基于ZigBee的光伏发电监控系统研究

秦英炜 王刚

摘   要：这些年来，在社会经济大力发展的背景下，国家也更加重视环保问题。因此，新能源产业也在大力的发展过程中。其中，光伏发电就是一种新型的、绿色环保的新能源产业。这种发电技术不仅绿色环保，而且还可以减少非可再生能源的消耗。但是由于地区的限制，很多偏远地区无法对这一系统进行实时监控。因此，人们便将ZigBee技术融入到监控系统当中，以此来规避地区的限制。在本文中，就针对这部分的内容进行了探讨。

关键词：ZigBee技术  光伏发电  监控系统

中图分类号：TM615                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）10（b）-0014-02

能源是推动社会发展的一种驱动性力量。在发电行业，火力发电已经开始呈现出弊端了，为了能够更好地体现出当前的环保理念，光伏发电开始在世界各国得到了很大的发展。这是一种可持续强而且绿色环保的能源，可以很好地满足各方面的需求。但是，由于光伏发电站一般都建立在偏远地带，所以相关的监控和维护工作也就比较困难。因此，为了弥补这一缺陷，便在监控系统中引入了ZigBee技术，以此来实现远程监控。

1  关于ZigBee的相关内容

1.1 概述

所谓的“ZigBee”，其实就是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。在国际标准上，其具体是指一种短距离、低功耗的无线通信技术。“ZigBee”这一名称，主要来源于蜜蜂的八字舞。在具体应用的过程中，这种无线通信技术的特点就是距离短、复杂度低以及功耗低、成本低等，在自动控制和远程控制领域中的应用比较广泛，可以在各种设备中嵌入使用。简单来说，这一技术，其实是一种高可靠的无线数传网络，与CDMA和GSM网络比较相似。另外，这一技术的通讯距离从标准的75m到几百米，甚至是几公里都有可能，并且还可以支持无限扩展。

1.2 主要的优点

1.2.1 成本低

这种无线通信技术在具体应用的过程中，可以大幅度地简化协议，使其不到蓝牙的1/10，大大降低了对相关通信控制器的要求，从而减少了对成本的消耗。另外，ZigBee技术还是免协议专利费的。

1.2.2 功耗低

根据相关的研究可以了解到，在低耗电待机模式之下，仅仅只依靠两节5号干电池，就可以维持一个ZigBee节点工作6～24个月的时间，甚至还有可能更长。而在同样的模式之下，蓝牙只能够工作数周，而WiFi也只能工作数个小时。由此可知，ZigBee的功耗是比较低的，这也是ZigBee的突出优势。

1.2.3 短时延

从实质上来说，ZigBee的响应速度是极快的。在通常情况下，从睡眠状态转入到工作状态，ZigBee仅仅只需要15ms的时间。而节点连接进入网络，也仅仅只需要30ms的时间。而在同样的情况下，蓝牙需要3～10s，而WiFi 则需要3 s，从这点来看，ZigBee可以进一步地节省电能。

2  关于光伏发电监控系统的相关内容

2.1 功能

从实际情况来看，光伏发电系统通常会分为五个部分，分别是太阳电池板阵列、逆变器、跟踪装置以及蓄能装置和监控装置。只有这五个部分合作配合，才能够完成相应的发电和蓄能的过程。其中，监控系统的存在，主要具有着以下几个方面的作用：其一，对相关的發电设备进行数据采集。在这一环节中，主要是借助于各种传感器来进行的，而这些数据，通常包括着发电设备的运行时间参数、电流电压参数等等。其二，将采集到的数据进行转换。在这一环节，通常需要用到A/D的转换功能来完成数据的模数转换，只有转换之后，才能够进行之后的操作。其三，合理地借助ZigBee技术来将系统中的各个监控终端连接起来，然后再借助GPRS技术来与远程监控中心进行通信，以此来构建核心通信层。其四，合理地利用下层数据，充分地分析发电设备的实时运行状态。一旦发电设备出现异常或者是故障，那么相关的中央控制中心则应该及时采取相应措施进行处理。

2.2 监控系统的总体结构

在本文中，主要针对三层太阳能发电无线检测及控制系统来进行分析。在这一系统中，系统的总体结构分为三层，其中，底层为数据采集和执行层，第二层为数据传输层，即通信层，而第三层则为上位机应用层。其中，在底层中，设有环境数据传感器、设备运行传感器等。在具体工作的过程中，这些传感器可以将检测到的各项数据传输到数据融合服务器当中，然后再通过A/D模式来对这些数据进行初步的转换处理，以便数据之后的传输可以更加顺利。另外，在这一层中，还有数据执行层，在数据执行层中，可以通过ZigBee网络来传输传感器所采集到的数据，并且结合相关的MPPT控制测量来实现太阳阵列的方位。其中，第二层的功能，在底层中就有所体现了。这一层主要是借助ZigBee网络来将数据上传到第一层当中。在第三层中，主要的功能就是监控太阳能阵列运行情况，并且根据具体的运行数据来远程控制各项设备的运行状态。

2.3 针对通信层的研究

在光伏发电监控系统中，通信网层位于第二层，这一层结构的主要功能就是借助ZigBee网络来将前端的传感器数据融合模块与现场的监控中心进行连接，然后再通过GPRS来将现场监控中心与远程监控系统进行连接。一般来说，在这一监控系统当中，通常都可以根据实际情况来设置多个前端模块或者是多个参数采集节点。这些节点所收集到的数据，需要提前进行处理，将冗余数据去掉之后再将其传输到通信层当中。

在底层的通信网中，主要是通过ZigBee技术来实现无线网络的通信功能的。一般来说，一个标准的ZigBee网络，通常是由多个部分共同组成的，通常是一个汇聚节点、若干个盲点以及静态节点这三部分。另外，在底层数据采集层中，通常还会设置数据接收终端，并且使其与现场控制中心进行连接。而在实际情况下，现场控制中心的构建，通常还可以利用PC机或者是服务器来实现。这一部分的主要作用，其实就是接收告警装置中的信息。这样一来，若是某些设备在光伏发电的过程中出现了异常或者是故障，那么这一系统就可以及时将信息反馈给现场的管理人员或者是监控人员，同时将数据信息传输到远程控制中心，由远程控制中心下达具体的执行命令，以此来实现对发电设备运行状态的远程控制。在实际情况中，现场监控系统与远程控制中心之间的通信，其实是通过GPRS技术来实现的。这一技术在具体应用的过程中可以使用分组交换以及分组传输的概念。因此，在数据传输的过程中，无线信道也就不会被固定占用，可以确保无线信道的合理和充分使用，以此来提高数据传输的效率。

3  结语

总而言之，所谓的ZigBee技术，其实是一种新型的无线数据采集和传输技术。而且，这一技术也是一种短距离无线通信技术，其在实际情况中的应用核心就是构建相应的ZigBee网络。在光伏发电产业中，若是可以将ZigBee技术与GPRS技术有效结合起来，那么就可以实现对光伏发电系统的无线远程监控，这种系统不仅可以对相关的数据信息进行在线采集，而且还可以实现远程传输监控，具有着很多的优点，例如数据传输速度比较快、维护起来十分方便等等。

参考文献

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