太阳能微逆变器监控系统通信方式分析

朱海凌

太阳能微逆变器监控系统通信方式分析

朱海凌

（深圳职业技术学院 电子与通信工程学院 广东 深圳 518055）

通过对微逆变器系统的研究，探索此系统的通信方式，对比了太阳能微逆变器系统数据的2种传送方式，一种是以电力线传输方式，性能稳定，效率高成本低易于实现，但需要铺设网线；另一种是通过无线方式实现，借助于运营商，通过GPRS数据传输，不受地域限制，但这种方式成本高，受天气周围环境影响．

微逆变器; 光伏发电系统; 监控；电力线

随着环境保护意识的增强，再生能源和环保能源越来越受关注，太阳能发电已成为全球关注的热点．IHS预测：2013年全球光伏系统装机量将达到35 GW，而2014年的安装量将增加15%，达到40 GW左右．中国发改委2014年规划光伏系统装机量12 GW目标，其中分布式光伏的规模占8 GW．2014年，日本、拉丁美洲和东南亚等新兴市场将进一步促进光伏产业的发展．在光伏投资方面，IHS预测2014年全球在光伏设备和产量上的投资将增长42%[1]．而英国预计在2030年全部取消燃煤发电[2]．大规模的投资有力地推动了技术进步，从而使太阳能光伏发电技术日趋成熟，而对太阳能发电系统的管理就尤为重要．太阳能微逆变器监控系统，即分布式光伏发电系统，就是每块太阳能电池板都连接微逆变器将太阳能转换成电能，单独记录每个微逆变器的发电量及工作状况并将此参数传送到监控器，通过监控器实时观察每块太阳能板、微逆变器的状态．本文对基于电力线传输和无线网络传输的通信方式进行了阐述．

1 太阳能微逆变器系统的特点

太阳能微逆变器是小功率逆变器，它直接接至每一块太阳能电池组件将其输出的直流电转换成交流电．微逆变器的光伏发电系统由于各组件之间相互独立，它可以减少因不匹配造成的功率损失，使光伏系统设计更加简单和灵活，而且没有高压部分也不需要使用直流设备，可以降低成本和提高安全性．此系统采用的是分布式并联发电系统，这种系统最大的特点是功率相对较小，利用存在于用户附近的各种能源像就近发电并网，可以有效利用当地资源．系统的优化和监控都达到了组件级，从而在整体上给系统提供了更优的性能．同时，这也增强了系统的稳定性，使系统易于扩展．

2 太阳能微逆变器监控系统通信方式

太阳能微逆变器监控系统可以概括为：逆变系统、信息采集系统、传输系统和监控系统组成，如图1所示．逆变系统就是从太阳能发电板上采集到的直流电通过微逆变器将其转换为交流电，完成D/A转换；其次是信息采集系统，根据每个逆变器采集到逆变回来电压电流信号的强度计算出功率和发电量，将其数值转换成数字信号，并按照一定的通信协议用字节表述；传输系统就是将采集到的数字信息传输到监控终端；监控系统则是将传输来的每个逆变器的信息通过软硬件解析出来用显示器展示，从而可以监控到每个微逆变器的状态及发电量．信息采集系统、传输系统和监控系统每一部分都有多种软硬件方案，在此讨论其传输系统的2种通信方式：电力线传输通信和无线传输通信．

图1 微逆变器监控系统框图

2.1 电力线传输的通信方式

电力线传输就是利用电网进行电力线载波通信实现数据传输．这种通信方式无需重新布线，具有实用、方便、成本低等优点[3]．图2是基于电力线传输的微逆变器监控系统，逆变系统从太阳能发电板上采集到的直流电通过微逆变器将其转换为交流电，完成D/A转换，在市电网中并网传输．信息采集系统根据每个逆变器采集到逆变回来电压电流信号的强度计算出功率和发电量，将其数值转换成数字信号，并按照一定的通信协议用字节表述．数据信息包括采集时间、逆变器信息、电压、电流、功率、发电量、温度、湿度等．传输系统就是将采集到的数字信息通过正交调制的方式在电力线中传输；监控系统则是将电力线传输来的每个逆变器的信息通过软硬件解析出来用显示器展示，从而可以监控到每个微逆变器的状态及发电量．可以在监控系统接收端引入媒体网关将媒体网关接入传输系统并接入公共网，从而使每个具有授权的用户都可以都通过网络观测到微逆变器的状态，这就是电力线传输通信系统．

