并网监控（精选5篇）
并网监控 篇1
0 引言
随着不可再生能源的逐渐减少, 太阳能等新型能源的开发必将得到足够的重视。所谓的光伏并网发电, 其实就是利用太阳电池的光生伏特效应将太阳能转换成电能进行发电。但就目前来看, 有关的光伏并网发电技术尚不够成熟, 所以还需要利用配套的监控系统对光伏并网过程进行监控。而利用该系统, 能够实现对光伏并网设备的有效调节和控制, 因此能够使光伏发电并网稳定运行。
1 光伏并网监控系统结构
从系统设计原理上来看, 光伏并网发电系统包含有并网发电单元、并网逆变器, 可以进行三相电的输出。利用双分裂升压变压器, 并网发电系统就可以接入中压电网, 然后实现并网发电。根据光伏并网发电的特点, 设计出的光伏并网监控系统应由现场监控、上位机监控和远程监控构成。在对现场进行监控的过程中, 系统可以利用应急启停按键和LCD显示屏进行系统下位机设备的监控。而系统下位机设备包含汇流箱、并网逆变器和环境采集仪等等。
2 光伏并网监控系统的设计与应用
2.1 现场监控的设计与应用
在监控系统中, 现场监控部分主要有两部分功能, 即监控设备运行数据的实时显示功能和现场故障应急启停控制功能。通过在现场设备上进行人性化LCD显示屏的安装, 就可以使设备的各项运行数据、历史故障数据、历史发电量数据和总发电量数据显示出来, 从而为人员的管理提供依据。而设备运行信息则包含电网频率、并网电流、当天发电量、电网电压和机内温度等各种参数信息, 能够为人员了解设备运行状态提供便利。在显示屏选择方面, 可以选择液晶显示器, 并且利用单片机进行显示屏的控制。在现场通信方面, 可以使用DSP控制板进行数据通信实现。
2.2 上位机监控的设计与应用
由于光伏并网的现场设备上带有RS485通讯接口, 所以在进行上位机监控设计时可以使用MODBUS通讯协议。使用该通讯接口, 则可以将现场监测数据传输至系统上位机监控室, 从而实现系统的遥信和遥测。利用本地监控计算机, 则可以实现上位机的监控功能。利用计算机上的监控软件, 系统将能完成采集数据的存储和分析, 并且利用各种图形和图标进行现场设备运行状况的反映。同时, 利用打印设备, 还可以将需要数据打印导出。完成数据的专业分析后, 操作人员就可以进行相应控制信息的输入, 然后通过改变设备运行状态进行现场的控制管理。由于系统配有Web服务器, 所以能够将设备运行状态信息发布到网上。从上位机监控功能的软件设计上来看, 可以使用LABVIEW平台进行系统编程开发。因为, 利用该平台可以完成数据的采集、分析和显示, 并且能够实现图形化编程。同时, 利用其进行监控软件开发和测试, 将能有效提升系统的编程效率。
2.3 远程监控的设计与应用
利用以太网, 操作人员可以通过连接本地监控室服务器进行光伏并网的远程控制。利用IE浏览器, 操作人员也能够进行网站的登录, 然后利用操作管理权限进行现场设备运行情况的查看和分析, 具体包含电站收益、设备参数和故障报警等并网运行数据信息。而系统的远程监控设计不仅能够实现本地监控计算机上的所有监控功能, 同时还能够进行人员岗位工资的管理, 所以能够为电站的管理提供较大的便利。利用系统的远程监控功能, 高层管理人员也可以根据检测信息对自己负责的控制活动作出及时、有效的决策。在实现系统远程监控功能时, 需要利用Visual Studio2010 这一微软的开发工具进行系统软件设计[3]。考虑到系统数据信息量较多的问题, 需要使用三层体系结构的服务器, 以便使系统具有一定的可扩展性, 并且利用清晰的系统结构实现系统数据交互。
3 结论
总而言之, 利用光伏并网监控系统, 可以实现光伏并网的自动化管理, 所以能够为发电企业节省大量的人力和物力, 继而为企业获得更多的效益。而随着光伏产业的发展, 相信该种监控系统也将在电力系统管理中得到有效应用, 从而使电力企业的工作效率和经营效益得到提高。
摘要：在光伏并网发电的过程中, 电站的控制管理工作相对复杂, 容易出现过压、过载和过流等情况。而设计一套光伏并网监控系统, 则可以利用现场监控、上位机监控和远程监控等操作进行光伏并网控制, 继而使光伏电站在无人值守的情况下保持良好的运行状态。因此, 有必要对光伏并网监控系统的设计与应用问题展开分析, 从而更好的促进电力事业的发展。
关键词：光伏并网,监控系统,设计与应用
参考文献
[1]叶琴瑜, 胡天友, 秦文.光伏并网电站智能监控系统的设计与实现[J].自动化仪表, 2012, 05:64-66+69.
