基于DTU和Kingview的光伏发电站监控系统的设计

郝玉然，焦 爽，焦东宏

（华北水利水电大学 河南 郑州 450000）

1 引言

随着煤、石油和天然气等化石能源的不断减少和科学技术的不断进步，以太阳能风能为主的新能源作为能源开发的主要对象。光伏发电是太阳能的应用形式之一，发电站现场有大量节点，而且容易遭受自然环境的破坏[1]。因此，为了实时了解光伏发电站的情况需要对其进行准确监控[2]。

针对本项目光伏发电站比较分散、数据传输距离远和站点的数据要在同一个监控画面中显示等问题，文中设计的系统使用四信DTU和Kingview7.5SP1对现有的光伏电站监控系统进行改进，使用四信DTU构建无线网络，监控界面在上位机中完成。

2 监控系统的组成

本文设计的光伏电站监控系统主要有现场监控节点、四信DTU和远程监控中心这3个部分组成[3]。现场监控节点有Growatt光伏逆变器、Pt100温度传感器等需要进行发电量的数据采集和环境温度监控的设备，这些设备是modbus从站，通过modbus协议与四信DTU进行数据通讯[4]；四信DTU作为modbus主站，一方面能与现场需要监控的设备进行数据传输，另一方面通过GPRS无线网络与远程监控中心的虚拟串口进行数据通讯；远程监控中心设备有上位机，上位机也可以与打印机进行连接，上位机监控画面开发是基于Kingview7.5SP1完成的。系统整体结构图如图1所示。

图1 监控系统整体结构图

根据项目的工作要求，监控系统需要有以下5个基本功能[5]：

（1）实时数据监测。对系统运行数据（像电网电压、逆变器输出功率）和环境参数（如温度）进行实时数据采集，并将采集的数据传到上位机的监控画面中。

（2）数据存储及处理分析。系统能自动保存各站点的日、月和年发电量，并将发电量转换成售电收入。同时监控系统能自动将监控的相关数据转换为节能减排效益、经济效益等数据。

（3）故障监测及报警。在组态王监控画面中设定系统参数正常运行的上下限和报警先后顺序，当某一站点的其中一个环节参数不正常时，监控系统能显示错误信息，方便工作人员及时处理。

（4）监控画面中能够看到报表及各站点实时功率趋势曲线。系统能自动对实时数据报表进行保存，便于工作人员对发电站运行数据查看及分析。

（5）与常用软件有较好的兼容。监控系统中相关数据能用Oiffce等软件打开，使分析数据更加方便。

3 通讯网络的设计

根据性能需求，远程监控中心设备选购预装Window7系统的联想台式机。现在windows7系统使用较多，Kingview7.5SP1与Window7系统有较好的兼容性。modbus主站及modbus从站均采用厦门四信通讯有限公司的设备。Modbus主从设备查询响应如图2所示。现场部分硬件设备接线图如图3所示。modbus主从站设备使用双绞线进行硬件连接，并需要在模块上进行从站地址设置，在确保主、从站设备都正确安装后，使用Tcp2Com软件进行系统组态。

图2 modbus主从设备查询响应

图3 现场硬件设备接线图

4 上位机监控界面的设计

本系统以Kingview7.5SP1为平台进行光伏监控系统画面的开发，完成对各个站点光伏电站数据的实时监控。在监控界面开发时，主要使用组态王7.5SP1中的文本控件、图形控件、直线控件、数据报表、报警窗口等模块进行画面设计，并根据系统设计需要编写月发电量，年发电量和月售电收入等数据命令语言，监控系统采用主界面操作，系统界面结构如图4所示。

图4 监控系统界面结构框架

监控系统主要包括主画面、报表、报警显示、累计节能减排数据等工作画面。在主画面中能监控逆变器工作状态和运行不正常时报警的功能，系统主画面如图5所示；报表界面包括系各乡镇日月年报表、村级日报表以及实时数据界面，能够分析光伏电站运行数据。报警可以显示错误代码、报警界限值等信息；节能减排数据是将发电量通过系统自动计算转换为环保数据，如CO2减放、节约标准煤量等。

图5 主画面

通过点击报表界面，可以切换到乡镇报表和村级报表等，观察主画面可以知道光伏电站的运行情况、发电量和发电收入等数据。

5 系统优点

本次项目设计的系统主要有下面几个优点：（1）本系统实时性比较好、可靠性好。在当前工业通讯领域中，Modbus比其他通讯方式占有更大份额，传输速率快、可靠性高。通过GPRS无线传输网络进行数据传输，成本较低，距离不受限制[6]。（2）人机交互界面良好和功能多样化。用Kingview7.5SP1软件进行界面开发能够把数据直观的展现出来；同时让监控系统具有多元化的功能，如数据处理软件Excel软件、数据库有较好的兼容性，系统可以显示出报警错误类型的功能，直观明了。

6 结语

本次针对郸城县光电扶贫项目设计的光伏发电站监控系统，主要运用DTU的GPRS无线传输方式和modbus协议与现场设备进行数据传输，运用组态王7.5SP1软件实现光伏发电站监控界面的开发。本系统具有容易组网、数据传输距离远、传输数据稳定和响应速度快等特点。在光伏发电大量推行的今天，使得光伏发电站的自动化水平明显提高，能够随时知道发电站内的运行情况，具有良好的经济效益。