無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 徐 軍

開發(fā)、利用新能源和可再生能源是世界經(jīng)濟(jì)未來發(fā)展中最具有決定性影響的技術(shù)之一。太陽能作為其中的佼佼者，其優(yōu)勢受到了人們的普遍重視。巨量的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染的、廉價的、人們可以自由取用的能源。太陽每秒發(fā)送到地面的能量達(dá)8O萬千瓦，只要把這些能量中的千分之一轉(zhuǎn)為電能，其發(fā)電總量就能大大滿足全世界的能耗需求。

太陽能轉(zhuǎn)化利用的方式有光熱、光伏、光化學(xué)三種方式，其中以光伏發(fā)電最受人們矚目。光伏發(fā)電是利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電屬于不消耗化石燃料的可再生能源，不會產(chǎn)生危及環(huán)境的污染，運行安靜、輸電和配電成本低、可靠性高、壽命長、維護(hù)少、相對安全性好，適合分散供電，擴(kuò)能方便，與其它電源和儲電系統(tǒng)兼容方便。

太陽能光伏電站作為一種相對獨立分散的發(fā)電系統(tǒng)，其建設(shè)需要一大批相關(guān)技術(shù)的支持和設(shè)備配套。在建造完成光伏電站后，要對相對分散的電站系統(tǒng)進(jìn)行有效的能源管理和集中調(diào)度，保證太陽能光伏電站系統(tǒng)的正常有效運行，就需要對各個分散的太陽能光伏電站系統(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行實時的監(jiān)控和評估。光伏電站能得到有效的監(jiān)控是光伏發(fā)電應(yīng)用的關(guān)鍵。

一、光伏電站近距離監(jiān)控情況分析

對于太陽能光伏電站系統(tǒng)，目前大多采用的監(jiān)控方式是近距離的監(jiān)控。這種監(jiān)控方式主要通過設(shè)在光伏電站現(xiàn)場附近的液晶顯示屏來顯示電站運行的各種參數(shù)（光伏陣列電壓、蓄電池電壓、蓄電池充電電流、環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度等），電站維護(hù)人員在現(xiàn)場，通過不間斷的觀察監(jiān)視顯示屏所顯示的數(shù)值，做必要的記錄并根據(jù)相應(yīng)參數(shù)數(shù)值做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整處理，用手動方式來修改查看控制電站的各種狀態(tài)參數(shù)。

當(dāng)前我國的光伏電站絕大多數(shù)都建設(shè)在偏遠(yuǎn)地區(qū)，都相對分散而且獨立。這種情況下要保證每個電站都能正常并高效的運轉(zhuǎn)，就必須在每個電站維護(hù)點配備一定數(shù)量的維護(hù)工作人員，并且維護(hù)人員要輪流值班，才能保證光伏電站不間斷的工作在最佳狀態(tài)。但由于一般光伏電站所處地環(huán)境惡劣，給電站維護(hù)人員的維護(hù)工作和日常生活帶來了很多困難，維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度大，管理難度高，所付出的人力、物力、財力成本高。隨著近些年我國光伏電站建設(shè)速度的加快，光伏電站的數(shù)量越來越多，分布區(qū)域越來越廣，電站規(guī)模越來越大。由此對于各個電站所付出的維護(hù)成本將成倍的增長。

同時由于分布數(shù)量的加大，但是各個光伏電站之間又相對的獨立，各電站數(shù)據(jù)不能交流。不利于各電站之間的互補(bǔ)，和統(tǒng)籌各光伏電站資源，造成了光伏電能資源的浪費。也不利于相關(guān)部門對于光伏電站的監(jiān)管、評估和統(tǒng)計。這些都顯示了現(xiàn)有的光伏電站監(jiān)控體系是不能滿足日益增長的現(xiàn)代光伏電站產(chǎn)業(yè)發(fā)展的。

二、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)

相對于近程監(jiān)控，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)受到人們越來越多的重視。所謂遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)就是利用計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)對遠(yuǎn)程工業(yè)生產(chǎn)等過程進(jìn)行監(jiān)視和控制。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)一開始被應(yīng)用于各尖端領(lǐng)域，隨后又被應(yīng)用于工業(yè)控制和交通管理等領(lǐng)域。到了上個世紀(jì)末的時候，由于信息和通訊技術(shù)的快速發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)得以廣泛的進(jìn)入人們生活的各個領(lǐng)域。

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，一個新的信息技術(shù)概念“物聯(lián)網(wǎng)”被提出，成為一代炙手可熱的技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)是在計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的網(wǎng)絡(luò)“Internet of Things”。在這個網(wǎng)絡(luò)中，物品與物品之間能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無需人的干預(yù)。其實質(zhì)就是利用傳感器與計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物物的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)實際上正好能解決上面所提到的現(xiàn)實的光伏電站不能被有效的統(tǒng)籌、監(jiān)督和評估的問題，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和物聯(lián)網(wǎng)我們能夠更加智慧的去管理各光伏電站，更好更有效的去應(yīng)用好太陽能這一可再生能源。

