基于开源软硬件技术的光伏阵列在线监测系统
发布时间：2020-07-19 22:07
【摘要】：太阳能是一种清洁可再生能源,光伏发电已成为新能源应用的领跑者。由于光伏阵列通常工作在复杂的户外环境中,为了保障光伏阵列长期安全并高效地运行以满足电站运维管理的需要,本文在对光伏电站监测技术和光伏阵列实时故障诊断方法研究的基础上,结合开源软硬件技术,设计了一套开发效率高、维护成本低与开发周期短的光伏阵列在线监测系统。系统主要由数据采集终端、数据网关和数据监测中心等三个部分组成。数据采集终端分为气象数据采集终端和光伏阵列数据采集终端两个部分,分布于光伏阵列各个子阵列的监测节点。气象数据采集终端采用MSP430系列低功耗单片机作为主控芯片,主要获取子阵列的辐照度、光伏组件温度和环境温湿度等参数,通过蓝牙汇总到光伏阵列数据采集终端;光伏阵列数据采集终端采用STM32系列单片机作为控制单元进行模块化设计,将获取到的阵列电压和阵列电流参数融合气象数据通过WiFi上传到数据网关。数据网关以开源硬件Raspberry Pi3为平台,主要实现光伏数据信息汇总、设备信息获取、数据显示、GPS定位、数据库管理、视频监控以及光伏阵列故障在线诊断等功能。数据网关基于Qt框架开发用户操作界面,并通过4G模块接入互联网,将汇总的数据上传到数据监测中心网站。此外,本文还将数据网关的所有数据上传到物联网开放平台Ubidots,实现进一步的测试和应用。数据监测中心网站基于开源PHP框架Laravel开发,主要对来自数据网关的信息进行解析、存储,并实现用户管理、数据可视化、故障预警、视频监控显示等功能。此外,本文将数据监测中心网站部署在腾讯云服务器,并接入微信公众平台。为获得高准确率的光伏阵列故障诊断模型,本文提出了一种萤火虫算法(Firefly Algorithm,FA)与支持向量机(Support Vector Machine,SVM)相结合的故障诊断方法,通过优化SVM参数建立模型,该模型被移植至数据网关实现故障实时检测与分类。实验表明,该方法能够获得较高的故障识别率。本文采用开源软硬件技术开发了一套完整的光伏阵列在线监测系统,并对其功能进行测试。测试结果表明:数据采集终端能够实时采集光伏阵列的工作状态信息及环境参数等;用户可以在数据网关、数据监测中心网站以及微信客户端查看光伏阵列运行信息;当故障发生时,数据网关和监控中心均能够及时作出预警;所设计的监测系统能够稳定运行,达到了预期设计目标。
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM615
【图文】：
随着全球人口不断增加和社会经济的发展，人们对于能源的需求也在不断上涨。目前，能源需求严重依赖于化石燃料如石油，天然气，煤炭等，过多的温室气体排放导致环境剧恶化＋３］。为了减少环境污染和减缓气候变化，新型、安全和可持续的绿色能源技术到高度重视，如太阳能、风能和水能等可再生能源［４］。太阳能是一种无所不在的清洁无染的可再生能源，具备易于安装、高可用性和有竞争力的成本等特性，近年来许多国家断加大在光伏发电上的支持力度，全球范围的光伏装机容量增长迅速＞７］。根据ＲＥＮ２１《２０１７年全球可再生能源现状报告》，２００６年至２０１６年全球光伏装机容量增长趋势如１－１所示。截至２０１６年底，全球光伏装机容量达到３０３ＧＷ，相比于２０１５年增长了邋７５ＧＷ我国２０丨６年光伏装机容量迅速上升，装机总量已达到７８ＧＷ左右，比２０１５年增长了３４．５ＧＷ，贡献了该年度全球总增长量的４６％，远领先于其他国家。根据国家能源局最统计结果显示，截至２０１７年底，我国光伏发展速度继续加快，新增装机量为５３．０６ＧＷ，逡逑总装机量己达到１３０ＧＷ，居可再生能源之首。我国拥有丰富的太阳能资源，特别是西地区的太阳能资源最为广泛，太阳能己成为我国主要的可再生能源之一。同时，“十三五将是我国太阳能产业发展的关键时期，在国家政策的激励下，我国的光伏发电产业将会续发展壮大［８］。逡逑ＧＷ逡逑