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[3]尹小恩.光伏并网发电网络化监控系统设计[J].船电技术, 2011, 06:40-42+68.
并网监控 篇2
光伏电站是利用太阳电池的光生伏特效应,将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。大型光伏电站是指通过66 kV及以上电压等级接入电网的光伏电站[1]。大型光伏发电站的设备主要包括变压器、开关、出线、PT、CT、刀闸等升压站内设备,以及光伏阵列、汇流箱、直-交流逆变器设备、箱变等光伏发电设备。配套的控制调节设备及系统主要包括自动发电控制/自动电压控制(AGC/AVC)、电能计量、保护、五防、静止无功发生器(SVG)、光功率预测、调度等。大型光伏发电站监控系统通过对以上各电力设备、各控制调节设备及系统的监测、控制和调节,实现光伏发电并网的安全、稳定、经济运行。
大型光伏电站监控系统涉及通信网络、设备监测控制、通信规约、数据模型、功率控制和电压调节、继电保护、调度通信等各个方面的内容。目前一些文献对光伏发电监控相关的内容进行了研究。文献[2]介绍了一种光伏电站监控系统,涉及到对逆变器、汇流箱等发电设备的监测和采集,以及使用Modbus协议进行数据传输。文献[3]介绍了CAN总线的通信方式实现数据采集。以上两个文献对发电设备的监控提供了参考,但仅仅使用Modbus及CAN不能满足大型光伏电站的监控要求。文献[4-6]分别涉及了变电站、发电设备的公共信息模型(CIM)的建模。文献[7]介绍了风光储能联合发电监控系统结构、AGC/AVC的控制目标和策略。以上研究为数据通信、设备模型及AGC/AVC控制理论等提供了可用的方法,但未涉及到作为一个大型监控系统的通信网络组成、通信规约的转换映射、调度及功率控制和电压调节流程等。本文在分析大型光伏电站监控功能的基础上,设计了大型光伏发电站监控系统的通信网络及系统结构,讨论了符合CIM标准的光伏电站设备模型、Modbus与IEC 104的数据映射、与上级调度中心的通信及AGC/AVC控制流程等关键技术,并在此基础上实现了监控系统的软件。
1 光伏电站监控系统功能
大型光伏电站监控系统功能主要包括:
1)光伏发电设备信息的监测和控制
采集逆变器、汇流箱、箱变的电气数据,并对逆变器进行启停控制和功率调节。
2)升压站保护及测控信息接入
接入变压器测控及保护信息、高低压线路测控及保护信息、直流电源的监测控制信息等,并进行开关的遥控操作。
3)五防信息交互
监控系统向五防系统转发升压站内相关断路器、开关及刀闸的遥信信息。并获取五防系统的操作判断数据。
4)AGC/AVC控制调节
根据调度下发的目标值进行逆变器、SVG的有功功率及无功功率输出的调节。
5)光功率预测信息交互
监控系统向光功率预测系统转发预测相关数据。
6)直流系统监测
监控系统对升压站内直流电源系统信息进行监测和控制。
7)调度数据转发
监控系统向上级调度系统转发升压站的相关遥测、遥信信息。
2 系统结构
依照以上的功能分析,本文将光伏发电监控分为主站监控和光伏设备监控两个方面。
2.1 主站监控的结构及通信网络
主站的监控设计为双机双网结构,由两个以太网交换机组成独立的双网,配置两台前置机、两台数据处理服务器及双数据库。双数据处理服务器采用热主备方式,双数据库保持数据同步,双前置机采用负载均衡的方式接入各台通信管理机信息。升压站内的保护测控单元通过一台通信管理机接入主监控网络。SVG、直流监测、电能表计等通过一台通信管理机接入主监控网络。其他系统如五防、光功率预测主机直接接入一段以太网络与监控系统进行通信。
2.2 光伏发电设备监控的结构及通信网络
在大型光伏发电系统中包含了数量较多的汇流箱、逆变器及箱变等光伏发电设备,所以在每个光伏场区配置一个通信管理机,各通信管理机通过光交换机接入光纤环网,并通过三层光交换机接入主监控系统网络。通信管理机对下采用Modbus规约及RS485通信方式采集各个场区内的光伏发电设备信息,并通过Modbus与IEC 104的协议转换,将发电设备的信息经光纤环网接入主站监控。
监控系统结构及通信网络及结构如图1所示。
图1 监控系统结构及通信网络
3 光伏电站监控系统的关键技术
3.1 系统设备模型
系统设备模型主要包括两个部分:升压站内的设备模型和光伏设备模型。系统设备模型整体遵循CIM标准,以升压站为根节点,按照光伏电站-电压等级(变压器)-间隔的树状层次关系进行建模。根节点光伏电站下包括变压器、变压器低压侧电压等级、逆变器输出电压等级。
