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基于Zigbee的并网光伏系统监测采集实现
摘要
对于并网光伏（PV）系统的监测，是用以观测系统稳定性和性能的关键方面。最简单的方法是跨越数据电缆收集和传输数据。由于数据电缆的成本和技术限制，监测站需要与受监测工厂靠得很近。除了不方便之外，使用数据电缆通常会增加系统的资金和维护成本。在这个研究项目中，一个基于Zigbee的开发无线监测系统，用于在线监测并网光伏系统。监测温度，照射，光伏功率输出和电网逆变器功率输出等参数。实施过程包括硬件和软件的设计和开发详细解释。还开发了用户友好的网络应用程序，以便监视数据可通过互联网轻松访问。为了验证性能，系统已经实施1.25 kWp并网光伏系统。
1、介绍
随着全球能源需求因不断增长的世界人口而增加，世界各国越来越重视可再生能源的发展。可再生能源的许多来源中，太阳能被考虑最有前途和可靠的能源。鉴于此，许多国家的政府各国提供了各种激励措施来建立太阳能发电厂，以补充现有的电厂正在使用化石燃料。为了确保稳定性和可靠性的光伏系统，监测系统往往是首选。至于问题事实上，许多最近的太阳能转换系统都包括在内监控功能作为确保数据的系统的组成部分可以系统地收集和分析。传统的有线监控系统提供可靠的解决方案在数据传输中，但有几个限制。距离从铺设数据电缆时的物理限制，使用这些电缆还可以增加安装和维护成本。此外，对于PV系统等户外应用而言，也是连续的暴露于太阳光束和降雨可能会缩短光线的寿命系统（Spertino＆Corona，2013）。为了克服这些问题，无线监控系统比其基于有线电视的系统更受青睐。在这个项目中，基于ZigBee的无线监控系统是设计和建造作为传统电缆的替代品用于并网光伏系统的监测系统。各方面从设计到施工和测试，都是详细的这里。除此之外，还有一个基于Web的应用程序集成在一起函数的设计和实现是为了允许远程控制系统以及轻松访问数据互联网。
2、文献综述
命名法
lC微控制器
AC交流电
ADC模数转换器
CL损失数组捕获
DAQ数据采集
直流电
Eac AC能量
ED能量检测
EEPROM电可擦写PROM
ELEC。电动
Epv光伏能源
f频率
FF填充因子
FFD全功能设备
G太阳辐射
G1光伏阵列平面上的辐照度
在水平面上进行辐照
GC电网连接
GPRS通用分组无线业务
GSM全球移动通信系统
GUI图形用户界面
h湿度
Hyb混合动力车
Iac交流电流，电网电流
Ib电池电流
Il负载电流
Imax最大电流
Ipv光伏阵列电流
Isc短路电流
LP1记录点1
LP2记录点2
LQI链路质量指示
MAC媒体存储控制层
满足。气象
MCU微控制器单元
OS操作系统
气压
Pt有功功率
Pac交流电源
PAN个人区域网络
铅电池电量
个人电脑
PF功率因数
PHP超文本预处理器
PHY物理层
Pl负载功率
PLC可编程逻辑控制器
Pmax最大功率
PVP光伏功率
Fq土壤热通量
光伏光伏
Q无功功率
射频无线电频率
RFD减功能设备
S表观力量
桑普。采样
SA独立
SCADA监督控制和数据采集
SDir风向
Sv风速
Sw风速
SWC土壤含水量
Ta环境温度
Tm模块温度
Ts土壤温度
Vac交流电压，电网电压
VB Microsoft Visual Basic
Vb电池电压
VI虚拟仪器
Vl负载电压
Vmax最大电压
Voc开路电压
Vpv光伏阵列电压
W / Gc风力发电机电流
W / Gs风力发电机转速
W / Gv风力发电机电压
WS气象站
WSN无线传感器网络
Z公用电网阻抗
c数组产量
cr参考产量
H效率
平均效率
为了开发一个有效而低成本的监测系统，以前的一些作品与太阳能有关监测系统，已经过审查和总结表1.尽管这里重点关注并网光伏系统，监测类似应用的系统，如天气站，独立式光伏系统以及混合动力系统也是包括在内，以更好地了解这方面的工作。根据所调查的文献资料，这些监控系统分为六个主要方面，即数据传输机制，控制器，监测参数，采样间隔，程序开发软件和监测方法。
2.1 数据传输机制
