[发明专利]一种基于工业无线网络的光伏电站监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术，具体地说明了一种基于WIA工业无线网络的对光伏电站的运转进行实时监测和控制的通信系统。

背景技术

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳能直接转化为电能，目前光伏电站的主要组成部分包括：太阳能电池组，汇流箱，逆变器，变压器等设备。该系统需要监测的主要数据有太阳能电池组的实时角度，汇流箱输入输出的直流电流电压值，逆变器的电流、电压、功率、发电量、开关量、告警量等参数。由于带有跟踪系统的太阳能电池组会比固定安装的太阳能电池组提高10％到30％的发电量，因此原有光伏电站的跟踪系统还需要使用PLC模块对太阳能电池组的角度进行控制。

对于这些需要采集和控制的数据，目前主要采用有线连接方式。无论使用RS485接口还是以太网，都需要针对每一个太阳能电池组、汇流箱、跟踪支架等设备进行有线连接，直至连接到控制室的上位机。由于光伏电站的场地面积较大，如果按照现有方式采取有线方式监控，则系统的布线复杂，还需要额外增加PLC等控制设备，且对PLC无法做到实时监控，设备的布局都将受到限制，不仅增加建设和维护的成本，且可扩展性较差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，降低光伏电站的建设和维护成本，提高整体布局的灵活性，方便用户的管理，本发明的目的在于为光伏电站提供一种基于WIA工业无线网络的监控系统，该系统能完全取代现有的有线连接系统，完成对设备的数据采集，太阳能电池组的追日控制，电站的日常管理等功能。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于工业无线网络的光伏电站监控系统，包括

上位机，布局于监控室中，为用户提供监控系统的人机交互界面，与通过以太网与无线网关连接，用于对光伏设备的监控；

无线网关设备，完成与无线节点设备之间的数据和控制命令交换，为上位机提供查询和控制接口；

无线节点设备，分散布局于每个被监控的的太阳能电池组跟踪支架和光伏汇流箱处，采集太阳能电池组和光伏汇流箱的数据。

所述上位机通过以太网与无线网关设备连接，使用MODBUS TCP协议进行通信。

所述无线节点设备与无线网关设备采用基于WIA工业无线网络进行通信。

所述无线节点设备与太阳能电池组跟踪支架的电机相连，依据内置太阳跟踪算法，实时改变电池组的角度，实时将太阳能电池组的当前角度，通过无线网关上报到上位机中。

所述无线节点设备与光伏汇流箱通过RS485接口连接，使用MODBUS RTU协议进行通信，完成数据采集。

所述无线节点设备采用光伏汇流箱内部提供的电源，无线节点设备的天线置于光伏汇流箱内。

所述无线节点设备采集太阳能电池组和光伏汇流箱的数据的方式包括自动模式、手动模式和紧急模式，可随时进行采集方式的切换。

所述自动模式为：无线节点设备将从无线网关获取每天的日出日落时间等信息，实时计算某一个时刻太阳能电池组的最佳受日照角度，控制跟踪支架分时段、分季节不间断的自动跟踪控制，以达到提高发电效率的目的。

所述手动模式为：太阳能电池组跟踪支架按照上位机的控制命令进行动作。

所述紧急模式为：在用户获得恶劣气象报警的特殊情况下，通过管理员对上位机的操作，控制全部太阳能电池组调整到安全的角度位置。

本发明提出的基于WIA工业无线网络的光伏电站监控系统，是在充分考虑光伏电站结构特点的前提下提出的，具有布局简单，维护方便，实时性好等优点，具体表现在：

1.整个光伏电站监控系统采用WIA工业无线网络布局，提高了系统的灵活性，降低了管理和维护的难度，无线节点安装完毕后，即可自动入网，接受网关的统一管理，无需人为干预，这极大的提高了监控系统的可扩展性；

2.以无线节点取代PLC，完成对太阳能电池组跟踪系统的监控，可省去复杂的控制连线，降低实施难度，节约成本。另外，无线网关可统一管理每个无线节点，从而减低管理难度，提高控制系统的工作效率；

3.无线节点可以和汇流箱设备实现一体化设计，省去汇流箱额外的控制设备和连线，既方便了用户对汇流箱各输入输出参数的监测，又提高了汇流箱布局的灵活性；

4.WIA工业无线网络的单跳通讯距离可达一公里以上，加之无线节点都具备转发功能，整个无线系统的覆盖面积可以不受场地的限制，这非常适合于光伏电站的场地面积大的特点；

5.无线网关和节点都支持MODBUS协议，可以方便的与汇流箱、逆变器、上位机实现连接及通信功能。