太陽能風能電站遠程監(jiān)控技術-1

太陽能風能電站遠程監(jiān)控技術

張春富

鹽城工學/p>

太陽能風能電站遠程監(jiān)控技術目錄CONTENTS基于CAN總線的風能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

基于RS485總線的太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

一二三四五戶用風光互補電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

風光互補充電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

船用風光互補電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

能源概況化石燃料—傳統(tǒng)能源需求增長儲量有限環(huán)境污染尋找解決方案可再生能源—核、風、光、海洋、生物質等太陽能風能電站遠程監(jiān)控技術發(fā)射功率：3.8*1019MW；

其中22億分之一輻射到地球；地球年累計輻射量： 1.8*1018kW.h，萬倍于需求；太陽能風能電站遠程監(jiān)控技術太陽能光伏發(fā)電——光生伏特以光伏電池為核心，配以控制單元、逆變單元及儲能單元；安全可靠、無噪聲、無污染；無地域限制、無燃料消耗；無高速機械部件、可無人值守；規(guī)模靈活、建設周期短；獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)vs并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽能風能電站遠程監(jiān)控技術項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計硅：原子序數(shù)14，原子核外14個電子，繞核運動，分層排列：內層2個電子(滿，2*n2)，第二層8個電子(滿，2*n2)，第三層4個電子(不滿，最外層為8)；硅晶體由原子在空間按一定規(guī)則排列而成。在硅晶體中，每個硅原子近鄰有四個硅原子，每兩個相鄰原子之間有一對電子，它們與兩個相鄰原子核都有相互作用，稱為共價鍵。硅晶體及共價鍵項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計電子從價帶躍遷到導帶（自由電子）后，在價帶中留下一個空位，稱為空穴。電子的這種躍遷形成電子-空穴對。電子和空穴都稱為載流子。

電子-空穴對不斷產生，又不斷復合。電子和空穴項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計摻雜半導體項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計電子型半導體（n型半導體）硅半導體摻雜少量的五價元素磷(P)—N型硅：自由電子數(shù)量多—多數(shù)載流子（多子）；空穴數(shù)量很少—少數(shù)載流子（少子）?？昭ㄐ桶雽w（p型半導體）摻雜少量的三價元素硼(B)—P型硅：空穴數(shù)量多—多數(shù)載流子（多子）；自由電子數(shù)量很少—少數(shù)載流子(少子)。n區(qū)電子的擴散p區(qū)空穴的擴散接觸面p-n結的形成擴散運動是半導體在因外加因素使載流子濃度不均勻而引起的載流子從濃度高處向濃度低處的遷移運動。多子的擴散運動項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計項目背景本項目所涉及的離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)，借助于現(xiàn)有的RS485工業(yè)控制網(wǎng)絡總線，可對太陽能電站的運行狀況進行實時監(jiān)測和控制。監(jiān)控過程無人值守，節(jié)省人力，降低維護費用，實現(xiàn)智能監(jiān)測；獲得原始測量數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的改進與優(yōu)化以及科學研究提供參考依據(jù)；進一步提高光伏發(fā)電技術推廣和應用的水平。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

監(jiān)控對象分析1．檢測對象（1）太陽能電池板組件輸出電壓（電壓傳感器）；（2）太陽能電池板組件輸出電流（電流傳感器）；（3）蓄電池電壓（電壓傳感器）；（4）蓄電池充放電電流（電流傳感器）；（5）外界環(huán)境狀況（光照度傳感器、溫濕度傳感器、風向風速傳感器）。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計光伏系統(tǒng)的工作條件項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計監(jiān)控對象分析2．控制對象（1）負載通斷控制（繼電器控制）；（2）光伏電池板雙軸跟蹤控制——確保發(fā)電效率。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計系統(tǒng)構成根據(jù)前述分析，離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)應包括：