在此信息采集系统中采集数据的方式有多种，本方案采用Mi200E芯片完成，这是一款专门针对低压电力线进行优化设计的高集成度高性能的电力线载波通信芯片，外围电路简单．当然也可以通过单片机或DSP完成，这种通信方式适合远距离传输信号．每块太阳能板位置ID，发端传输数据通过协议发送接收点可以知晓每个ID的状态；通过媒体网关，将采集到的信号通过网络远距离传输，远程将数据存放在服务器上，通过网络终端实时观察到每个逆变器的状态，如图3所示．其优点是远程监控性能稳定，只要有电网就可以传送信号．缺点是对大量太阳能板监控必须要利用媒体网关和服务器，如图4所示，这种监控要有公共网络存在，否则无法进行远程监控．

图2 基于电力线传输通信的微逆变器监控系统

图3 电力线传输的微逆变器通信系统

图4 电力线传输的网络图

在上述基础上进行改进，每个太阳能电池板都连接一块微逆变器，每个网关节点可以检测多个微逆变器，每个网关节点存储的数据通过网络传输至中心服务器进行存储，从而可以通过网络观察到每个监控网关乃至每块太阳能电池板的发电状态．这种就是基于电力线传输的远程监控服务系统．

2.2 无线网络传输方式

此系统也包括逆变系统、信息采集系统、传输系统和监控系统4部分．逆变系统包括太阳能电池板，微逆变器，负责将直流电压转换成交流电的功能．信息采集系统将采集到的数据按照协议方式编码；而传输系统则将采集到的信息通过GPRS模块调制传输；通过无线通信网络传送至监控中心相连的GPRS模块，负责收集各个监测站点上传的监控信息，并发送各种操作命令以控制监测站点的行为[4]．

这种监控系统适合于无人值守的，少维护的偏远地区的光伏地区，无需铺设网络，借助于无线通信系统，将太阳能板的环境、工作状态进行实时检测，通过网络传输至监控中心．但其稳定性受到天气等外界的影响，成本较高．

图5 无线传输系统

3 监控软件配置

用于远程监控的软件有多种：①可以采用Visual B软件进行编程，系统完整，基于所采集的信息已经存入数据库中，面向对象的可视化界面，美观大方，从系统检测、数据处理、信息查询3个基本界面和用户管理、参数设置、帮助等界面组成，每个界面都完成一定的功能，但它是一个功能丰富的虚拟系统[5]．②可以用C++ builder进行编写监控程序[4]，高性能可视化集成开发工具，有对象观察器、控件板、工程管理器、集成编辑器和调试器等一系列可视化快速应用程序开发（RAD）工具，可以很轻松地建立和管理自己的程序和资源．③用Labview软件进行，这是通过图形化编程的语言，可以比较容易的组建监控系统，构造人机友好界面，开发维护方便，无需编写繁琐的计算机代码，简化程序设计，而且检测者可以直观、形象、方便的观察到检测的状态[6]．④还可以采用java软件进行编写，直接将数据存入数据库，快速、方便，界面简洁，后台维护方便．

[1] 2014年全球光伏安装量将超40GW[OL]．http://www. nea.gov.cn/2014-01/09/c_133030576.htm[2014-01-09].

[2] 2030年英国可能取消全部燃煤发电[OL]．http://www. in-en.com/finance/html/energy_09160916902112027.html [2014-01-14]．

[3] 邵祥兵，温秀兰，唐桂富，等．基于电力线传输的网络型温湿度监控系统设计[J]．研究与开发，2011，30（12）：41-43．

[4] 彭继慎，李文帅，李秋香．太阳能光伏发电无线远程监控系统的研究与设计[J]．计算机测量与控制，2012（12）：3228-3231．

[5] 王淼．太阳能远程监控系统[J]．电气技术，2011（12）：59-62．

[6] 高立艾，唐娟，于华丽．基于太阳能的无线室温环境检测系统的设计[J]．江苏农业科学，2013，41（1）：372-374．

Communication Mode of Solar Micro-Inverters Monitoring System

ZHU Hailing

（School of Electronic and Communication Engineering, Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, Guangdong 518055,China）

Communication mode of micro inverter system is dealt with. After a theoretical analysis, a comparative study of two types of data transmission of the solar micro inverter system is made. The one transmitted on power line is characterized by stable performance, high efficiency, low cost and easy realization, but it is cable-based; the other one transmitted on the wireless way transmits data by GPRS with the help of operators, it’s regional-free, and easily influenced by weather and surroundings, but it is expensive.

microinverter; photovoltaic system; monitor; power line

TM464

A

1672-0318（2014）03-0021-03

2013-11-18

朱海凌（1965-），江苏人，副教授，主要研究方向为移到通信技术．