随着传统能源逐渐消耗，以及电力品质的不断提升，可再生能源的开发与利用受到了极大的关注。太阳能资源具有无污染的特点；由于其巨大的资源优势，各种形式的太阳能资源已经被广泛地应用于各种类型，其中，光伏已经成为当前社会能源与环境问题的一个主要突破口，也是今后能源的发展方向。太阳能光伏发电系统是在远离公用电网的地方使用的。在电力不足的区域和某些特定区域，由于地处偏远，工作条件艰苦，不适宜派遣技术人员或工作人员长期驻扎，因此大多数太阳能光伏发电站都处于闲置状态；同时，在同一区域内，由于光伏电站在位置上分布不均匀，因此，对其进行实时监控是非常必要的。本文根据我国目前的情况，研制了一套基于远程、智能化、网络化的太阳能光伏发电远程监控系统。一套完整的太阳能电池组，包括：太阳能板、换流器、负荷、控制器、控制系统软件、无线传送设备。该控制系统是以DSP为核心的底层计算机C++builder编程实现的。而无线系统则是通过GPRS/GSM网模块来完成对各监控站所上传的监控数据进行采集，并向其发出不同的运行指令，对其进行控制。在距离控制中心较远的各个监控点设置了监控站，以完成对控制中心的信息收集和对控制中心的指令的响应。通过对光伏发电的全过程进行实时监控和监控，真正做到了无人值守、少维护、智能化。
1．太阳能光伏系统的硬件配置
太阳能光伏系统由单相桥型逆变器组成，通过滤波器，由变压器连接到电网。该系统采用了滑模变结构，确保了并网电流为高质量正弦波。DSP实时取样（温度；风力、电压过零检测、直流电流电压、电网侧电流电压等），对系统运行状况进行监控，并依据采油过程中的采油情况进行监控。通过采样获得的数据，可以实时地计算出各个定时周期所需的脉冲宽度，并通过运算获得脉冲宽度。同时，利用GPRS模块将每个周期采集到的信号发送到PC端，并由GPRS模块接收数据[1]。
1.1系统主要控制单元
该系统以DSP+CPLD技术为核心，实现了光伏并网的逆变。该系统以美国德州仪器TMS320F2812为主要控制单元。DSP是一款专为实时处理而开发的高速专用单片机，它结合了实时处理与控制器的功能，为实时控制系统的实际应用提供了一种很好的解决方法。复合可编程逻辑器件 CPLD（CPLD）是基于GAL等逻辑器件而发展起来的，其性能优于原逻辑器件；具有切换周期短，能够在线编程的优点。该系统采用CPLD作为控制系统，与DSP相结合，可以产生PWM和逆变器，从而简化了控制线路，缩短了控制系统的运行周期，方便了系统的维护和更新。本文所采用的CPLD芯片是阿尔特拉公司的MAXn系列EPM240[2]。
1.2系统运行方式
正弦脉冲宽度的调制方法有两种：一种是单极调制，一种是双极调制。尽管双极调制开关的损耗比单极调制大，但经分析可知，当载波比 N足够大、调制因子 M小于或等于1时，其基波分量直接与调制因子成比例，也就是说，只要基准正弦波幅度变化， SPWM波形的基本振幅就能发生变化，并且所述幅度与调制因子成比例，当频率低于N-2的所有谐波电压均为0，从而消除了所有低于N-2次的高次谐波。此外，由于主回路 IPM中的 IPM是利用自举电路来打通电路上桥管，但在单极性调制过程中，由于不能及时地对自举电容进行充电，会造成中上桥臂管子无法打开，从而造成系统的不正常工作。因此，该系统采用了两种极性电压调制方法。
1.3无线遥测系统组件
无线遥测系统的模块主要包括DSP(DSP);GPRS无线通讯网络，监控中心等。该系统采用 UART串口与 GPRS模块相连，实现了接收、传输等功能。通信网络采用 GSM/GPRS/Mobile/GSM/GPRS的数据通信服务，或SMS短信服务。该系统具有 IP地址和端口，可以与因特网相连，接收 GPRS传输的监控数据。GPRS网是以 GSM为基础，加入 SGSN和 GGSN结点构成的移动包数据网，其主要作用是在移动终端和计算机通信网间实现包传输服务。该系统的总体目标是：能够准确、快速地提供各类最优的太阳能监控系统的信息和决策支持，并提供生产、设备等各个环节的动态数据，实现企业的整体运营[3]。
2．太阳能光伏发电系统的构成
太阳能光电系统由下列组成：①太阳能板阵列：这是太阳能光电系统中最重要的一环，它是将光转化为电能的关键，再由这些串联串联起来，就可以有效地提高电流的电压，从而为电力的输出奠定基础。②倒相器：这是一种把直流电能转化为交流电能的太阳能板阵列的重要装置。③追踪器：这个设备主要是调整太阳能电池板与太阳能的位置，保证了太阳能的充分利用。④能量存储设备：这是太阳能光电系统中最关键的一步，在没有阳光的情况下，储能系统就起到了至关重要的作用。⑤监控体系：该装置也是一种重要的太阳能光伏发电装置，能够实时监控整个发电系统的工作状态，保证电力系统的正常运转。这些设备的安装和安装都会随着实际情况而变化，并非所有的太阳能光伏发电都需要安装这种设备，即使没有安装追踪设备，也可以不安装。
