专利名称：光伏电站卫星远程监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏电站的远程监控，尤其是光伏电站的卫星远程监控系统。
背景技术：
光伏电站的信息反馈和设备的日常维护是用户和制造商都十分关心的问题。由于光伏电站绝大多数处于人迹稀少、条件恶劣的偏远地区，对于这些电站的运行状况只能通过远程监控。目前，对光伏电站数据的监控主要通过MODEM拨号、基于TCP/IP网络协议、基于INTERNET网络或电缆传输等手段。其具体例子如中国专利号03207718.1《太阳能电站远程监控系统》，它公开了一种利用MODEM拨号进行远程监控的系统。但是，由于我国很大一部分的光伏电站建设在边远地区、绝大多数是相当分散的独立电站。那些地区的电站安装地点基础设施比较差，有些安装地点甚至没有固定的电话网络、移动电话网络或INTERNET网络，因此，采集到的电站运行数据无法传递给诊断工程师，无法实现实时、在线监视控制，给光伏电站的管理造成极大的不便。为此，需要采用一种无线监控系统，即利用卫星数据采集系统进行这种远程监控，使监控不受地形、传输距离的影响。目前没有发现类似无线监控光伏电站的相关技术说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了解决现有技术对光伏电站远程监控的限制，本发明的目的在于提供一种光伏电站卫星远程监控系统，利用覆盖全国的卫星数据采集系统，以及航天遥测、遥控、遥监技术，监测位于全国范围内的太阳能光伏电站的运行状态监测量，通过远程通信——卫星传输数据到达数据主站，经过数据处理后送给光伏电站的管理者，形成天地一体化的太阳能光伏电站管理模式。
为了解决上述技术问题，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光伏电站卫星远程监控系统，该系统包括安装于远程监控中心的主站通过卫星转发器同安装于太阳能光伏电站的远端站进行数据通信。卫星转发器为安装于通信卫星上的信号转发器，它包括业务信道，其中，上行信道是主站到远端站方向的通信链路；下行信道是远端站到主站方向的通信链路。主站通过卫星转发器向远端站发送远程监控中心的设置和指令、接收卫星转发器转发的远端站的数据信号。远端站用于对光伏电站运行数据的采集，由主站控制，将采集的模拟信号转换成数字信号，通过天线发射，经由卫星转发器的业务信道传送到主站，由主站的网管计算机处理后提供远程监控中心进行各项数据的处理，并将处理结果送发有关部门。
上述主站包括主站天线，用于接收和发送信号，通过卫星转发器同远端站交换信息。室外射频单元，同主站天线连接，它包括低噪声放大器和射频收发单元；其中，低噪声放大器用于对天线接收信号的放大；射频收发单元包括固态功放、上、下变频器、频率源、电源及监测控制器，用于实现中频信号和射频信号之间的频率、电平转换。中频合路器，将导频发射机和数字卫星调制器的信号合成后输出至室外射频单元。导频接收机，包括中频单元和监控单元，用于接收导频信号，纠正由卫星转发器频率稳定度和卫星摄动造成的频率偏差。中频分路器将室外射频单元输出的一路合成信号分离出多路独立信号。数字卫星调制器，用以调制主站发送的信息。它包括中频单元将基带信号调制在中频信号上输出给室外射频单元；基带处理单元对数据接口单元送来的数据进行信道编码；监控单元通过监控串口处理频率电平等监控数据；数据接口单元通过数据串口处理主站指令数据。数字卫星调制器将主站所要发送的数据信息按HDLC的帧结构组成64Kb/s的同步数据流，数据流经扰码、差分编码、卷积编码、匹配滤波，然后调制在中频信号上经中频合路器输出给室外射频单元，由主站天线发射，经卫星转发器转发远端站。数字卫星解调器，用以解调远端站发送的信息，它包括中频单元将输入的中频信号经下变频后输出基带信号；基带处理单元对基带信号进行解调和信道译码；监控单元通过监控串口处理频率电平等监控数据；数据接口单元通过数据串口处理远端业务数据。室外射频单元下变频器输出的中频信号经导频接收机校准频偏后输入数字卫星解调器进行解调、纠错译码、差分译码、解扰、解帧处理后，还原出远端站发送的数据信号输出给网管计算机及网络设备。网管计算机及网络设备，用于监测各个远端站的工作状态，对整个监控系统的数据进行分类处理、将有关数据提供远程监控中心分送有关管理部门处理、通过网络设备接受用户查询、向诊断工程师提供光伏电站的目前运行状况；其公务信道用于设置各远端站的工作模式和所使用的业务信道。