基于Android的光伏发电系统研究

2017-01-10马晓丽张晓蕾

电源技术 2016年12期

关键词：云端命令客户端

陈珊，马晓丽，张晓蕾

(石家庄信息工程职业学院，河北石家庄 050035)

基于Android的光伏发电系统研究

陈珊，马晓丽，张晓蕾

(石家庄信息工程职业学院，河北石家庄 050035)

以小型光伏发电为例，从光伏发电系统开始展开研究，结合基于Android的移动手机客户端提出一套实时性的控制管理系统。该系统通过基于ARM的嵌入式系统实现了现场数据的采集，并且利用ARM的串口通信功能设计了基于Android的移动管理终端软件。经过试验验证，该系统可有效地提高系统效率，具有一定的市场推广价值。

光伏发电；安卓；嵌入式系统

化石资源的枯竭使得人们不得不寻找一种新型的替代能源。光能在我们可以预见的未来是取之不尽用之不竭的可再生资源。光能还是一种十分清洁的能源，使用过程中没有任何的污染气体排放。在国家的大力支持下，我国的光伏技术处于世界的领先地位。光伏发电是利用光能的一大领域，大力发展光伏发电产业符合人们日益提高的环保理念，符合国家循环经济建设的政策方针，可以有效地缓解国家电网的供电压力。

在光伏发电产业发展过程中，不稳定性成为限制其发展的主要原因。光伏发电的不稳定一方面可能烧毁家用电器，另一方面这些不稳定的电能接入大电网会造成潜在的巨大风险。实现对光伏发电系统的实时性监控是提高发电质量的重要举措。现有的光伏发电系统主要是针对PC机进行的开发，虽然很大程度上提高了电网质量，但是人们只能在PC机上进行监测控制，使用局限性很大。本系统针对此现状，提出一套基于Android的移动客户端。该客户端可以使用户随时随地的监测光伏发电系统的工作状态并发送命令实现系统控制。

1 系统的整体结构

与大型的火电站、水电站不同的是光伏发电具有规模小、建设成本有限等问题。因此，已有的大型发电管理系统就不能很好地移植到光伏发电系统之中，我们需要研究设计一种新型的、专门针对光伏发电的管理系统，并且该系统应该具有操作简单、成本低稳定性高等特点。

本课题设计了一种基于Android智能手机的光伏发电系统。如图1所示，该系统由光伏发电现场的数据采集模块、云端数据处理中心和移动手机控制端三部分组成，不仅可以满足电站的监控与日常维护的智能化实现，而且还能有效地降低监控设备安装与维护的成本。

图1 基于Android的光伏发电系统结构图

如图1所示，在整个系统中布置在现场的各种传感器进行数据的信息采集，将采集信息通话ARM控制单元进行初步处理，并且利用ARM的通信功能将数据传送至云端的服务器。服务器将对数据进行进一步分分析处理，将处理结果以无线通信的方式传送到Android手机客户端。控制端以命令发送的形式实现对光伏发电的控制器进行控制管理，从而完成蓄电池储电和大电网并电。

移动控制端主要完成三个功能：第一，通过Android智能控制端获得电站周围运行参数以及管理人员命令；第二，将管理人员命令送达控制器，实现对电站的控制；第三，将管理人员命令传送至网络数据库以保留电站管理人员操作记录。

2 光伏电池模型

在光伏发电系统中，不仅要对太阳电池板矩阵的电压、电流及工作温度等信息进行采集之外，还要设计光伏电池的模型。光照不能人为控制，在光照过程中不可避免地会出现光伏电池板受到的光照不均匀现象。由于光伏电池本身产生的光电流很小，当光照不均匀时受到光照弱的一块电池板可能在其他电池板的影响下产生负电压，这就会出现二极管的负载效应，当电压低于一定值时会出现雪崩效应。为了避免该现象出现设计了如图2的考虑雪崩击穿的光伏电池模型[1]。

