基于LabVIEW的光伏在线监测系统

杨伟鹏 李宝 呼珅存

摘 要：本文针对传统光伏监测系统性能差、设计烦琐以及数据远程通信难度大等问题，设计了一种基于LabVIEW的光伏在线监测系统，并详细论述了该系统硬件与软件设计，同时利用LabVIEW网络通信功能，实现了监测数据远程快捷通信功能。

关键词：光伏发电;监测;LabVIEW

中图分类号：TM615文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）29-0023-02

Abstract： In view of the poor performance of traditional PV monitoring system， the cumbersome design and the difficulty of data remote communication， this paper designed a photovoltaic online monitoring system based on LabVIEW， and discussed the hardware and software design of the system in detail， and used the LabVIEW network communication function. The remote data communication function of monitoring data was realized.

Keywords： photovoltaic power;monitoring;LabVIEW

太阳能光伏发电系统由很多分散光伏组件单元构成，为了保证系统可靠、高效运行，需要对光伏发电系统进行监测，获取系统各项参数。目前，绝大多数光伏发电系统都是利用计算机监测技术进行工作，这不仅有利于光伏发电系统运维，同时还可以通过获取发电系统参数，为系统的改进提供参考数据，所以对光伏监测系统进行研究十分必要。然而，传统光伏发电监控系统普遍存在设计烦琐、运行不稳定、可扩展性不强和数据分析能力低等问题。基于此，本文基于LabVIEW开发环境设计了一种新型光伏在线监测系统，有效解决了上述光伏发电监测存在的问题。

1 系统原理

本文设计的光伏在线监测系统原理图如图1所示。该系统利用各种传感器监测系统数据，之后将传感器得到的电信号通过信号调理装置或变送器进行放大、隔离或滤波操作，通过调制后的监测信号传至监测现场的数据采集卡，进行信号处理。主监控系统通过RS-485串行总线与监测现场下位机进行数据通信，利用LabVIEW开发环境、数据采集卡软件驱动程序以及各种传感器构建出数据在线监测系统，完成监测参数采集、显示、分析和存储工作。同时，利用LabVIEW中的网络发布工具实现远程数据监测[1]。

2 硬件设计

本文设计的光伏发电在线监测系统，监测的主要数据包括三部分：第一是光伏组件方阵运行时的电流、电压和功率等参数;第二为光伏组件周围的环境参数，主要包括风速、环境温度、太阳辐照度等;第三是通过软件分析出的一段时间内的总的发电量以及环境参数平均值等。

根据需要检测的参数，本设计对传感器进行细致选择，其中温度传感器以PT100作为测量元件，其温度采集范围为-200～+850℃，标准化输出信号主要为0～10mA、4～20mA和1～5V的直流电信号。本设计系统使用的输出信号为1～5V电压信号。直流电压、直流电流测量采用中创智ZH-4424#系列的ZH-44241-14F224路全隔离直流电压采集器以及ZH-44242-14F224路全隔离直流电流采集器，电压测试范围为0～400V，选用可靠性较高的电流采集器和电压采集器，每通道之间相互隔离，电源、通信与被测端全隔离[2]。

功率测量根据当前系统测量出的电流值和电压值，利用计算机软件编程实现;风速测量采用青易生产的QS-fs风杯式风速传感器，其风力为0.2～0.4m/s，量程为0～32.4m/s，输出信号为0～5V电压信号;太阳能辐射仪使用EKO的MS410总辐射仪，其为热电堆型辐射仪，具有180°视场角，量程0～4 000W/m2，输出信号可以采用0～40mA、4～20mA和0～5V的直流电信号，本系统选用0～5V电压信号。

为实现采集电压信号和计算机之间的通信，本设计选用ADLINK公司的PCI9112数据采集卡，该卡具有12位A/D分辨率，采样率最高为110kS/s，可以实现16路单端模拟输入测量，测量范围为±5V。同时，该卡还具有2通道12位模拟输出、16通道数字输入输出以及1通道16位通用定时器，可以满足后期监测系统信号输出和定时计数要求[3]。

3 软件设计

LabVIEW程序开发环境由美国国家仪器公司研制开发，其将技术人员所熟悉的术语、图标和概念转化成为图形化编辑语言。在软件编程过程中，利用图标和连线代替了文字程序代码。因此，基于LabVIEW程序开发环境设计的数据监测系统多具有编程简单、界面友好以及可扩展性强等优点。

3.1 軟件设计

本监控软件利用LabVIEW开发环境编写，实现光伏发电系统周围的环境温度、电流、电压以及辐照度等数据的显示、储存与分析功能，系统面板如图2所示。系统交互界面主要由综合数据监测模块、环境参数监测模块、发电参数监测模块和数据分析处理模块组成，各模块通过选项卡切换，实时显示数据，其中数据分析处理模块具有历史数据查找、数据显示和数据分析的功能[4]。

3.2 数据库建立

本监测系统建立了五类数据表来储存不同的数据，分别为环境参数、光伏组件参数、逆变器参数、累计发电量（包括逐小时、每日、每月）以及系统总发电量，利用SQL Severs数据库建立这五类数据系统，并使用LabVIEW开发环境中的SQL开发包函数实现SQL Severs数据库的写入与读取功能。

3.3 网络通体系功能实现

在LabVIEW开发环境中，具备通过远程访问来实现网络通信的功能，因此远程访问只需要进行相应的设置即可。具体设置方法如下：利用LabVIEW网络通信中的C/S模式构建网络通信系统，将监控现场计算机设置为服务器，并在LabVIEW中完成服务器相应配置设置，主要设置内容有设定服务器名称及属性、设置客户端访问权限等;在服务器上完成相应设置后，在服务器端发布远程监控网页及相应的链接，远程监控计算机即可作为客户端通过网页浏览器，访问服务器发布的网页链接，实现光伏发电系统远程在线监测功能。

4 结语

本文设计了一种基于LabVIEW开发环境的光伏在线监测系统，设计过程中选取了合适的光伏发电监测传感器、变送器、数据采集卡以及数据通信总线，同时利用LabVIEW的网络通信功能，实现了监测数据远程通信功能。本系统具备运行稳定、界面友好、可扩展性强及成本低等优点，具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]徐晓龙.基于LabVIEW的光伏电站数据监测系统研究[D].西安：陕西科技大学，2015.

[2]彭睿.太阳能环境监控参数的采集与分析[D].武汉：武汉纺织大学，2012.

[3]高远.光伏发电数据监测系统的研究与设计[J].通讯世界，2017（1）：170-171.

[4]陈树学.LabVIEW使用工具详解[M].北京：电子工业出版社，2014.