傳感器

光伏發(fā)電控制器

數(shù)據(jù)采集裝置

總線網(wǎng)絡

人機界面項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計系統(tǒng)構成項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計檢測電路——太陽能電池/蓄電池電壓電流項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計檢測電路——負載電壓電流項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計檢測電路——變送器KBM-30項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計檢測電路——PT100項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計檢測電路——風速風向、光照度

鉑熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器，測量精度高，性能穩(wěn)定，廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成溫度基準儀。PT100：表示它在0℃時阻值為100歐姆項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計檢測電路——PT100項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計檢測電路——溫度變送器XMT-3000項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計遠程通信——RS-485RS-485總線作為一種多點差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，已成為業(yè)界應用最為廣泛的標準通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點雙向通信，具有噪聲抑制能力強、數(shù)據(jù)傳輸速率高、可靠性強的優(yōu)點；從RS-232發(fā)展而來，改進了信號傳輸方式，提升了通信距離、數(shù)據(jù)速率，支持多點收發(fā)（廣播/輪詢）。RS-232RS-232C：全稱是EIA-RS-232C標準，定義是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”。1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的串行通訊的標準。EIA:ElectronicIndustryAssociation；RS:Recommendedstandard；/232:標識號；/C:RS232的最新一次修改版本；項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計引腳序號信號方向功能1DCD主機←外設主機載波檢測2RXD主機←外設主機接收數(shù)據(jù)3TXD主機→外設主機發(fā)送數(shù)據(jù)4DTR主機→外設主機準備就緒5GND——信號地6DSR主機←外設外設準備就緒7RTS主機

→外設主機請求發(fā)送8CTS主機←外設外設清除發(fā)送9RI主機←外設振鈴指示RS-232C規(guī)范標準接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線，常用的只有如下9根:項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計邏輯值01驅動器輸出+5V~+15V-5V~-15V接收器輸入>+3V<-3V項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計RS-232邏輯定義RS-485的改進——差分傳輸差分的含義：A=-B；傳輸介質：雙絞線；邏輯定義：A-B>200mV為1；A-B<-200mV為0；抗干擾能力強，當外界存在噪聲干擾時，同時耦合到雙絞線的兩條線上，而接收端關心的只是兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消；項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計RS-485的傳輸示意圖RS-232CRS-422ARS-485操作方式單端差分差分最遠距離15m(24Kbit/s)1200m(100Kbit/s)1200m(100Kbit/s)最高速率200Kbit/s10Mbit/s10Mbit/s驅動器數(shù)目1132接收器數(shù)目11032接收靈敏度±3V±200mV±200mV驅動器輸出阻抗300歐姆100歐姆54歐姆接收器輸入阻抗3~7千歐姆>4千歐姆>12千歐姆接收器輸入電壓-25V~25V-7~7V-7~12V項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計RS-485芯片項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計RS-485組網(wǎng)RS-485基礎上的數(shù)據(jù)傳輸RS485標準只對接口的電氣特性做出了規(guī)定，并未涉及接插件、電纜或協(xié)議。因此，用戶需要在RS485應用網(wǎng)絡的基礎上建立自己的應用層通信協(xié)議。由于RS485標準基于PC的UART芯片，其通訊須采用串行數(shù)據(jù)單元的格式（8-N-1格式）：1位邏輯0的起始位、6/7/8位數(shù)據(jù)位、1位可選擇的奇/偶校驗位、1/2位邏輯1的停止位。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計RS-485協(xié)議現(xiàn)狀目前，RS485總線雖然有著較為廣泛的應用，但通信協(xié)議卻并不完全統(tǒng)一。自行制定的簡單通訊協(xié)議；采用通用的ModBus協(xié)議(ASCⅡ/RTU模式)專門的通訊規(guī)約：CDT、SC-1801、u4F、DNP3.0（DL/T645-1997）。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus概述項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計一、Modbus發(fā)展歷史Modicon公司1979年提出的通信規(guī)約，1996年Modicon公司被施耐德電氣公司收購；施耐德將Modbus協(xié)議所有權移交給IDA(國際開發(fā)協(xié)會)，成立了Modbus-IDA組織。Modbus-RTPS成為實時以太網(wǎng)標準IEC61784-2。Modbus已經(jīng)成為國家標準GB/T19582-2008。二、Modbus特點標準、開放用戶可以免費、放心地使用Modbus協(xié)議。靈活支持多種物理層標準，如RS-232、RS-485、以太網(wǎng)等。簡單Modbus的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus概述三、Modbus通信模型