在数据传输机制方面，有线和无线系统已在过去引入。对于有线系统，数据传输通常使用RS232电缆完成（Anwari，Dom，拉希德，2011年; Forero，Hernaacute;ndez和Gordillo，2006; Mukaro＆Carelse，1999; Soler-Bientz，Ricalde-Cab，＆Solis-Rodriguez，2006）或RS485电缆（Ayompe，Duffy，McCormack，＆Conlon，2011）监测系统是基于PC的。如前面提到的，有线系统有其局限性，并且被认为较少比太阳能监测的无线选项更有利能量转换系统。对于采用无线数据传输的系统，种类更多的数据传输技术已有报道，如（Krauter，2004），GSM（Gagliarducci，Lampasi，Podestagrave;，2007; Rosiek＆Batlles，2008），Zigbee（Loacute;pez，Mantintilde;an，＆Molina，2012; Ranhotigamage＆Mukhopadhyay，2011）和其他未详细说明的射频设备（Benghanem，2009a; Benghanem，2010; Kalaitzakis，Koutroulis，＆Vlachos，2003; PAPADAKIS，Koutroulis，＆Kalaitzakis，2005）。其中有数据传输据报卫星速度很慢，大约需要8至12分钟（Krauter，2004），并且需要高昂的安装成本（Rosiek＆Batlles，2008）。另一方面，GSM的准确性更可靠的数据通过短信传输高达100％。它也显示低重传率低，总体数据丢失率低2.73％和0.66％。 GSM的主要缺点是它的运营成本高，因为用户需要为数据传输付费服务。从调查文献中可以看出，RF数据传输是非常流行的无线数据传输手段。无线电通信有发送和接收的可能性大量的信息以低成本传输，而且它也是偏远地区没有的一个很好的选择电话线。它的主要缺点是难以获得传输频率许可和其高价格安装（Rosiek＆Batlles，2008）。蓝牙支持简单无线网络，但只覆盖很短的距离（华，林，徐，李，＆欧阳，2009）。 Wi-Fi是另一种替代技术无线通信，它具有很高的数据传输速率支持星型拓扑结构（Drake，Najewicz和Watts，2010）。但是，与蓝牙相比，Wi-Fi设备的成本相对较高和Zigbee。此外，功耗显着更高。因此，发现大多数监测系统更喜欢成本更低的解决方案，尤其是Zigbee设备（Loacute;pez
等人，2012; Ranhotigamage＆Mukhopadhyay，2011）。虽然Zigbee的传输速率远远低于Wi-Fi
通常对于已开发的监测系统来说是足够的（Sung＆Hsu，2011）。 Zigbee的另一个有利特征是它可以分配特殊的时间段以避免数据冲突。当以前的数据是仍处于缓冲区，Zigbee会将传入的数据保存到特定的时间插槽并等待直到缓冲区被清除，然后再检索数据从时间段。因此，可以避免数据冲突。此外，Zigbee网状拓扑允许其他无线的集成节点使其可升级以支持大型网络容量多达65536个节点，而蓝牙则使用7个和32个节点和Wi-Fi（Sung＆Hsu，2011）。在中工作时Mesh拓扑结构，Zigbee可以容忍诸如设备丢失等故障它使设备能够在两者之间建立另一个连接可用节点（Alena，Gilstrap，Baldwin，Stone，＆Wilson，2011）。这些特性使Zigbee成为数据传输的热门选择在无线应用中。
2.2。调节器
在每个监控系统中，控制器扮演着重要的角色处理数据，从传感器到最终用户。因此，一个正确的控制器的选择是非常重要的。在之前工程，监测通常是通过使用微控制器或数据采集（DAQ）卡和模块。即使DAQ卡或者模块比微控制器更昂贵，他们更容易编程，并已在许多报告的系统中使用（Ayompe等，2011; Carullo＆Vallan，2012; Forero等，2006; Gagliarducci等人，2007; Kalaitzakis等人，2003;Koutroulis＆Kalaitzakis，2003;洛佩斯等人，2012; PAPADAKIS
