具有代表性的技术方案,根据自身项目的工程实际,提出了基于MODBUS-RTU和MODBUS-TCP工业标准协议的远程监控系统设计方案。其次,详细阐述了基于下位机的本地远程监控系统和基于上位机的中央远程监控系统的设计与实现过程。在本地远程监控系统当中,主要有下位机总体结构设计、下位机数据采集、A/D(Analog/Digital)转换模块设计、数据显示控制、串口数据通信等。在中央远程监控系统当中,主要有上位机远程通信模块设计和GPRS (General Packet Radio Service)无线通信方案的选取论证。对GPRS无线通信的特点和优势,以及如何构建和实现光伏电站数据链路通信和数据远程传输进行了阐述。最后,开发设计出基于力控开发平台的网页浏览器远程监控人机交互界面。通过界面,实时显示电站基本运行状态参数、逆变器分布图、故障统计分析对比图、发电量(日、月、年)统计对比图、远程负荷控制等功能模块,继而较大幅度地提高电站信息化管理水平和运维效率,综合提高光伏电站的经济效益。 【关键词】：光伏电站 远程监控 数据传输 无线通信 MODBUS协议
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP277;TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-20
• 1.1 项目背景12-15
• 1.2 光伏电站远程监控系统研究现状15-16
• 1.3 光伏电站远程监控系统研究意义16-18
• 1.4 本人工作内容18
• 1.5 论文组织结构18-19
• 1.6 本章小结19-20
• 2 光伏电站远程监控系统需求分析20-30
• 2.1 光伏电站远程监控系统基本需求分析概述20
• 2.2 系统用户分析20-23
• 2.3 功能需求分析23-28
• 2.3.1 数据定时采集、显示、串口数据通信23-26
• 2.3.2 系统安全和数据存储管理26
• 2.3.3 故障监测26-27
• 2.3.4 绘制统计图27
• 2.3.5 本地远程监控27-28
• 2.3.6 中央远程监控28
• 2.4 系统非功能需求分析28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 光伏电站远程监控系统概要设计30-36
• 3.1 光伏电站监控系统系统架构的目标和约束性条件30
• 3.2 系统架构设计30-35
• 3.2.1 系统功能架构32-34
• 3.2.2 系统物理架构34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 4 光伏电站本地远程监控系统详细设计36-60
• 4.1 下位机的总体设计结构36-40
• 4.1.1 下位机核心单片机主控电路37-38
• 4.1.2 下位机主程序设计38-40
• 4.2 下位机数据定时采集、A/D转换模块设计40-47
• 4.2.1 数据采集硬件设计41-43
• 4.2.2 数据采集程序设计43
• 4.2.3 数据采集定时器驱动设计43-47
• 4.3 下位机数据显示控制模块47-53
• 4.3.1 下位机液晶显示简要介绍47-48
• 4.3.2 液晶显示器的工作原理48-50
• 4.3.3 数据显示程序设计50-52
• 4.3.4 数据显示中断程序设计52-53
• 4.4 串口与数据通信设计53-58
• 4.4.1 I2C总线驱动、RS485总线53-57
• 4.4.2 MODBUS—RTU协议57-58
• 4.4.3 CRC校验58
• 4.5 本章小结58-60
• 5 光伏电站中央远程监控系统详细设计60-68
• 5.1 基于力控组态软件的上位机设计60-61
• 5.2 上位机远程通信模块设计61-63
• 5.2.1 MODBUS—TCP协议61-62
• 5.2.2 中央远程监控单元通信模块的流程62-63
• 5.3 GPRS远程通信设计63-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 中央远程监控中心界面设计与实现68-80
• 6.1 监控界面展示图69-75
• 6.2 数据库技术75
• 6.3 数据库设计75-79
• 6.4 本章小结79-80
• 7 系统测试80-86
• 7.1 系统测试目标和原则80-81
• 7.2 测试环境81
• 7.3 测试用例设计81-83
• 7.4 驱动模块采样波形83-85
• 7.4.1 I2C总线波形图84
• 7.4.2 数据采集定时器驱动波形图84-85
• 7.5 非功能性测试85
• 7.6 本章小结85-86
• 8 总结与展望86-88
• 8.1 总结86-87
• 8.2 展望87
• 8.3 本章小结87-88
• 参考文献88-92
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果92-96
• 学位论文数据集96

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