变压器包括高压侧绕组和低压侧绕组。变压器低压侧电压等级中含有母联间隔、母线间隔、出线间隔。升压站内设备如开关、刀闸、CT、PT、出线等设备包含于相应的间隔中。
由于进行第一次升压的箱变直接连接至出线,根据其设备的连接关系,作为一个负荷建立在相应的变压器低压侧电压等级下的出线间隔中。
同时依照CIM标准进行扩展,在逆变器输出电压等级中扩展建立逆变器间隔。逆变器间隔是光伏支路中光伏逆变器及其直流侧所接设备的集合[8]。逆变器、汇流箱等光伏设备均包含于逆变器间隔中。
气象数据属于相对独立,直接隶属于光伏电站。
光伏电站系统设备模型如图2所示。
3.2 Modbus与IEC104的映射
目前逆变器、汇流箱、箱变等光伏发电设备的通信通常采RS485的Modbus进行数据传输。而在主站监控系统、与调度的通信中为了满足高数据容量、高速率数据通信,普遍采用基于TCP/IP的IEC 104通信方式[9,10]。因此就需要两者之间的数据映射。Modbus基本规约格式应用数据单元(ADU)是由地址域加上协议数据单元(PDU)和差错校验构成。IEC 104基本规约格式应用协议数据单元(APDU)是由应用规约控制信息(APCI)加上应用服务数据单元(ASDU)构成。Modbus采用问答方式,IEC 104采用召唤加主动上报方式,两种规约报文格式、交互方式均有不同,这就要求在Modbus与IEC 104之间进行协议转换。
1)地址映射
Modbus和IEC 104都是面向点的规约形式。
Modbus的变量地址由设备地址和寄存器号确定。IEC 104的变量地址由应用服务数据单元公共地址和点号确定。因而Modbus和IEC 104之间变量地址的对应关系可表示为设备地址对应应用服务数据单元公共地址,寄存器号对应点号。这个对应关系可表达一个Modbus设备与一个IEC 104设备对应时的地址映射关系。在实际应用中,经常多个Modbus设备对应一个IEC104设备。如一个串口485总线上接多台逆变器或汇流箱设备,将这些设备的信息综合起来作为一个IEC 104设备进行传输。这种多对一的情况可使用Modbus串口号加设备地址加寄存器号对应IEC 104的公共地址加点号的方式进行地址映射。两种情况的地址映射关系如图3所示。
图3 地址映射
2)数据类型的映射
Modbus的数据类型包括离散量输入、线圈、输入寄存器、保持寄存器。这些类型分别对应相应的寄存器地址段。可分别对应IEC 104规约中的遥测信息、遥信信息、遥控信息、定值信息。数据类型的映射关系如表1所示。
表1 数据类型的映射
离散量输入包含分合两种状态,可表示开关状态、报警等信息且为只读。映射到IEC104的遥信类型。
线圈为可读可写的状态量,可表示开关状态及状态的改变,映射到IEC104的遥信或遥控类型。
输入寄存器为16位或32位的只读模拟量,可表示各种电流、电压、功率等值,映射到IEC104的遥测类型。
保持寄存器作为可读可写的16位及32位模拟量,用于设备参数、定值等的设置,映射到IEC 104的设点命令中的标度化、归一化及浮点数数据类型。
3)应用功能的映射
Modbus协议提供对以上数据类型的读和写,以及强制、诊断、报告等功能。104协议定义了更为复杂的数据交互应用功能,如初始化、召唤、对时、设定命令等等,并定义了传输的优先级、超时定义等规则,同时具有变化数据主动上传功能。结合工程中光伏发电设备的实际需求,主要使用Modbus的读写功能对其进行监测和控制。表2列出了Modbus与IEC 104的读写应用功能的映射关系。
表2 应用功能的映射
从表2可看出,Modbus读写功能与IEC 104的功能映射主要为多对一的关系。其中写保持寄存器映射为设定命令,对设备的参数及设定值进行设置。写线圈映射为单点遥控命令,用于改变设备的开关状态。读线圈、读保持寄存器和读输入寄存器则映射为总召唤或者组召唤,以获取光伏发电设备的遥测、遥信数据以及遥控等实时信息。
3.3 AGC/AVC控制调节流程
大型光伏电站通过AGC/AVC调节并网的有功功率和无功功率/电压,以保证电网的安全稳定运行及提高供电质量[11]。调度定期下发调节目标,由功率控制系统选择控制设备进行功率分配,通过监控系统将控制指令发送到逆变器、SVG等被控制设备实现有功功率、无功功率、并网点电压的控制。功率控制涉及到调度与功率控制系统、监控系统与功率控制系统、监控系统与调度、监控系统与被控设备之间的交互。
1)监控系统向调度的数据转发
监控系统向调度转发光伏电站AGC、AVC控制系统运行数据。