3．太阳能光伏系统的无线监控
目前，太阳能光伏发电的主要应用领域就是对其进行监控。利用无线监控系统，可以实时监控电力系统的运行情况，并对其进行实时监控，从而保证其运行的安全性。目前我国太阳能光伏发电的管理还存在着许多问题，有待于对其进行完善。
3.1传感和执行器
在无线监控系统中，传感器和执行器是第一层，环境信息传感器；该站点的数据传感器与其它的逆变器等设备相连，可以将其实时的信息反馈给管理者，由管理者对其进行分析，以确定其运行状态。传感器和执行器是第一级的系统。环境资料感应器；变流器、站点数据传感器、执行器等由从站与现场总线相连。太阳能光伏发电站的正常工作需要多个设备的支撑，它包括太阳能板和追踪器两部分。另外，对电池的温度、输出电压、输出电流等也要有一定的了解，并由各个位置的数据传感器进行采集。逆变器是太阳能电池板的主要设备，能将直流电转化为交流电。在选用逆变器时，应根据发电量的不同，选用一种或多种方式。同时，逆变器还是一种重要的数据输出装置，它可以实时地将日发电量、总发电量、功率因数等信息进行实时监控。
3.2可编程控制器的现场监控
该系统第二层是PLC的现场监控。本系统包括各个从站的访问模块、PLC控制器；操作屏幕和无线GPRS通讯模块，通过PLC和PROFIBUS-DP现场总线控制网，实现对多台太阳能追踪设备的实时、高速通信。目前有多种方法对太阳进行跟踪，主要有光感追踪和时间追踪。其中，随机控制是闭环的，而开环控制是程序控制56。该监控系统建立了一种能根据气候条件的改变，实现对太阳方向的跟踪和选择，并将光感追踪和时间追踪相结合的一种新型的太阳方向追踪系统。利用光照传感器和风速传感器，对太阳的光照和风速进行监控，将气象信息传送给PLC，由PLC对收到的数据进行分析，并与预置的数据进行对比，得到“晴”“阴”、“风大”“风小”、“天亮”和“天黑”等各种信息。然后，根据分析结果，选取相应的追踪方式。如“晴”采用光感应追踪法，“阴”采用时间追踪法或不追踪法。PROFIBUS-DP现场总线是一种新型的自动控制系统，也是一种低带宽的控制网络，可以直接与现场设备相连，使现场的测量控制装置不能被检测到。PROFIBUS-DP现场总线将控制系统由一人一机的设备连接方式改为总线通讯，这样就可以不依靠控制室电脑，在现场进行控制。PLC的中央处理器采用了硬件冗余的方式，以确保其运行可靠。当主机发生故障时，后备处理单元会自动启动并接管控制。在处理器配对的同时，也有专门的热备模块，热备份模块主要是对处理器进行检测，如果出现故障，立刻将系统的控制权移交给后备机。所有的硬件冗余都使用了光纤通讯，具有快速的通讯速度，稳定的系统，切换时间短的特点[4]。
3.3Terminal Network监控层
第三级是远程网络监控。GPRS发送模块在常规操作方式下，将现场的数据经由GPRS网络（GPRS）传送到数据管理服务器（主机），以便对太阳能发电系统进行状态监控。采用西门子组态软件，通过网络进行网络控制，对太阳能发电系统进行最优控制，故障诊断，监控及自动控制。在远程监控室，配置控制工业计算机和客户端监控器以太网相连。通过人机交互，充分体现工艺信息，实现对工艺数据的实时处理。配置控制系统中的冗余度。冗余系统是由两个相连的伺服器共同工作，在运作过程中，两个伺服器互相监控，能即时判断出另一方的故障，当一个伺服器出现故障时，所有的客户机都会自动转回原来的伺服器，确保所有的客户都能随时监控和操作自动化系统。当一个设备出现故障时，普通的服务器会持续地对信息、过程数据进行归档和记录；在故障服务器投入运行后，将失效时的存档信息自动拷贝到已恢复的服务器上，以确保服务器的数据的完整性和连续性[5]。
5.结论
太阳能光伏发电是当前我国能源工业发展的一个主要趋势，也是与低碳、绿色的经济发展思想相一致的。近几年，国内也对太阳能光电工程进行了大量的研究和投资，并取得了一些成果。本系统能够实时监控太阳能光伏发电的运行状态，并对其存在的问题进行及时的分析，确保其正常的使用，进而促进太阳能光伏发电行业的发展。
参考文献:
[1]张安莉,谢檬,苏晨,范明邦.基于LabVIEW的太阳能光伏发电监控系统设计[J].计算机测量与控制,2021,29(06):74-78+113.
[2]杨玉清,江伟,刘美,段建发,雷军,杨海澡.太阳能无线监控器[J].数字技术与应用,2021,39(02):139-141.
[3]向韬,孙杰臣.太阳能光伏发电无线监控系统探讨[J].科技与创新,2018,000 (003):P.73-74.
[4]秦英炜,王刚.基于ZigBee的光伏发电监控系统研究[J].科技创新导报.2019,(29).14,16.
[5]向韬,孙杰臣.太阳能光伏发电无线监控系统探讨[J].科技与创新,2018,(03):73-74.
