用于发电站的监控系统的制作方法

本发明涉及电力系统领域，尤其是涉及用于发电站的监控系统。

背景技术：

能源是社会繁荣和发展的驱动力量，人类的一切活动都离不开它。当今人口的平均增长率正在对能源的需求不断的施加压力，自从1973年石油危机后，人们一直在寻求新能源技术的发展。太阳能、水能、风能、潮汐能、生物能等可再生能源的利用被普遍看好，大规模的合理地使用可再生能源是消除煤炭、石油所带来的负面作用的主要途径。其中，太阳能是最重要的清洁能源，从能量的形成过程分析，地球上存在的其他形式的能源几乎都是从太阳能转化过来的。太阳能洁净无污染、资源丰富，被公认为最有效代替化石能源的新能源。

太阳能的直接利用主要分为两个领域：太阳热能和光伏发电。太阳热能现在已经广泛使用，例如太阳能热水器，其可以提供在一定条件下的局部供热，但是这部分热能转换成可远传的电能或者机械能的效率很低。光伏发电是一种通过将太阳能直接转换为电能的发电形式，主要是通过太阳能光电池进行转换。相比太阳热能而言，光伏发电具有转换效率高等优点。虽然随着光伏发电技术的发展，光伏发电的成本和电价也在不断下降。但现有光伏发电技术依然存在投资成本较高的问题，其主要体现在两个方面：一是电力转换器效率较低；另一是控制系统成本和效能较高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供用于发电站的监控系统，采用新型控制系统的结构，以低功耗、低成本实现光伏发电板的太阳光自动跟踪功能，提高光伏发电效率；并对分散在不同区域的光伏发电系统进行分布式远程监控。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：用于发电站的监控系统，包括Zigbee设备、GPRS设备、与Zigbee设备连通的光伏发电装置以及用于连通Zigbee设备和GPRS设备的Zigbee/GPRS网关，所述Zigbee/GPRS网关还连接有光信号变送器；

所述光伏发电装置包括太阳能电池、与Zigbee设备连通的控制器、与控制器相连的储能装置、与控制器相连的逆变器；

所述Zigbee/GPRS网关包括用于连接Zigbee设备的Zigbee模块、与GPRS设备连接的GPRS模块、与光信号变送器连接的串行通讯模块及用于控制Zigbee模块和GPRS模块的处理器；

所述光信号变送器包括用于实现光伏板物理旋转和定位检测的机械结构和用于实现自动跟踪算法、信号采集的控制板，所述机械结构包括光伏电板、定位传感器模块、旋转平台、横纵步进电机和纵轴步进电机，所述控制板包括MCU模块、步进电机驱动模块及通讯模块。

本发明中，Zigbee是一种低成本、低功耗的短距离无线通讯技术，可以由一个到65000个Zigbee模块组成。在整个网络范围内，每一个Zigbee模块之间都可以实现相互通信，而且每个设备都可以通过路由器模块进行连接，因此Zigbee网络具有非常好的连通性和扩展性。通过Zigbee网络的连接，不仅可以实现大规模光伏发电装置的无线连接，而且允许设备在线自动加入网络，大大提高了系统的可维护性，减少了人力资源的投入。GPRS设备是通用分组无线服务技术，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，只要远程终端具有GPRS或者Internet功能，就可以非常方便地实现远程实时监控。由于其具有分布范围广和长期在线等优点，非常适合应用在一些地理环境比较恶劣的地区，因此很好地解决了光伏发电系统的地理分布问题。光信号变送器独立于光伏发电装置，通过将光信号变送器获得的光信号传递给Zigbee/GPRS网关，然后通过Zigbee/GPRS网关将数据分发给其他光伏发电装置，实现所有光伏发电装置的太阳光自动跟踪，这不仅大大降低了系统进行自动跟踪的成本和能耗，而且提高了系统的可维护性。

光伏发电装置中太阳能电池的输出电压随着温度的升高具有负特性，温度每升高1度，硅太阳能电池的开路电压就下降0.4%，输出功率也将减少0.4%~0.5%；而且其输出电压又随太阳光的角度变化而变化，当太阳能电池板与光线成90度夹角时，其输出电压最大。控制器主要控制蓄电池的充放电，使其达到最佳实用状态，因此可以说它是光伏发电装置的核心。逆变器分为方波逆变器、阶梯波逆变器以及正弦波逆变器，其主要是根据应用的需求来产生不同特性的输出信号。