2)调度系统向AGC/AVC发送调节目标
调度系统向功率控制系统发送有功功率、无功功率调节指令或者计划曲线。
3)监控系统与AGC/AVC的数据交互
监控系统向AGC/AVC转发逆变器、SVG的运行信息。AGC/AVC接收到调度系统的调节命令后向监控系统发送逆变器、SVG的调节命令。两系统之间的交互使用IEC104规约。
4)监控系统与被控设备的数据交互
监控系统收到AGC/AVC发送的调节命令,向逆变器、SVG发送控制指令,并将指令执行结果返回给AGC/AVC。监控系统同时采集被控设备的数据。
系统功率控制流程如图4所示。
图4 功率控制和电压调节流程
4 结束语
按照本文设计及实现的监控系统已应用于110 kV电压等级20 MWp光伏发电站中。
1)主监控系统采用双机双网,以及对光伏发电设备进行监控所采用的485与光纤相结合的通信方式,保证了系统稳定性、实时性和可靠性。
2)遵照CIM标准对升压站设备进行建模,通过扩展CIM标准对光伏发电设备进行建模,实现设备的标准化管理。
3)从地址、数据类型和应用功能等方面讨论了
Modbus与IEC 104规约之间的映射转换,实现对光伏发电设备的无缝接入。
4)根据系统要求实现AGC/AVC控制调节流程,达到系统控制调节能力。
摘要：监控系统在大型光伏电站中起着至关重要的作用。在分析光伏电站监控系统功能的基础上设计了监控系统的网络和组成结构,分别讨论了升压站内设备和光伏发电设备的CIM模型,Modbus与IEC 104的映射,以及AGC/AVC控制调节流程等关键技术。运行情况表明,依照此设计和实现的监控系统运行稳定可靠,完全满足大型光伏发电的监控要求。
关键词：监控系统,光伏电站,系统结构,CIM模型,Modbus,IEC 104,控制流程
参考文献
[1]吕宏永,齐旭,朱凌志,等.国家电网公司光伏电站接入电网技术规定(试行)[R].北京:国网电力科学研究院,2011.
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并网监控 篇3
光伏电站主要是通过太阳电池自身的光生伏特效应来将敷设直接转换成电能的一种发电系统,这种发电系统不仅环保,而且能够提升新能源的利用效率。在电站建设上主要由变压器、PT、刀闸、出现和开关等设备组成,还包括箱变、汇流箱和光伏阵列等发电设备,而光伏电站中的监控系统则是通过对这些设备实施监测和控制调节来保证电站运行的稳定性。
1 光伏电站监控系统的功能概述
大型光伏电站中的监控系统涉及到的内容较多,包括通信网络、通信规约、功率控制、电压调节、设备监测控制等等,需要实现的功能较多,对于系统设计和硬件要求也在不断发生变化,在大型光伏电站运行当中,监控系统主要需要满足以下几点功能:一是对光伏电站中的发电设备进行监测控制,包括收集箱变、汇流箱和逆变器等设备的运行数据,并且通过指令来对逆变器功能功率和开关进行调节;二是接入升压站保护,接收监测控制信息,将变压器的保护信息和监测信息接入,将高低压线路的保护信息和监测信息接入,将直流电源的监测信息接入等;三是实现五防信息之间的交互。强大的监控系统能够对五防系统进行信息教化,将升压站内的相关信息进行共享转发,并且对五防系统中的操作数据进行获取判断。
2 光伏电站监控系统的硬件结构
2.1 控制设备层
根据大型光伏电站的建设要求,在数字量、温度模拟量、辐射量、电流模拟量和环境温度模拟量上进行调整和设置,每个光伏电站的占地面积可以控制在100×100m,一个汇流箱对应一个现场的I/O设备,然后将其安装在中心的汇流箱上,这样总站CPU和profibus总线就能够实现现场I/O设备的通讯功能,然后将主站安装在逆变器室中的控制柜上。在完成室内硬件设备的安装之后,用工业以太网来将整个PLC系统连接起来,并和上级光伏电站调度系统进行连接,实现整个系统的通讯功能。
2.2 监控层
监控层中主要是应用wincc组态软件来实现系统监控功能,该软件能够对设备的运行状态进行监控,对设备运行过程中的数据进行收集,对设备、线路运行中的事故进行报警,记录设备、线路报警,并且还能根据收集来的系统数据对历史趋势进行分析,从而为监控调度提供决策参考。在进行监控层设计时需要在控制室中设置工程师站和操作员站,通过终端设备将设备运行的状态和参数直接显示出来,其中操作员站的职能主要在于对全场设备进行监控,可根据系统中设备的日期和站号进行不同选择,对设备的发电量、运行时长等进行查询记录,根据具体的数据变化来调整操作指令,对全场生产进行指挥,保证整个系统的运行能够安全、有效的进行。
