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    太陽能光伏發電系統可以應用于網絡嗎?

    發布時間:2020-05-10 來源:轉載 編輯:網絡 閱讀數:

      1 引言

      近年來,太陽能光伏發電技術在國內外得到了廣泛應用和飛速發展。世界太陽能光伏產業以年平均超過33%的增長率發展, 2002年的增長率更是超過40%。目前,全世界的光伏系統裝機容量己經超過2. 0GW 到2010年將超過15GW。未來,太陽能光伏建筑一體化、光伏并網系統是太陽能光伏應用的最終發展方向。然而,光伏并網電站系統的運行一般都是處于無人執守的情況下運行,太陽能光伏電站是由一個個分散的光伏發電子系統構成,要對地域上廣泛、分散的光伏系統進行監測維護是十分困難、繁瑣的,需要大量的人力、物力。采用本地、遠程監控技術對光伏發電系統進行實時監控,達到將這些分散式的能源系統進行集中調度管理,實現大電網的調峰、分配、計量、有效使用等目標,可以將地域上廣泛的、分散的太陽能光伏并網系統聯系起來,構成一個安全的、智能化的、分散式綠色能源調度管理大系統。因此,研究光伏系統本地、遠程監控技術具有十分重要的意義。特別是我國即將到來的能源短缺,加速并網太陽能光伏電站在城鄉的普及推廣具有重要現實意義。

      本文研究的主要內容是利用以太網技術, 通過構建以DSP為核心的嵌入式Web2Sever并與Internet互連,實現對光伏系統進行狀態監控、故障檢測、數據采集、能源調度與分配、計量等。

      2 系統實現原理

      圖1是光伏發電監控系統的系統框圖。其中最主要的是以DSP為核心的嵌入式Web2seve r,電能計量及相關參數監測,液晶顯示等部分。其中,電能計量部分不僅要計量由逆變器轉換后的電能量和諧波量等,而且還要通過采集各種傳感器的信息來監測太陽輻照量、太陽電池板溫度、太陽電池陣列電壓、蓄電池電壓、太陽電池陣列電流、蓄電池電流。所以它已經不是傳統意義上的電能計量,而是一個功能完善的數據采集系統。因此采用先進的DSP 測量技術,以保證電能計量表的高精度和高穩定性。

      系統原理框圖

      3 系統方案設計

      3. 1 通信方式的選擇

      本系統采用以太網的通信方式,其優點是以太網應用廣泛, 成本低廉, 通信速率高, 軟硬件資源非常豐富等,由于以太網的這些優點,利用以太網技術做為網絡通信平臺有很多的優勢,通過In te rne t接入系統,只要擁有一臺能上網的電腦、PDA或者手機,就能隨時隨地對光伏系統中的設備進行自動化監控,對能源進行優化管理與控制,有很大的應用前景。

      3. 2 基于ADSP2BF537的網絡通信模塊的設計

      本系統選擇ADSP2BF537做為主控制器,該芯片是一塊時鐘頻率高達600MHZ的高性能blackfin處理器,片內有132KB全速SRAM, 10級R ISC MCU /DSP流水線,具有最佳代碼密度的混合16 /32位ISA,功能強大和靈活的高速緩存很適合軟實時控制和工業標準系統,以及硬實時信號的處理,而且該芯片嵌入了IEEE802. 3兼容10 /100以太網MAC,有緩沖振蕩器輸出到單獨的PHY,非常適合做以太網控制器,簡化了電路的設計,節約了設計成本。物理層接口芯片選用LAN83C185,該LAN83C185芯片是低功耗高集成度模擬接口IC,包括有編碼器/譯碼器,擾碼器/解擾碼器,帶整形和輸出驅動器的發送器,帶片內自適應均衡器和基線漫游(BLW)修正的雙絞線接收器,時鐘和數據恢復電路以及媒體單獨接口(M II)部分,集成了帶自適應均衡器的DSP,支持自動流通和平行檢測,工作電壓3. 3V, 完全和IEEE 802. 2 /802 /3u 標準兼容, 有全雙工10BASE2T/100BASE2TX收發器,支持10Mbp s和100Mbp s不屏蔽雙絞線,完整的功率管理特性。

      3. 3 電能計量模塊的設計

      在設計中,采用美國模器件公司的ADE7169作為電能計量芯片,該電能計量芯片將AD I公司成熟的電能測量內核與微處理器、片內閃存、LCD驅動、實時時鐘和智能電池管理電路結合在一起,不僅降低了功耗而且簡化電路的設計。電壓傳感器采集的電壓信號,經過濾波以后,通過49腳和50腳送入電能計量芯片,同樣通過電流傳感器獲得電流信號,經過濾波以后送入電能計量芯片7169的52腳和53腳,這樣便可以進行有功功率、無功功率和視在功率的電能計算,以及電壓有效值(RMS)和電流有效值RMS的測量。以ADE7169為核心的電能計量模塊的電路圖見圖2。

      電能計量模塊

      3. 4 人機接口的設計

      人機接口設計包括液晶顯示模塊。液晶顯示模塊采用TSG128128A系列模塊此系列液晶顯示模塊基于SMD技術,顯示內容為128x128點圖形點陣式,連接模塊22插腳,引腳間距2. 54mm. 典型的操作電壓電流;可進行對比度的調節,顯示效果清晰,屏幕穩定性能好。該模塊與ADE7169 的7 - 33 腳連接。

      4 軟件設計及其工作流程

      本系統的RJ - 45為系統與局域網的接口。由于大部分局域網都采用以太網,這里的LAN83C185就是用于處理以太網協議( IEEE 802. 3)的。數據的流向是請求信息從局域網中來,通過RJ - 45送到LAN83C185,處理后的數據包送入DSP系統的協議棧,由協議棧對數據包進行解析,得到原始請求信息。請求信息再經過DSP系統的處理,產生響應信息。響應信息通過局域網傳送到用戶的瀏覽器。整個系統的軟件流程如圖3所示。

      軟件流程圖

      本系統中嵌入式Web服務器的軟件主要由芯片初始化設置、lwip協議棧的實現、數據采集及處理等模塊組成。在程序中加入基于lwip協議的用戶自定義數據通信協議。這樣就能使客戶局域網中的PC機與嵌入式Web服務器進行自定義的通信,如:發送數據采集命令、采集參數初始化命令等。網絡層部分加入了地址解析協議(ARP ) ,實現IP地址到物理地址的映射。

      協議棧的實現主要分為接收數據包的解釋以及發送數據包的打包。以太網數據以幀的格式進行傳輸,如果幀類型字段值為0x0806,則為ARP包;如果為0x0800,則為IP數據包。

      接收幀時,根據不同的幀類型由不同的軟件模塊對它進行處理。發送數據幀時,也根據不同的幀類型由不同的程序進行打包處理。幀的接收和發送都是基于物理層對PHY的操作,包括讀接收緩沖區、寫發送緩沖區。

      5 結束語

      本文的創新之處在于利用以太網的技術,構建一個以DSP為核心的并加載LW IP協議棧的能與Internet互連的小型嵌入式Web Server,實現對光伏設備進行自動化監控和對電能進行優化管理與控制等功能。通過實驗表明,當輸入本系統的地址http: / /192. 168. 1. 36 / index. htm, 就會在瀏覽器中顯示監控網頁,通過點擊各個功能按鈕,能獲得當前電壓、當前電流、有功功率和無功功率的大小,以及設備工作的環境溫度等參數,目前,本系統能在局域網內,實現對光伏系統的設備的遠程監控。

     


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