基于MCGS的光伏电站数据监测系统的设计与实现

一  引言
      独立运行的光伏电站一般由光电池阵列、充电控制器、蓄电池组、逆变器以及交流控制器组成。其中充电控制器、逆变器、交流控制器通常具备运行数据显示功能，能够通过其本身的数字仪表显示实时的光电池阵列电压、光电池充电电流、蓄电池电压等重要的电站运行数据。但是，由于设备本身功能的局限，此类设备不能够对电站的运行数据进行统计、处理以及长时间的存储。而电站日常的运行数据对于电站系统的管理，设备的维护，以及今后的科研分析具有重要的参考价值。鉴于此，本文介绍了一种采用工业领域业已成熟的组态软件技术，分布式数据采集模式的电站数据监测系统的设计方法与实现过程。

二   分布式数据采集模式
       对于独立运行的光伏电站系统，需要监测的数据有太阳辐射量、光电池充电电压及电流、蓄电池电压及温度、逆变器输入/输出电压及电流、控制室温度等。由于采集参数的多样性和分散性，系统采用了分布式数据采集的结构模式。所谓分布式数据采集，就是利用电量隔离变送器、温度传感器、太阳辐射测量仪等设备就近分散采集现场数据，通过智能数据采集模块的RS-485串行数据总线技术将采集到的数据传送至监测计算机进行集中的数据统计和处理。智能数据采集模块中设有独立的中央处理模块，可以在现场对采集的信号进行数字滤波和简单的数据处理，然后通过RS-485数据总线将处理后的数据传送至监测计算机，监测计算机负责将各个现场的数据进行汇总和处理。

三  系统硬件设计与选型
       光伏电站数据监测系统应同时满足以下几方面的要求：采集数据的精度要达到一定要求；数据采样率满足系统数据变化的要求；数据存储应保证数据不丢失；现场显示界面直观、人性化；更重要的是，系统应具有较高的稳定性和可靠性。现代化的数据监测系统还要求具有远程通讯、远程浏览和访问等功能。
       目前在智能型数据监测系统中，广泛使用的硬件控制单元主要有：PC机（工业控制计算机就是一种典型的PC机）、单片机、可编程控制器(PLC)和DSP。从国内外相关行业的应用来看，利用单片机、可编程控制器(PLC)和DSP开发的数据监测系统的主要不足之处在于：首先，这些控制器需要重新搭建外围电路，开发周期相对较长；其次，即使开发出一套可行的数据采集系统，短时间内与市面上比较成熟的产品——数据采集卡在技术上仍存在一定的差距。而且，这样的系统存在一个数据保存难的问题，因此，需要定期更换存储设备。
      基于本数据采集系统需要实现的功能，采用PC机作为智能型控制单元的设计方案较其它方案具有很明显的优点:
1  对于现场维护人员，PC机的界面更直观和人性化，这对于及时发现电站运行问题和调整电站运行状态起到很好的指导作用。
2  使数据保存变得非常简单，无需定期更换存储设备。可以保存几年、甚至几十年的采集数据。
3  本系统需要实现数据的远程通讯和数据的远程浏览访问，基于PC机的数据采集系统便于扩展外围网络功能。
      鉴于以工业控制PC机作为数据采集与处理中心的优点，本系统最终选择了液晶触摸屏工业控制PC机、交/直流电量隔离传感器、温度传感器、DC-DC电源、智能型数据转换模块等设备组成了可靠、稳定的数据采集系统。

四  基于MCGS的软件设计
       电站监测软件系统是以工业控制组态软件MCGS (Monitor and Control Generated System：监视与控制通用系统)的嵌入版本作为平台设计开发的。该软件是目前国内一款较为成熟的监控组态软件，它是在借鉴国际同类产品的基础上发展起来的，具有较高的起点，发展速度很快，在可靠性和稳定性方面，己接近于国际同类产品。MCGS可稳定运行于Windows98/2000/XP/NT操作系统之上，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备。
       电站监测系统软件的主要功能是数据采集、传输、处理、存储和查询。采集的主要参数是光伏组件及风力发电机输出的电参数、累计电能、逆变器的输入输出参数、太阳辐射强度等信号。采集的数据经过数据处理后，加入数据库中，以备查询。可实时显示现场的运行数据，进入各个监测界面，点击功能控制键，可查看数据趋势曲线、查询历史数据等操作，并生成数据报表。若外接打印机，可打印指定的报表。监测软件还设计了网络监测功能，采用上位机和下位机之间的点对点的通信方式，实现系统的远程监测。

电站监测系统设计有以下主要功能：
1 通信管理：系统自动与各数据采集模块建立通信连接，并具有通信中断后自动重连接功能；
2 监测功能：可以实时监测电站的运行数据，包括太阳电池组件的电参数、累计电能、太阳辐射强度、风速等参数；
3 绘制曲线: 可以绘制每天的太阳辐射强度曲线、风速变化曲线、光电池发电参数曲线、逆变器的电压一电流曲线、功率一时间曲线；
4 数据管理: 包括历史数据存储、数据导出、生成日报表、月报表和年度报表等；
5 密码管理: 系统采用二级密码管理，系统管理员拥有最高管理权。
程序界面的设计以图象直观，操作方便以及交互性强为原则，使用户通过监测程序可以准确、直观地掌握电站当前的运行情况，同时能够方便地查询到电站运行的各种历史数据。程序界面的整体结构由主界面展开，分成若干个次级界面，每个界面均设计有跳转链接，可以使用户方便地跳转到各个页面。软件开始运行后即可进入程序主界面，主界面设计有项目中两个电站远程监测系统的链接，通过鼠标点击可分别进入相应系统的监测程序。

五  结论
      随着我国独立及并网光伏发电系统的深入研究与示范建设，必将会促进与之相配套的电站数据监测技术的发展。希望本文提出的基于工业控制组态软件MCGS，采用分布式数据采集模式的光伏电站监测系统，能够为此类光伏发电监测系统的研究与建设提供有益的借鉴与参考。