监控层是整个监控系统当中的关键,对这一层的设计上主要需要满足界面友好、操作方便、功能全面和贯穿集中管理等要求,在设计上基于PLC的监控系统主要有以下几个特点:一是系统结构上具备较强的灵活性,能够在后台进行功能定制,方便维护人员后期进行维护;二是监控系统在开发上采用模块模式,接口丰富,能够根据系统的不同要求在后期进行功能扩展,还能够支持操控指令接口进行接入,方便接收指令实现远程操作;三是系统能够支持多种类型数据库,方便后期系统扩展;四是系统提供全方面的系统日志,能够对系统运行状态进行全记录,以便操作人员能够及时对其进行查询,对于故障判断和系统扩展具有重要价值。
2.3 通信层
通信层主要是利用profibus总线进行通讯,在主站和分站之间进行连接,然后方阵和中央控制室则采用工业以太网进行连接,实现中央控制室和方阵之间的通讯连接。为了保证通讯的实时性和有效性,在服务器和方阵、中央控制器之间形成冗余环网,网内的传输介质则应用光纤进行传输,保证数据传输的速度和可靠性。中央控制室中的操作人员利用wincc软件能够对数据服务器进行访问,并且可以实现远程操作的功能,对各个方阵当中的PLC系统进行远程监控,对其运行过程中出现的故障进行诊断,同时利用环境检测仪能够利用传感器将模拟量数据直接传输到主机的PLC系统输入模块当中。
3 光伏电站监控系统延展
光伏电场占地面积广,因而多个相邻光伏电场共用同一套管理体系已成为事实,如何快速有效的将运行数据上报给上一级管理调度成为当务之急。对于这一问题的解决,在设计上可以通过设置lever2级服务器来实现运行数据的传输运行有效性,将lever1级所采集的数据进行运算处理、分析,将重要信息上传上一级调度。Lever2所分析的数据也可上传到lever3服务器,由lever3服务器运算处理将集团公司所需数据上传给集团公司调度。真正实现生产执行、生产销售、企业计划快速实时进行。
4 结语
在常规光伏电站监控系统建设中所应用到的设备价格都比较高,且所应用的单片机在监控数据采集功能上的表现并不理想,其所需要的双绞线距离较长,而在本次研究中采用PLC设备进行电缆硬接线,维护方便,对外界因素的抗干扰能力较强,使用寿命长,能够有效保证整个监控系统运行的稳定性,并且还具备功能延展性,能够根据不同的需要来进行程序修改,从而有效增强了监控系统的智能化功能。
摘要：大型光伏并网电站建设当中监控系统占据着重要位置,在对光伏电站的监控系统进行分析的基础上,结合PLC下位机建立相应的监控系统结构和网络,以有效满足光伏电站当中的监控要求。本文主要对基于PLC的光伏并网电站监控系统设计进行了分析探讨,显示监控系统能够有效保证电站运行的可靠性,且成本较低,值得推广。
关键词：光伏并网电站,监控系统,PLC
参考文献
[1]陈国良,孙丽兵,王金玉.大型光伏并网电站功率预测系统设计[J].电力与能源,2014(01):93-95.
并网监控 篇4
光伏发电系统[1]中逆变器的使用越来越广泛,逆变过程中的各种数据、状态处理需要一个显示完善、通讯良好、操作方便的监控系统。而当今的监控系统的架构多数限制在逆变器的控制芯片和显示屏之间[2,3],或者逆变器的主控芯片与PC机之间[4,5],而且存在以下不足:①逆变器主控芯片的负担过重;②实时性不够;③显示的内容不多;④可选择的通信模式单一;⑤不易于扩展;⑥功能单一;⑦可靠性和安全性不高等,少数“逆变器+单片机+显示屏+PC机”架构的系统[6]又多数使用ARM作为单片机,ARM有多厂家、高速度的优势,但是作为32位机,ARM芯片本身以及ARM配套的外设价格都较高,而且PCB设计繁琐,外设上缺少TWI/I2C,可变增益ADC,EEPROM。
本研究采用AVR低成本的Atmega128[7]作为单片机的主控芯片,采用“逆变器+单片机+显示屏+PC机”的架构,设计实现了多机通信监控的功能,包括:按键,与液晶显示的控制,与DSP的实时通信,与PC的实时通信。与DSP的通信上利用改进的Modbus 协议,实现3类帧通信,共有32个可显示/设置的参数,16个现场实时参数值,29个位记录不同的告警、故障等事件,总共可以查询200条记录;在200 ms内完成MCU与DSP以及MCU与PC机通讯时参数的读取、设置和实时更新;6个主菜单,12种功能设定,不同运行状态在液晶屏上和指示灯上同时显示,减轻了信号处理器DSP的负担,MCU进行一些参数值的计算,分担了一部分DSP的工作,与DSP通讯采用的电路最多可扩展到挂接256个从机。可以在6种模式中选择任意一种方式通讯;在涉及关键操作时,设置不同级别的密码来保证系统的安全运行。该系统的低成本、高性能、高稳定性具有重要的现实意义。