GPS接收机，由天线单元和接收单元组成，用于提供标准GPS时钟，对主站的系统进行同步校时；GPS接收机接收来自主站天线的信号，经变频、放大、滤波处理，实现对GPS信号的跟踪、锁定、测量，提供所计算位置的数据信息和标准时钟。远端站设备，用于监测上行信号的信噪比和主站上行功率控制。它包括调制器中频单元、解调器中频单元、调制器基带处理单元、解调器基带处理单元、监控单元、数据接口单元组成。其中，调制器中频单元对数字信息进行组帧、编码、匹配滤波，然后调制在中频信号上，并输出给室外射频单元中的上变频器；解调器中频单元将室外射频单元中下变频器输出的L频段中频信号进行解调、译码、解帧，还原出主站发送给该远端站的各种信息。接口，包括同公众电信网或专用通信线路连接的接口，提供用户进入主站的数据库。
上述远端站包括远端站天线，用于接收和发送信号，通过卫星转发器同主站交换信息。电源控制器数据采集模块，用于对光伏电站直流电池电压、光伏阵列电流、蓄电池充电电流、直流负载电流等模拟监测量进行数据变换，并进行安时数、控制器温度和故障记录。蓄电池数据采集模块，用电池巡检仪采集光伏电站蓄电池单体电压以及电池总电压和环境温度，并转换为数字信号。逆变器数据采集模块，用于采集光伏电站交流输出电压、交流输出电流、交流输出频率和交流输出功率。数据集成模块，通过串行通讯线与上述三个采集单元通讯得到数据，并通过液晶显示；响应卫星转发器的查询，将得到的上述数据通过远端站天线和下行信道发送给卫星转发器，再转发主站。
本发明光伏电站卫星远程监控系统由于通过卫星转发器实现主站对远端站的控制和数据交换，因此，具有不受地形、传输距离等的影响，尤其是解决了无固定电话网络、移动电话网络或INTERNET网络地区的光伏电站远程控制问题，使诊断工程师能获得偏远、条件恶劣地区的光伏电站数据，因此，达到了实时、在线监视控制光伏电站、对国有资产进行监管的有益效果。
本发明远程监控系统还可以广泛的应用于能源、气象、海洋、林业等需要进行远程监控的领域。
图1是本发明光伏电站卫星远程监控系统框图；图2是本发明光伏电站卫星远程监控系统中主站的结构框图；图3是本发明光伏电站卫星远程监控系统中远端站的结构框图；具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明光伏电站卫星远程监控系统框图。
如图所示，该系统包括安装于远程监控中心的主站2通过卫星转发器1同安装于太阳能光伏电站的远端站3进行数据通信。其中，卫星转发器1为安装于鑫诺一号卫星上的ku频段信号转发器，用于主站2和远端站3之间的数据交换，它包括业务信道，其中上行信道是主站2到远端站3方向的通信链路；下行信道是远端站3到主站2方向的通信链路。卫星转发器由接收机、输入多工器、步进衰减器、固态放大器、行波管放大器和输出多工器组成，实现信号的转发。主站2是卫星数据采集系统通信、管理的枢纽，它通过卫星转发器1向远端站3发送远程监控中心的设置和指令等信息、接收卫星转发器1转发的远端站3的数据。远端站3，用于对光伏电站运行数据的采集，将采集的模拟信号转换成数字信号，通过天线发射。远端站3在主站2的控制下，通过业务信道将数据采集终端采集的数据信息经卫星转发器1传送到主站2，由主站的网管计算机处理提供远程监控中心。
图2是本发明光伏电站卫星远程监控系统中主站的结构框图。
如图所示，它包括主站天线201，采用口径3.7m的环焦天线，用于接收和发送信号，通过卫星转发器1同远端站3交换信息。
室外射频单元202，同主站天线201连接，是一种ku波段的射频设备，由低噪声放大器和射频收发单元组成(图中未示出)。低噪声放大器是一个独立部件，用于对天线接收信号的放大，它安装在天线馈源上。射频收发单元包括固态功放、上下变频器、频率源、电源及监测控制器，用于实现中频信号和射频信号之间的频率、电平转换。射频收发单元的各部件组成一个封闭式整体，安装在天线背架上，由于安装在室外，因此能在高温、低温、潮湿、降雨、腐蚀等恶劣的室外环境中长期稳定工作。
中频合路器203，将导频发射机204a和数字卫星调制器207的信号合成后输出至室外射频单元202。