图2 考虑雪崩效应的光伏电池模型

如图2所示，针对雪崩效应，在建立光伏电池模型时加上了雪崩电压段。在图2中和分别是二极管D1和D2的电流；为反向雪崩击穿电流。

3 基于Android的系统设计

智能手机的飞速发展使得在移动端进行数据实时性处理变为现实。本课题开发设计了基于Android系统的光伏发电客户端，通过手机应用编程实现了对发电参数的采集及对发电及并网设备的控制管理。

3.1 客户端的实现

Android手机客户端作为光伏发电系统的移动控制端具有处理和上传电站运行参数、控制光伏组件的功能[2]。为了实现客户端更具模块化，本系统设计了如图3所示的Android客户端。该客户端分为5个模块，分别是数据传输模块、命令解析模块、智能管理模块、防盗模块和短信控制模块。

图3 Android客户端结构图

数据传输模块主要负责Android程序与ARM控制器和服务器进行数据通信的任务。该模块可将控制命令传送到ARM控制器，进而实现对光伏组件的控制，同时该模块还可以将服务器处理结果传送至Android客户端实现双向通信。命令解析模块则是负责采集管理人员输入的命令，经过解析后以HTTP协议发送到服务器端或者传送到发电现场的ARM控制端。智能管理模块主要负责处理组件信息，该系统中的数据信息一方面存储到手机内部存储，另一方面以HTTP协议标准传送至云端的服务器。云端服务器可对数据进行高速有效地处理，当发现数据异常时，主动向管理人员发送信息以提醒管理人员进行故障处理。如果情况格外紧急，例如检测到严重的短路现象、引发火灾等会直接发送命令给现场的ARM控制器进行紧急处理。除此之外，在系统中还设计了安全模块，主要包括登录账号的检测和手机防盗，其中手机防盗措施包括两部分：一方面是通过固定的安全号码发送信息给被盗手机，被盗手机会主动回传手机位置；另一方面是启动被盗模式之后，手机会自动回传并同时清除手机数据，以对系统实现数据保护。

3.2 服务器的设计

为了提高数据的处理效率，减少手机的数据计算负担。本系统还对云端服务器进行了开发布置。本系统在云端布置了Tomcat 6服务器和MySQL数据库从而实现了数据在云端的高速处理。服务器的设计思路如图4所示。

图4 服务器工作流程

如图4所示，Android客户端通过发送HTTP向服务器发送请求，返回参数以FastJSON进行封装，服务器端的HttpServer对象接收HTTP请求，然后进行解析FastJSON得到请求参数。请求参数采用JDBC技术存储到MySQL数据库，执行SQL语句返回的结果传递给HttpServlet对象，经过FastJSON封装后返回到客户端实现数据的读取工作。

4 总结

针对光伏发电系统的自身特点，本课题设计了基于Android的光伏发电系统。该系统在底层数据是通过布置在光伏组件及发电电路上的电流、电压和温度等传感器进行采集的，采集数据以无线传感网传送至ARM控制端，在控制端进行初步处理之后借助ARM的通信功能以GPRS的模式传送至云端服务器。电站管理人员可以通过Android客户端进行数据的监测并且可以发送命令，发送命令通过无线传输到达发电现场的控制端从而实现对光伏组件的控制操作和大电网并网的控制管理。

[1]吴忠军.基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的研究与设计[D].镇江：江苏大学，2007.

[2]吴亚峰，索依娜.Android核心技术与实例详解[M].北京：电子工业出版社，2010：22-25，246.

Photovoltaic power generation system based on android

Taken small photovoltaic power generation as example,based on photovoltaic power generation system, and also combined with Android based mobile client,a set of real-time control system was put forward.Then a data communcation system was achieved based on ARM system in data collection and ARM serial communication system.This system could effectively improve the efficiency.It also has certain market value.

photovoltaic power generation;android;embedded system

TM615

1002-087X(2016)12-2392-02