等人，2005; Park，Shen，Kim，＆Rho，2012; Pietruszko＆Gradzki，2003; Soler-Bientz等，2006）。对于微控制器，分辨率的模数转换器（ADC）通常非常重要因素，因为它会影响监测数据的准确性。对于低成本解决方案，显示带有8位ADC的微控制器是足够的（Mukaro＆Carelse，1999）。尽管如此，在多年来，更好的微控制器也被使用，例如那些与10位ADC（Anwari等，2011; Benghanem，2009a;Benghanem，2009b; Krauter，2004; Rosiek＆Batlles，2008）和
12位ADC（Koutroulis＆Kalaitzakis，2003）。凭借如此高的分辨率，ADC对测量精度的影响最小化，测量误差取决于传感器的精度。
2.3。 监控参数
要监测的参数的选择是一个重要的考虑因素在这个项目中。对于光伏系统，测量太阳能
辐射，PV电压和电流几乎是不可避免的。根据关于光伏系统是否为独立光伏系统（Benghanem，2010; Forero等人，2006; Gagliarducci等人，2007;Krauter，2004; Park等人，2012; Ranhotigamage＆Mukhopadhyay，2011; Soler-Bientz等，2006）或并网光伏系统（Anwari等，2011; Ayompe等，2011;Boonmee，Plangklang，＆Watjanatepin，2009; Carullo＆Vallan，
2012;洛佩斯等人，2012; Pietruszko＆Gradzki，2003; Wittkopf，Valliappan，Liu，Ang，＆Cheng，2012），一组不同的附加组合测量是必需的。对于前者，参数相关到电池和/或负载通常是需要的;而对于后者，与电网有关的参数，即电网电压和电网电流是必要的。用于混合可再生能源系统（Kalaitzakis等，2003; Koutroulis＆Kalaitzakis，2003;Papadakis等，2005），PV和风系统的参数被收集。
2.4。 采样间隔
以前的作品使用不同的采样间隔，范围从低至一秒或更少（Ranhotigamage＆Mukhopadhyay，2011），长达一个小时（Benghanem，2009b）。 然而，根据IEC61724标准，采样间隔应该
根据记录的参数类型进行选择。 采样参数的间隔直接随辐照度变化为1分钟或更少（Anwari等人，2011; Forero等人，2006;Kalaitzakis等人，2003; Koutroulis＆Kalaitzakis，2003; Mukaro＆Carelse，1999; Papadakis等人，2005; Ranhotigamage＆Mukhopadhyay，2011; Rosiek＆Batlles，2008; Soler-Bientz等人，2006）。 对于具有较大时间常数的参数，如温度，采样间隔约为1至5分钟。
2.5。 程序开发软件
已经有各种类型的程序开发软件如表1中所报告的那样使用。为了编程微控制器，C语言（Anwari等，2011;Loacute;pez等，2012）和ASSEMBLY（Mukaro＆Carelse，1999）常用;而对于软件MPLAB（Anwari et al。，2011）是流行的选择。在（Park等人，2012），Autobase用于编程开发的PLCSCADA系统。用于数值计算和分析，MATLA（Benghanem，2009b; Wittkopf等，2012）是一种流行的选择软件。系统设计软件如LabVIEW（Anwari等人，2011; Benghanem，2009a; Benghanem，2010; Carullo＆Vallan，2012; Forero等人，2006; Gagliarducci等人，2007;Koutroulis＆Kalaitzakis，2003;洛佩斯等人，2012;索勒 - Bientz2006）是常用的，因为它提供了各种全面的测量和控制工具集于一个应用程序包中。
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