导频接收机204b，由中频单元、监控单元两部分组成(图中未示出)，用于接收导频信号，纠正由卫星转发器频率稳定度和卫星摄动造成的频率偏差。导频是一个不加调制的单频信号。导频信号由主站发射，导频接收机通过接收导频信号，纠正由卫星转发器频率稳定度和卫星摄动造成的频率偏差(约为±30KHz)，以减小远端站信号在主站解调器入口处的频率偏移(减小到±3KHz以内)，从而可以大大缩短主站解调器的信号捕获时间，提高信道的利用率。导频可以设置在转发器36MHz带宽中的任意频点(频率步级为50KHz)。本实施例中，导频接收机的输出标称中频为70MHz，通道带宽为±2MHz。主站配置2台导频接收机，互为备分，其切换由主站设备监控计算机控制。
中频分路器205，将室外射频单元202输出的一路合成信号分离出多路独立信号。
数字卫星调制器206，用以向远端站发送信息。它包括中频单元，用于将基带信号调制在适当的中频信号上输出给室外射频单元；基带处理单元，用于对数据接口单元送来的数据进行信道编码；监控单元，通过监控串口处理频率电平等监控数据；数据接口单元，通过数据串口处理主站指令数据(图中未示出)。数字卫星调制器206将主站所要发送的数据信息按HDLC的帧结构组成64Kb/s的同步数据流，数据流经扰码、差分编码、卷积编码、匹配滤波，然后调制在适当的中频信号上经中频合路器203输出给室外射频单元202，由主站天线201发射给卫星转发器1。中频信号可以设置在70±18MHz范围内的任意频点(频率步级为2.5KHz)。主站发送数据信息采用TDM方式，信息包中包含接收远端站的地址，各个远端站只接收与自身地址相符合的信息。本发明实施例中，主站配置3台数字卫星调制器1台用于发射导频信号，1台用于传送前向公务信道信息，1台用作备份。
数字卫星解调器207，用以解调远端站发送的信息，它包括中频单元，用于将输入的中频信号经过下变频后输出基带信号；基带处理单元，用于对基带信号进行解调和信道译码；监控单元，通过监控串口处理频率电平等监控数据；数据接口单元，通过数据串口处理远端业务数据(图中未示出)。室外射频单元下变频器输出的中频信号经导频接收机校准频偏后输入数字卫星解调器，然后在解调器内进行解调、纠错译码、差分译码、解扰、解帧处理后，还原出远端站发送的数据信号输出给主站计算机系统。本发明实施例中，主站配置12台数字卫星解调器，1台用于接收反向公务信道，10台用于接收业务信道，1台用作备份。
网管计算机及网络设备208，用于监测各个远端站的工作状态，对整个监控系统的数据进行分类处理、将有关数据提供远程监控中心分送有关管理部门处理、通过网络设备接受用户查询、向诊断工程师提供光伏电站的目前运行状况。其公务信道用于设置各远端站的工作模式和所使用的业务信道，本发明实施例中，可以提供1条公务信道和10条业务信道，如果今后业务量增加，需要扩充系统容量，可以通过增加主站数字卫星调制器和数字卫星解调器的数量来增加公务信道和业务信道的数量。
GPS接收机209，由天线单元和接收单元组成(图中未示出)，用于提供标准GPS时钟，对主站系统进行同步校时。GPS接收机接收来自主站天线201的信号，经过变频、放大、滤波等一系列处理过程，实现对GPS信号的跟踪、锁定、测量，提供所计算位置的数据信息和标准时钟。
远端站设备210，由调制器中频单元、解调器中频单元、调制器基带处理单元、解调器基带处理单元、监控单元、数据接口单元组成(图中未示出)。用于监测上行信号的信噪比和主站上行功率控制。调制器中频单元对数字信息进行组帧、编码、匹配滤波，然后调制在L频段中频信号上，并输出给室外射频单元202中的上变频器(UCB)。解调器中频单元将室外射频单元202中下变频器(LNB)输出的L频段中频信号进行解调、译码、解帧，还原出主站发送给该远端站的各种信息。
接口211，包括同公众电信网或专用通信线路连接的接口，提供用户进入主站2数据库中，获取其需要采集的数据信息；为了保证主站运行的可靠性，导频接收机、数字卫星调制器、数字卫星解调器、网管计算机等均配置备份。
图3是本发明光伏电站卫星远程监控系统中远端站的结构框图。
如图所示，它包括远端站天线301，采用口径3.7m的环焦天线，用于接收和发送信号，通过卫星转发器1同主站2交换信息。
电源控制器数据采集模块302，用于对光伏电站直流电池电压、光伏阵列电流、蓄电池充电电流、直流负载电流等模拟监测量进行数据变换，并进行安时数、控制器温度和故障记录。电池电压通过分压，电流通过霍尔元件将直流电流转化为弱信号的直流电压，然后进入A/D电路转换为数字信号。
蓄电池数据采集模块303，用电池巡检仪采集光伏电站蓄电池单体电压以及电池总电压和环境温度。其中，电压通过多路选择开关4051、线性光耦74LS595依次采集，温度通过温度传感器TMP36转换成电压，然后进入A/D电路转换为数字信号。本实施例中，A/D电路选用TLC549，CPU选用INTEL 8位单片机。