1 监控通信系统的通信结构
监控通信系统的结构如图1所示。
逆变器系统、监控系统、PC机组成了通信的整体结构。监控系统由主控板、按键板、显示屏组成。主控板的核心芯片采用AVR的低成本、多外设、高容量的芯片Atmega128,并封装成一个独立的模块,可以作为一个简化的PC上位机,主控芯片通过显示屏的数据显示和按键板的控制,实时、多功能地将逆变器采集的数据、状态进行显示、监示、控制和记录;其中逆变器采用TI公司的高速DSP芯片TMS320F2812,进行各种数据的检测、采集以及各种驱动信号的产生和控制算法的计算,如mppt算法、SVM算法等。 监控模块同时也作为光伏逆变器和PC上位机的一个桥梁,通过近程和远程通信,将逆变器的数据、状态传递给PC机,也将PC机的指令传递给逆变器,监控系统的主控芯片可以通过显示屏和按键板有选择地设置、显示、记录逆变器的参数和状态。
2 监控通信系统的硬件设计
主控芯片Atmega128/64采用先进的RISC结构,低功耗,4个定时器,2个异步串行通信口,其1 MIPS/MHz的吞吐能力能够满足与DSP通信、与PC机通信的速度要求。 128 KB的FLASH满足图形的存储,4 KB的SROM可以满足以循环方式记录数据和事件,7组兼有第二功能的I/O口,支持设计电源电路, 外部晶振与复位电路,外部时钟电路,RS232/ RS485接口的串口电路,隔离电源电路, 显示屏接口电路,模式跳线电路,按键板接口电路,指示灯电路,备用信号电路,蜂鸣器电路,ISP电路。
2.1 与DSP通信电路的设计
由于监控模块安装在光伏逆变系统机柜的前面门板上,与逆变主控芯片DSP距离较近,本研究采用不隔离的RS485异步串行通信,所用芯片MAX1483由平衡驱动器和差分接收器组成,增加了抗共模干扰能力,极大地减少了EMI,传输数据的速率可以达到250 Kbps。MAX1483产生的差分信号与逆变器中的ISO3082进行通信,完成DSP与MCU串口0之间的数据传输[8]。改变MAX1483的输入阻抗至≥96 kΩ,可以使挂机数量达到最大256个从机。
2.2 与PC机通信电路的设计
在与PC机通信时,本研究共设计并实现了近程和远程两种通信方式。近程通信采用RS232串口芯片MAX232,在有限的距离20 m内,可以实现MCU串口1与PC的通信,如图2所示;远程通信采用ISO3082芯片,ISO3082也是差分芯片,能在条件恶劣的情况下减少EMI,实现有效可靠和远距离的数据传输。为了不干扰监控系统电路其他部分,采用一个隔离电源芯片DCR010505隔离出一个干干净净的5 V电源专门为ISO3082供电,如图2所示。
2.3 与显示屏通信电路的设计
显示部分采用了清达光电的图形点阵液晶HG240641,内置T6963C控制器,128个ASCII字符,点阵数为240×64点,支持8×8,16×16点阵显示,也可以通过字模抓取,以图形的方式显示12×8的点阵以及图片。液晶背光为蓝绿色,可观性好,显示屏模块的接口电路如图3所示。
在工作电压端加一个电位器来自动调节显示屏的工作电压,在背光部分接一个三极管到MCU来控制背光的亮与暗,如果长时间没有屏幕操作,背光将自动灭掉,而一旦有屏幕操作,背光即亮。显示屏通过并口与MCU相连,受MCU时序M6800的控制。
2.4 日历时钟电路的设计
为了在逆变器关机以及MCU不工作时,仍然保持时间的精确,所采用的日历时钟芯片PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片,所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递,总线速度最大为400 Kbps。在PCF8563的电源端口设计了一个纽扣电池,实现在MCU工作时由DC/DC电源模块产生5 V供电,当MCU不工作时由纽扣电池供电,PCF8563时序由一个独立的晶振提供,保证时钟芯片能准确、连续地计时。
3 监控通信系统的软件设计
通信监控软件采用CVAVR环境,标准C语言编写,采用模块化的编程思想, 结合SLISP烧写工具,串口调试助手,设计实现了中断函数模块、初始化模块、按键处理模块、串口0通讯模块、串口1通讯模块、状态处理模块、显示屏的菜单显示模块、事件记录模块、声光告警和记录模块、外部时钟读写模块。
3.1 通信协议