Modbus協(xié)議規(guī)范的核心是應用層標準。 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層可靈活選擇項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus概述四、通用Modbus幀

協(xié)議定義了一個與基礎通信層無關的簡單協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），特定總線或網(wǎng)絡上的Modbus協(xié)議映射能夠在應用數(shù)據(jù)單元（ADU）上引入一些附加字段。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus概述五、Modbus通信原理 Modbus是一種簡單的C/S型應用協(xié)議。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus概述五、Modbus通信原理

客戶機向服務器發(fā)請求，服務器分析并處理客戶機的請求后返回響應； 1個主站（客戶機），最多247個從站（服務器）；

可以采用單播模式和廣播模式（0地址）；

產生錯誤，服務器返回通信異常碼。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus概述Modbus串行鏈路層標準就是通常所說的標準Modbus協(xié)議，它是Modbus協(xié)議在串行鏈路上的實現(xiàn)。Modbus串行鏈路層協(xié)議是一個主/從協(xié)議，定義了一個控制器能夠識別使用的消息結構。Modbus串行鏈路層協(xié)議定義了各種數(shù)據(jù)幀格式，用以描述控制器請求訪問其他設備的過程，如何響應來自其他設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus串行鏈路層標準1、通信模式——ASCII異步串行通信傳送ASCII字符；字符間的時間間隔不能超過1秒；幀結構：3AH(:)+地址域+功能域+數(shù)據(jù)域+校驗域+0D0A項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus串行鏈路層標準1、通信模式——RTU異步串行通信傳送十六進制數(shù)；幀間的停頓時間要超過3.5個字符時間；字符間的時間間隔不能超過1.5個字符時間；幀結構：項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus串行鏈路層標準設備地址域 地址范圍：1~247，0為廣播地址。功能代碼域 功能代碼范圍：1~255（01H~FFH）。數(shù)據(jù)域 數(shù)據(jù)域數(shù)值范圍：01H~FFH；根據(jù)功能代碼不同數(shù)據(jù)具有寄存器地址、數(shù)據(jù)長度、讀寫數(shù)據(jù)等不同意義。項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus串行鏈路層標準常用功能碼項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus串行鏈路層標準2、通信差錯校驗奇偶校驗LRC檢測CRC檢測項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計ModBus串行鏈路層標準CRC——循環(huán)冗余校驗項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計CRC——循環(huán)冗余校驗項目一：離網(wǎng)型太陽能電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計CRC

(CRC-CyclicalRedundancyChecking)CRC域檢驗整個報文的內容；CRC域附加在報文之后，先低字節(jié)，后高字節(jié)。CRC對一個16位寄存器預裝全1。字節(jié)單元的起始位，停止位和奇偶校驗位不參與CRC計算。每個8位字節(jié)與寄存器值異或，右移且MSB位置充零。如果LSB=1，則寄存器值與一個固定的預置值(0xA001H)異或；如果LSB為0，則不操作。這個過程將重復直到執(zhí)行完8次移位。下一個8位字節(jié)與寄存器的當前值異或，循環(huán)。從站地址功能碼起始地址高位起始地址低位寄存器數(shù)高位寄存器數(shù)低位校驗和CRC11H03H00H6BH00H03H76H87H從站地址功能碼字節(jié)計數(shù)數(shù)據(jù)校驗和CRC11H03H06H02H2BH00H00H