本发明应用时，光信号变送器通过当地的太阳轨迹运行规律和时钟信息调整横纵轴步进电机的旋转角度、实时检测太阳光强度信息，并保存旋转范围内太阳光强度最大点的太阳光角度信息，将其作为各光伏发电装置的控制角。具体地，定位传感器模块用于检测横轴步进电机在横轴方向的旋转角度和纵轴步进电机在纵轴方向的旋转角度，其通过脉冲方式实现。横轴步进电机和纵轴步进电机均是将电脉冲信号转变成角位移的数字式控制电机，在非超载的情况下，其的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时其只有周期性误差而无累计误差，因而精度高。MCU模块用于实现双轴步进电机控制、电流采样、定位传感器模块信号获取和数据传输等功能，同时控制其他外设，而步进电机驱动模块则在MCU模块的作用下用于横轴步进电机和纵轴步进电机的细分控制。光信号变送器将太阳光的强度和角度信号传送给Zigbee/GPRS网关用于下阶段的控制，同时Zigbee/GPRS网关将时钟信息传送至光信号变送器用于时钟同步，将光信号通过Zigbee设备发送给网内的光伏发电装置，光伏发电装置通过Zigbee子节点模块接收来自Zigbee/GPRS网关的光信号数据来实现对太阳光的自动跟踪和工作参数反馈。

为实现MCU模块的功能，进一步地，所述MCU模块为TMS320F28035DPS微处理器。

为实现步进电机驱动模块的功能，进一步地，所述步进电机驱动模块为TA8435步进电机驱动电路。

为实现对控制板的编程，进一步地，所述控制板还包括编程口，所述编程口连接有PC机。

为实现光信号变送器与Zigbee/GPRS网关的连接，进一步地，所述通讯模块通过串行网络与所述串行通讯模块连接。

进一步地，所述GPRS设备还连接有远程监控中心。本发明中，通过GPRS网络监控来自Zigbee/GPRS网关的数据，并且同步各Zigbee/GPRS网关的时钟数据。具有GPRS功能的其他设备，比如笔记本电脑等通过一定的系统认证后也可以作为远程监控中心接收来自Zigbee/GPRS网关的数据。本发明应用时，Zigbee/GPRS网关通过GPRS网络将收集的各光伏发电装置的工作参数和光信号变送器的工作参数反馈给远程监控中心用于系统监控，而远程监控中心也将同步各个Zigbee/GPRS网关的时钟数据。

为实现光伏发电的使用，进一步地，所述控制器相连有直流负载，所述逆变器相连有交流负载。

本发明具有以下有益效果：本发明中，采用Zigbee设备与GPRS相结合的网络技术，解决了一般光伏发电站地域分布特殊、监控困难和布线易老化等问题，实现了光伏发电系统低成本、低功耗和高可维护性的实时监控。将光信号变送器独立于光伏发电装置进行光信号信息的单独检测，并通过Zigbee设备统一发送给各个光伏发电装置进行太阳光自动跟踪，这灵活地解决了大规模光伏发电站进行太阳光自动跟踪时需要消耗大量能源和成本的问题。

附图说明

图1为本发明所述的用于发电站的监控系统一个具体实施例的结构示意图；

图2为本发明所述的用于发电站的监控系统中光伏发电装置一个具体实施例的结构示意图；

图3为本发明所述的用于发电站的监控系统中Zigbee/GPRS网关一个具体实施例的结构示意图；

图4为本发明所述的用于发电站的监控系统中光信号变送器一个具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图4所示，用于发电站的监控系统，包括Zigbee设备、GPRS设备、与Zigbee设备连通的光伏发电装置以及用于连通Zigbee设备和GPRS设备的Zigbee/GPRS网关，所述Zigbee/GPRS网关还连接有光信号变送器；

所述光伏发电装置包括太阳能电池、与Zigbee设备连通的控制器、与控制器相连的储能装置、与控制器相连的逆变器；

所述Zigbee/GPRS网关包括用于连接Zigbee设备的Zigbee模块、与GPRS设备连接的GPRS模块、与光信号变送器连接的串行通讯模块及用于控制Zigbee模块和GPRS模块的处理器；

所述光信号变送器包括用于实现光伏板物理旋转和定位检测的机械结构和用于实现自动跟踪算法、信号采集的控制板，所述机械结构包括光伏电板、定位传感器模块、旋转平台、横纵步进电机和纵轴步进电机，所述控制板包括MCU模块、步进电机驱动模块及通讯模块。