MCU与DSP、与PC机通信,都遵守Modbus协议[9]。 Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(如以太网)和其他设备之间可以通信。 Modbus协议有两种传输模式:ASCII模式和RTU模式。ASCII适用于数据量小,实时性不高的场合,在本研究中采用了纠错能力强、数据量大、实时性好的RTU模式[10],以主从应答方式传输帧,以(从机地址—功能码—寄存器地址—寄存器长度—4个状态字—CRC校验)这样一种改进的Modbus协议来通信,在每个帧的传输过程中以(1起始位—8位数据位-2位停止位)顺序来传输帧,帧与帧之间以3.5个帧传输时间标志间隔,实际应用中以6 ms为间隔。
3.2 通讯模块
通讯模块以MCU的串口0与DSP通信,以MCU的串口1与PC机通信。
与DSP通信时,MCU为主机,DSP响应MCU的帧,为了实时、准确地显示32个可控参数和16个实时参数,该模块将通信帧分为3类:查询帧,设置帧,更新变量帧,每类帧都在传统的Modbus协议帧数据区加上4个状态字,实现在200 ms内的参数实时更新。流程图如图4所示;与PC机通信时,PC机为主机,MCU响应PC机的帧。
3.3 显示模块
显示模块包括按键处理模块和液晶显示模块, 根据按键处理得到的按键信息,结合从DSP通讯得到的数据,在相应的屏幕显示相应的数据,提供设置的功能, 以及事件查询、告警查询。液晶显示模块提供了6个主菜单、12种功能设定来满足通信丰富的功能操作,如图5所示。特别值得注意的是,在液晶显示时,刷屏的操作应该设置在400 ms以上,否则将占用太多MCU的时间,影响通信。
3.4 告警与记录模块
在通信时,对收到的数据和4个状态字解析过程中,如果达到设置的告警状态,监控软件即通过报警灯报警、声音蜂鸣报警以及对告警事件的记录,供操作人员查询,由于ROM空间有限,系统以循环的方式不停止地记录200条事件,最新的记录将覆盖最旧的记录。
4 测试项目与结果
为了验证本设计的内容是否达到预期的指标,在工程测试中对以下项目进行了测试,所得到的结果如表1所示。
根据表1所示的项目,对不同项目进行单独测试,以及对不同项目进行整合测试,测试结果都达到预期指标。
5 结束语
本研究的监控系统实现了如下功能:与DSP和PC机完整、良好的通信功能;详细、美观的液晶屏显示;准确的按键扫描和操作;实时、精确、丰富的参数设置;详实的事件记录与准确、实时的告警;多模块的通讯方法。在100 kW光伏并网发电系统中取得了良好的效果,在测试中运行一直稳定。
本研究的创新点在于:以Atmega128&64为核心芯片,降低了成本。改进了Modbus协议,对Modbus协议进行周期性分类帧传输,取得了很好的实时效果。利用多种通讯模块的设计,实现了可选择的近程与远程通讯,其丰富的参数和功能极大地方便了对光伏并网发电系统的监视和控制。
参考文献
[1]California Energy Commission Public Interest Energy Re-search Renewable Program.PV system evaluation plan[EB/OL].[2002-10-16].http://www.pierminigrid.org/-FinalDe-liverables/project32/Task3.2.1/Endecon%20Plan.pdf.
[2]于镭.基于modbus协议的DSP与触摸屏串口通讯[J].微计算机信息,2010,26(4-2):24-25.
[3]尤慧芳.用Modbus实现触摸屏与单片机的通信[J].工业控制计算机,2008,21(12):63-64,66.
[4]汪正果.Modbus协议在S7-200 PLC与PC机通信中的应用[J].煤矿机械,2010(2):192-194.
[5]卢智嘉.基于Modbus远程监控系统的通信研究[J].微计算机信息,2008,24(25):157-158,121.
[6]李娟.电能监测系统中基于modbusRTU的多机通信[J].电力自动化设备,2007,27(1):93-96.
[7]Atmel Corporation.Atmega128 datasheet[EB/OL].[2006-01-01].http://www.atmel.com.
[8]邓志君.基于RS485接口Modbus协议的PLC与多机通讯[J].微型计算机信息,2010(3-2):107-108.
[9]MODICONInc..Industrial Automation System Modicon Mod-bus Protocol Reference Guide[M].MODICON Inc.,1996.