光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)采集來進(jìn)行監(jiān)控指揮的信息系統(tǒng)，它通過對建立在全國各地的各種類型的太陽能光伏電站進(jìn)行實時的監(jiān)控以及數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)傳送到總檢測控制室，在總檢測控制室中通過物聯(lián)網(wǎng)終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示與實地場景的實時顯示。光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是綜合利用傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人工智能技術(shù)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等對太陽能光伏電站的電壓、電流等將近2O個參數(shù)進(jìn)行實時顯示與監(jiān)控，并對相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存及分析處理，并能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行查詢和分析，生成各種報表和圖表，對整個太陽能光伏電站進(jìn)行分析和評價的系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、及時、連續(xù)地反映被監(jiān)控的各太陽能光伏電站的運行狀況，為管理與監(jiān)控決策提供科學(xué)的依據(jù)，從而極大地提高效能，全面提升管理水平。

三、基于B/S模式的光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于B/S模式的光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過采集和監(jiān)測全國各地各類型光伏電站的運行情況，通過物聯(lián)網(wǎng)傳送到總檢測控制室，并對各電站運行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時記錄、存儲和顯示，生成各種報表圖表，進(jìn)而分析當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源和光伏發(fā)電情況、運行效率等，實現(xiàn)對光伏電站的監(jiān)管、評估，為優(yōu)化管理提供有效依據(jù)。

光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊式的設(shè)計，系統(tǒng)從總體上說主要有五大部分組成：光伏電站現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、光伏電站現(xiàn)場視頻系統(tǒng)、光伏電站現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)、光伏中心總檢測控制室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、光伏中心總檢測控制室視頻管理系統(tǒng)。

其工作方式是：

光伏中心現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來獲取光伏電站設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)（例如：光伏陣列電壓、光伏陣列電流、日照強(qiáng)度等），光伏電站現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)將獲取的實時運行數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到光伏中心總檢測控制室，光伏中心總檢測控制室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)并將其保存入數(shù)據(jù)服務(wù)器中，這樣總檢測控制室數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中就存有各光伏電站的實時和歷史運行數(shù)據(jù)，并能將這些運行數(shù)據(jù)以表格和圖形曲線方式通過顯示設(shè)備顯示出來。設(shè)在各光伏電站現(xiàn)場的視頻攝像頭，也通過網(wǎng)絡(luò)傳送到總檢測控制室，并且通過顯示設(shè)備顯示光伏電站的實時現(xiàn)場環(huán)境畫面。

綜合考慮光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求，基于B/S模式的結(jié)構(gòu)最適合于光伏中心數(shù)據(jù)的采集。目前成熟的信息網(wǎng)絡(luò)，為這一系統(tǒng)的有效實現(xiàn)提供了很好的基礎(chǔ)。

目前，許多光伏電站采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式（Client/Server），又簡稱為C/S。是由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用而逐漸的發(fā)展起來的體系結(jié)構(gòu)。CS模式的體系結(jié)構(gòu)一般由兩個層：第一層是客戶機(jī)層，該層系統(tǒng)中結(jié)合了用戶界面和客戶端業(yè)務(wù)邏輯程序；第二層是包括了網(wǎng)路的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。C/S結(jié)構(gòu)將相對復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與用戶界面相分離，將大量的數(shù)據(jù)的運算交由后臺去處理，提高了用戶的交互反應(yīng)速度。C/S結(jié)構(gòu)開發(fā)工具成熟，開發(fā)簡單，C/S結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)大大推動了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。但隨著信息的復(fù)雜化和系統(tǒng)的集成化，其局限性體現(xiàn)愈加明顯。

瀏覽器/服務(wù)器模式結(jié)構(gòu)（Browser/Server）簡稱B/S。是由信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，在C/S模式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行變化和改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。在C/S結(jié)構(gòu)的中間加上一層，把原來由客戶端所負(fù)責(zé)完成的功能交給這個中間層來完成，而這個中間層就是Web服務(wù)器層。在這種結(jié)構(gòu)模式下，客戶端不再負(fù)責(zé)原來的數(shù)據(jù)存取，極少的業(yè)務(wù)邏輯在客戶端實現(xiàn)，客戶端只需要安裝有網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就可以。對于整個光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來講，從數(shù)據(jù)的采集到數(shù)據(jù)的發(fā)布都是由系統(tǒng)自動完成。因此，光伏中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在B/S模式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了一層數(shù)據(jù)采集層，其功能是將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理后傳送并寫入到數(shù)據(jù)庫中，以為后期的Web服務(wù)器處理并顯示給用戶。

光伏中心基于B/S模式結(jié)構(gòu)的基本工作流程如下：

（1）從現(xiàn)場采集實時數(shù)據(jù)，將實時的數(shù)據(jù)傳送并保存到數(shù)據(jù)庫中。

（2）客戶端瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送顯示實時數(shù)據(jù)請求。

（3）Web服務(wù)器收到顯示實時數(shù)據(jù)請求，并將該請求發(fā)送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

（4）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器根據(jù)請求，調(diào)用相關(guān)采集的實時數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給Web服務(wù)器。

（5）Web服務(wù)器處理后將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到客戶端瀏覽器，并且對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時更新。

（6）客戶端瀏覽器顯示動態(tài)實時數(shù)據(jù)。

把之前C/S模式下的服務(wù)器作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上安裝有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。Web服務(wù)器負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器里的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，并將訪問到的數(shù)據(jù)結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳送到客戶端的瀏覽器上，用戶通過客戶端瀏覽器界面可以查詢到相關(guān)信息。這樣Web服務(wù)器既是客戶瀏覽器的服務(wù)器，也成為了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的瀏覽器。這樣就大大的簡化了客戶端計算機(jī)的負(fù)荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的工作量，降低了用戶的成本。

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