本实施例中，Zigbee是一种低成本、低功耗的短距离无线通讯技术，可以由一个到65000个Zigbee模块组成。在整个网络范围内，每一个Zigbee模块之间都可以实现相互通信，而且每个设备都可以通过路由器模块进行连接，因此Zigbee网络具有非常好的连通性和扩展性。通过Zigbee网络的连接，不仅可以实现大规模光伏发电装置的无线连接，而且允许设备在线自动加入网络，大大提高了系统的可维护性，减少了人力资源的投入。GPRS设备是通用分组无线服务技术，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，只要远程终端具有GPRS或者Internet功能，就可以非常方便地实现远程实时监控。由于其具有分布范围广和长期在线等优点，非常适合应用在一些地理环境比较恶劣的地区，因此很好地解决了光伏发电系统的地理分布问题。光信号变送器独立于光伏发电装置，通过将光信号变送器获得的光信号传递给Zigbee/GPRS网关，然后通过Zigbee/GPRS网关将数据分发给其他光伏发电装置，实现所有光伏发电装置的太阳光自动跟踪，这不仅大大降低了系统进行自动跟踪的成本和能耗，而且提高了系统的可维护性。

光伏发电装置中太阳能电池的输出电压随着温度的升高具有负特性，温度每升高1度，硅太阳能电池的开路电压就下降0.4%，输出功率也将减少0.4%~0.5%；而且其输出电压又随太阳光的角度变化而变化，当太阳能电池板与光线成90度夹角时，其输出电压最大。控制器主要控制蓄电池的充放电，使其达到最佳实用状态，因此可以说它是光伏发电装置的核心。逆变器分为方波逆变器、阶梯波逆变器以及正弦波逆变器，其主要是根据应用的需求来产生不同特性的输出信号。

本实施例应用时，光信号变送器通过当地的太阳轨迹运行规律和时钟信息调整横纵轴步进电机的旋转角度、实时检测太阳光强度信息，并保存旋转范围内太阳光强度最大点的太阳光角度信息，将其作为各光伏发电装置的控制角。具体地，定位传感器模块用于检测横轴步进电机在横轴方向的旋转角度和纵轴步进电机在纵轴方向的旋转角度，其通过脉冲方式实现。横轴步进电机和纵轴步进电机均是将电脉冲信号转变成角位移的数字式控制电机，在非超载的情况下，其的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时其只有周期性误差而无累计误差，因而精度高。MCU模块用于实现双轴步进电机控制、电流采样、定位传感器模块信号获取和数据传输等功能，同时控制其他外设，而步进电机驱动模块则在MCU模块的作用下用于横轴步进电机和纵轴步进电机的细分控制。光信号变送器将太阳光的强度和角度信号传送给Zigbee/GPRS网关用于下阶段的控制，同时Zigbee/GPRS网关将时钟信息传送至光信号变送器用于时钟同步，将光信号通过Zigbee设备发送给网内的光伏发电装置，光伏发电装置通过Zigbee子节点模块接收来自Zigbee/GPRS网关的光信号数据来实现对太阳光的自动跟踪和工作参数反馈。

为实现MCU模块的功能，优选地，所述MCU模块为TMS320F28035DPS微处理器。

为实现步进电机驱动模块的功能，优选地，所述步进电机驱动模块为TA8435步进电机驱动电路。

为实现对控制板的编程，优选地，所述控制板还包括编程口，所述编程口连接有PC机。

为实现光信号变送器与Zigbee/GPRS网关的连接，优选地，所述通讯模块通过串行网络与所述串行通讯模块连接。

优选地，所述GPRS设备还连接有远程监控中心。本发明中，通过GPRS网络监控来自Zigbee/GPRS网关的数据，并且同步各Zigbee/GPRS网关的时钟数据。具有GPRS功能的其他设备，比如笔记本电脑等通过一定的系统认证后也可以作为远程监控中心接收来自Zigbee/GPRS网关的数据。本发明应用时，Zigbee/GPRS网关通过GPRS网络将收集的各光伏发电装置的工作参数和光信号变送器的工作参数反馈给远程监控中心用于系统监控，而远程监控中心也将同步各个Zigbee/GPRS网关的时钟数据。

为实现光伏发电的使用，优选地，所述控制器相连有直流负载，所述逆变器相连有交流负载。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。