并网监控 篇5
关键词：村村通,无线覆盖,微波,并网
一、吉林省“村村通”无线覆盖监控系统在微波传输网中并网运行的必要性。
广播电视“村村通”工程是惠及千家万户的民心工程, 是农村公共文化建设的重要组成部分。吉林省自1998年实施广播电视"村村通"工程建设以来, 经过几轮建设, 取得了显著成效。然而由于地理位置的限制, 省内"无线覆盖"工程中的多个发射台均处于山区, 海拔较高, 地势险要, 地域复杂, 光缆铺设极为困难。因此, 监控数据无法实时回传到省监测中心, 为全省广播电视安全管理工作带来了极大的不便。
吉林省广播电视微波系统数字化改造项目于2010年6月顺利完工。改造后的微波电路覆盖吉林省所有县、市 (区) , 所建成的综合业务运营平台, 功能强大, 传送职能更加完善, 既为各发射台提供了优质信号源, 又为各地提供了一条可靠性高的回传通道。IP化的传输方式, 业务配置灵活多样, 设备内置的大容量交叉矩阵可以实现VC12颗粒的点对点和点对多的连接, 所提供的带二层交换能力的以太网接口和网络传输功能, 为在同一传输网络中实现多个业务传输提供了客观条件。吉林省广播电视“村村通”无线覆盖监控系统在改造后的微波电路中借助回传中的2×2Mb/S组成的1个VC12-2C联组通道, 顺利实现了两网的成功并网运行, 使得省内35处 (光缆不通) 无线发射台的告警数据、视频监控流、网络通信协议等通过微波电路安全优质的传送到了省监测中心, 为实现台站自动化管理和建设强大的广播电视监测系统提供了强有力的的保证。
二、“村村通”监控业务在广播电视微波传输网中并网运行的建设方案。
在吉林省广播电视微波系统数字化改造的过程中, 根据我省的实际情况, 结合"村村通"监控业务的具体需求, 并网运行建设主要采取以下方式进行:为“村村通”监控业务提供专项传输通道, 在新建成的数字微波电路中提供一个基于4Mb/S的专属通道, 解决光缆不通、监控信息无法回传、省监测中心对其信息无法及时掌控的问题;同时, 通过微波电路所传送的监控信息为7×24小时的不间断信息, 其告警数据、网络通信协议及视频监控流等实时回送, 可随时调取35处发射台的视频监控画面, 实现人机联动。
吉林省广播电视“村村通”无线覆盖监控系统利用微波电路传送信号的台站共计35处, 因其地处山区, 光缆铺设困难, 通过微波传送为其唯一选择。其技术实现方案具体如下:
1通路设置。在新建成的SDH数字微波传输网中的1个主业务信道中由2×2Mb/S组成一个VC12-2C级联组建立起一个传送"村村通"监控业务的基本通道, 信号经电路传送到长春首站后, 由首站至省监测中心另辟一条20Mb/S的传输通道, 完成监测中心对所需信号的获取。
2业务配置。采用MSTP技术实现网内各台站的监控业务的回传配置, 利用各站MSTP设备中的以太网板卡, 传送基于IP方式的"村村通"监控业务。因“村村通”监控业务需要收敛和汇聚, (六五二以西各站在六五二汇聚, 三三一以东各站在三三一汇聚) , 对其采用MSTP自带的以太网二层交换功能传送, 并采用EVPL (以太虚拟接入业务) 方式组网。各站MSTP开通监控业务所需的以太网接口, 将当站监控系统所采集整理后的IP数据流直接进入当站MSTP中的以太网专线业务传输网中, 共享同一物理专线后逐一向上传送, 直至省监测中心。
具体数据信号传输流程图 (如图1所示) 。
三、项目实施过程中的技术创新。
并网运行的成功应用主要依托SDH数字微波传输中的1个155Mb/S的传输通路, 采用MSTP技术, 建立一个基于SDH的多业务传送平台。首先在各地“村村通”监控系统前端添加交换机, 避免因网络结点众多而产生的广播风景。而后在各站配置以太网板卡, 采用以太网二层交换功能, 以EVPL (以太虚拟接入业务) 方式组网, 通过对VC的捆绑满足无线覆盖监控系统的专线要求, 构建一个属于微波领域的交互式信息网络。在对所需数据流进行收敛、汇聚后共享同一物理专线, 以IP化方式实时传送、“村村通”监控业务, 较好地实现了资源共享及多业务融合。
四、项目成功运行的重要意义。
吉林省广播电视“村村通”无线覆盖监控系统在微波传输网中并网运行项目, 自2010年6月完工投入使用后, 效果良好, 省内35个发射台站的多部发射机的告警数据, 功率参数、网络通信协议、视频监控流等, 安全优质的传送到了省监测中心。该项目的成功运行切实解决了广播电视监测网传输上的现实问题, 充分发挥了微波传输的独有优势。安全稳定的传输通路使"村村通"监控业务的实时传送得到了切实保障, 积极配合了无线覆盖工程的顺利开展。此外, 通过该网还实现了对广播电视安全播出的实时监测, 发布广播电视安全播出预警信号, 监测广播电视发射覆盖效果以及对监测数据进行汇总分析等相关工作, 为全省广播电视行政管理工作提供了一个良好的服务平台。
参考文献
[1]李鉴增, 包红刚, 李川.宽带网络技术[M].北京:中国广播电视出版社, 2003.