一種基于風光互補發電的物聯網遠程監控系統

摘要：針對遠程運行的風光互補發電系統，提出基于視頻監控、射頻通信、GPRS傳輸、數據庫應用及圖形化LabVIEW編程的物聯網遠程監控系統，重點介紹了系統各模塊的硬件設計、軟件設計，數據的傳輸流程以及服務器數據庫的配置、客戶端軟件的實現。該系統實際應用于風光互補發電系統中，可實時同步測量顯示風光互補發電過程的各種數據，存儲的數據庫信息可以為日后的科學研究提供依據，為風光發電技術的改進與提高奠定了基礎。
關鍵詞：風光互補；物聯網；監控系統；LabVIEW

0 引言
隨著常規能源的逐步消耗，可再生能源日益引起人們的關注，風能與太陽能從眾多可再生能源中脫穎而出。風光發電系統的能量輸出因周圍環境的變化而表現出較大的差異，對風光發電系統進行實時監測，可以獲得原始測量數據，為系統的改進與優化提供有用數據，同時對系統環境參數及其系統本身的電氣性能進行監測和分析是保證系統正常高效運行的前提，而且風光發電系統的運行一般是在偏遠地區或無人值守的情況下進行，對地面上很分散的風光系統進行監測維護是十分困難繁瑣的，需要大量的時間和人力物力，因此在風光發電系統中采用物聯網遠程監控系統具有重要意義。
物聯網，以其現有定義，即通過射頻識別裝置、攝像裝置、紅外感應器、全球定位系統等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。從其定義中可看出，物聯網技術的本質在于“物物相連”，可以看作是利用現有互聯網通過無線傳感等技術，使用戶的范圍拓展到物的領域，即達到人與物的相連，物與物的相連和物與人的相連。本文主要介紹基于視頻監控、射頻通信、GPRS傳輸、數據庫應用及圖形化LabVIEW編程等技術實現的風光直補物聯網遠程監控系統。

1 工程背景
1．1 風光互補發電系統總體布局
風光互補發電系統主要由如下幾項構成：光伏組件(16塊)、風力發電機組(3臺)、蓄電池組(4臺)、控制器(3臺)和逆變器(1臺)，如圖1所示。其中光伏組件，風力發電機組分別將太陽能和風能轉化為電能，通過控制器對蓄電池充電；蓄電池組是由多個蓄電池經串聯組成的儲存電能的裝置；控制器主要是對蓄電池的充放電進行管理，同時對系統輸入輸出功率起到調節和分配的作用；逆變器的作用是將風機和光伏組件發出的直流電轉換為交流電，對負載進行供電。
圖1右側所示為獨立的視頻監控設備及網絡，用以對現場進行視頻監控。

1．2 風光互補發電物聯網監控系統總體架構
風光互補發電物聯網監控系統總體架構如圖2所示。

在該物聯網監控系統中，首先將每組太陽能電池板與每臺風機的輸出電壓及電流經信號調理后送到數據采集板，并按照通信協議打包，以無線傳輸方式發送至數據集中器，數據集中器采集到所有數據和負載信息統一送至GPRS模塊，GPRS模塊通過中國移動的網絡將信息發送到服務器，服務器將獲取的信息處理后存儲至數據庫中，監控中心或用戶通過客戶端軟件即可從服務器上調用數據實時顯示當前風光系統運行情況。當系統出現問題的時候，I／O控制板將自動切斷負載，并在現場和監控中心顯示故障信息，同時用戶可在遠端監控中心通過按鈕控制現場的負載的通斷操作。

2 風光互補物聯網監控系統模塊設計
2．1 數據采集板軟硬件設計
2．1．1 數據采集板硬件設計
數據采集板主要包括ATmega8單片機，霍爾電流、電壓傳感器。電源穩壓模塊、串口通信模塊和無線收發模塊。其中ATmega8處理器的主要任務是對傳感器的輸入信號進行處理，并控制無線收發模塊的正常工作。系統框圖如圖3所示。

數據采集板串口通信電路采用低功耗的MAX232芯片，完成了節點模塊與PC機的通信。
數據采集模塊中ATmega8，無線模塊等器件的通用電源為+5 V，電壓霍爾傳感器的電源為±15 V，所以采用LM2576作為穩壓模塊，將±15 V穩定在+5 V。
根據現場的風機和光伏組件的輸出電壓及輸出電流，選用的電流霍爾傳感器為ACS712，具有良好的線性度；霍爾電壓傳感器為HFV5 10／25A型。