现出来；（３）如何实现光伏阵列实时在线故障诊断，以便用户及时排查。逡逑综合分析系统需求后，本文结合开源软硬件技术，采用Ｂ／Ｓ架构，提出了整个系统的逡逑总体设计方案，其总体方案设计见图２－１，该监测系统可以划分为数据采集终端，数据网逡逑关，数据监测中心和移动网络终端等部分。数据采集终端在光伏阵列上设立小型监测节点逡逑用于采集光伏组件温度、光照度和气象数据，以下称为气象数据采集终端；在汇流箱上安逡逑装监测节点采集阵列电流和阵列电压等参数，然后将数据传给数据网关，以下称为光伏阵逡逑列数据采集终端。数据网关主要实现光伏数据和气象数据的收集、光伏阵列工况视频信息逡逑采集、ＧＰＳ定位等功能。数据网关将汇总的光伏数据和数据网关的设备运行信息上传到逡逑数据监测中心。在数据监测中心主要实现数据存储、数据可视化、光伏故障预警、用户管逡逑理和监控视频显示等功能，并接入微信公众号平台便于用户获取光伏电站的运行状态。用逡逑户既可以使用移动终端如手机、平板电脑、笔记本电脑等通过浏览器访问数据监测中心和逡逑物联网开放平台，也可以使用微信客户端查询光伏阵列运行状态参数和设备运行参数。此逡逑夕卜，还将光伏在线监测中心的基本功能部署到物联网开放平台，不仅节约开发成本，还可逡逑以缩短系统开发周期。逡逑数据监测中心＋微信逦邋，逡逑上伏１＆逦？逦公众于台
包含了数据网关、摄像头和４Ｇ模块等硬件，主要负责数据的转发和存储，应用层包括数逡逑据监测中心，用户可以通过移动网络终端访问数据监测中心网站获取光伏电站的运行状逡逑况。系统结构如图２－２所示。逡逑０逦Ｉ逦Ｉ逦］逦微信公众号平台逦｜｜逦．逦Ｑ逡逑丨
本文编号：2763032
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM615
【图文】：
随着全球人口不断增加和社会经济的发展，人们对于能源的需求也在不断上涨。目前，能源需求严重依赖于化石燃料如石油，天然气，煤炭等，过多的温室气体排放导致环境剧恶化＋３］。为了减少环境污染和减缓气候变化，新型、安全和可持续的绿色能源技术到高度重视，如太阳能、风能和水能等可再生能源［４］。太阳能是一种无所不在的清洁无染的可再生能源，具备易于安装、高可用性和有竞争力的成本等特性，近年来许多国家断加大在光伏发电上的支持力度，全球范围的光伏装机容量增长迅速＞７］。根据ＲＥＮ２１《２０１７年全球可再生能源现状报告》，２００６年至２０１６年全球光伏装机容量增长趋势如１－１所示。截至２０１６年底，全球光伏装机容量达到３０３ＧＷ，相比于２０１５年增长了邋７５ＧＷ我国２０丨６年光伏装机容量迅速上升，装机总量已达到７８ＧＷ左右，比２０１５年增长了３４．５ＧＷ，贡献了该年度全球总增长量的４６％，远领先于其他国家。根据国家能源局最统计结果显示，截至２０１７年底，我国光伏发展速度继续加快，新增装机量为５３．０６ＧＷ，逡逑总装机量己达到１３０ＧＷ，居可再生能源之首。我国拥有丰富的太阳能资源，特别是西地区的太阳能资源最为广泛，太阳能己成为我国主要的可再生能源之一。同时，“十三五将是我国太阳能产业发展的关键时期，在国家政策的激励下，我国的光伏发电产业将会续发展壮大［８］。逡逑ＧＷ逡逑
现出来；（３）如何实现光伏阵列实时在线故障诊断，以便用户及时排查。逡逑综合分析系统需求后，本文结合开源软硬件技术，采用Ｂ／Ｓ架构，提出了整个系统的逡逑总体设计方案，其总体方案设计见图２－１，该监测系统可以划分为数据采集终端，数据网逡逑关，数据监测中心和移动网络终端等部分。数据采集终端在光伏阵列上设立小型监测节点逡逑用于采集光伏组件温度、光照度和气象数据，以下称为气象数据采集终端；在汇流箱上安逡逑装监测节点采集阵列电流和阵列电压等参数，然后将数据传给数据网关，以下称为光伏阵逡逑列数据采集终端。数据网关主要实现光伏数据和气象数据的收集、光伏阵列工况视频信息逡逑采集、ＧＰＳ定位等功能。数据网关将汇总的光伏数据和数据网关的设备运行信息上传到逡逑数据监测中心。在数据监测中心主要实现数据存储、数据可视化、光伏故障预警、用户管逡逑理和监控视频显示等功能，并接入微信公众号平台便于用户获取光伏电站的运行状态。用逡逑户既可以使用移动终端如手机、平板电脑、笔记本电脑等通过浏览器访问数据监测中心和逡逑物联网开放平台，也可以使用微信客户端查询光伏阵列运行状态参数和设备运行参数。此逡逑夕卜，还将光伏在线监测中心的基本功能部署到物联网开放平台，不仅节约开发成本，还可逡逑以缩短系统开发周期。逡逑数据监测中心＋微信逦邋，逡逑上伏１＆逦？逦公众于台
包含了数据网关、摄像头和４Ｇ模块等硬件，主要负责数据的转发和存储，应用层包括数逡逑据监测中心，用户可以通过移动网络终端访问数据监测中心网站获取光伏电站的运行状逡逑况。系统结构如图２－２所示。逡逑０逦Ｉ逦Ｉ逦］逦微信公众号平台逦｜｜逦．逦Ｑ逡逑丨
本文编号：2763032
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