逆变器数据采集模块304，采用圣斯尔电量变送器CE-AJ4采样得到光伏电站交流输出电压、交流输出电流、交流输出频率、交流输出功率。
数据集成模块305，一方面通过RS485串行通讯线与上述三个采集单元通讯得到数据，并通过点阵为128*64的液晶显示；另一方面响应卫星转发器1的查询，将得到的上述数据通过RS232串行通讯，由远端站天线301通过下行信道发送给卫星转发器1，再由卫星转发器1发送主站2。
如上所述，本发明由于通过卫星转发器实现主站对远端站的控制和数据交换，因而，不受地形、气候、传输距离等的影响，对光伏电站的工作状况进行有效的实时在线监控。
权利要求
1.一种光伏电站卫星远程监控系统，其特征在于，该装置包括安装于远程监控中心的主站[2]通过卫星转发器[1]同安装于太阳能光伏电站的远端站[3]进行数据通信；卫星转发器[1]为安装于通信卫星上的信号转发器，它包括业务信道，其中，上行信道是主站[2]到远端站[3]方向的通信链路；下行信道是远端站[3]到主站[2]方向的通信链路；主站[2]通过卫星转发器[1]向远端站[3]发送远程监控中心的设置和指令、接收卫星转发器[1]转发的远端站[3]的数据信号；远端站[3]用于对光伏电站运行数据的采集，由主站[2]控制，将采集的模拟信号转换成数字信号，通过天线发射，经由卫星转发器[1]的业务信道传送到主站[2]，由主站[2]的网管计算机处理后提供远程监控中心；所述的主站[2]包括主站天线[201]，用于接收和发送信号，通过卫星转发器[1]同远端站[3]交换信息；室外射频单元[202]，同主站天线[201]连接，它包括低噪声放大器和射频收发单元；其中，低噪声放大器用于对天线接收信号的放大；射频收发单元包括固态功放、上、下变频器、频率源、电源及监测控制器，用于实现中频信号和射频信号之间的频率、电平转换；中频合路器[203]，将导频发射机[204a]和数字卫星调制器[207]的信号合成后输出至室外射频单元[202]；导频接收机[204b]，包括中频单元和监控单元，用于接收导频信号，纠正由卫星转发器频率稳定度和卫星摄动造成的频率偏差；中频分路器[205]，将室外射频单元[202]输出的一路合成信号分离出多路独立信号；数字卫星调制器[206]，用以调制主站[2]发送的信息；它包括中频单元将基带信号调制在中频信号上输出给室外射频单元[202]；基带处理单元对数据接口单元送来的数据进行信道编码；监控单元通过监控串口处理频率电平等监控数据；数据接口单元通过数据串口处理主站指令数据；数字卫星调制器[206]将主站所要发送的数据信息按HDLC的帧结构组成64Kb/s的同步数据流，数据流经扰码、差分编码、卷积编码、匹配滤波，然后调制在中频信号上经中频合路器[203]输出给室外射频单元[202]，由主站天线[201]发射，经卫星转发器[1]转发远端站[3]；数字卫星解调器[207]，用以解调远端站[3]发送的信息，它包括中频单元将输入的中频信号经下变频后输出基带信号；基带处理单元对基带信号进行解调和信道译码；监控单元通过监控串口处理频率电平等监控数据；数据接口单元通过数据串口处理远端站业务数据；室外射频单元下变频器输出的中频信号经导频接收机校准频偏后输入数字卫星解调器[207]进行解调、纠错译码、差分译码、解扰、解帧处理后，还原出远端站[3]发送的数据信号输出给网管计算机及网络设备[208]；网管计算机及网络设备[208]，用于监测各个远端站的工作状态，对整个监控系统的数据进行分类处理、将有关数据提供远程监控中心；其公务信道用于设置各远端站的工作模式和所使用的业务信道；GPS接收机[209]，由天线单元和接收单元组成，用于提供标准GPS时钟，对主站的系统进行同步校时；GPS接收机接收来自主站天线[201]的信号，经变频、放大、滤波处理，实现对GPS信号的跟踪、锁定、测量，提供所计算位置的数据信息和标准时钟；远端站设备[210]，用于监测上行信号的信噪比和主站上行功率控制；它包括调制器中频单元、解调器中频单元、调制器基带处理单元、解调器基带处理单元、监控单元、数据接口单元；其中，调制器中频单元对数字信息进行组帧、编码、匹配滤波，然后调制在中频信号上，并输出给室外射频单元[202]中的上变频器；解调器中频单元将室外射频单元[202]中下变频器输出的L频段中频信号进行解调、译码、解帧，还原出主站发送给该远端站的各种信息；接口[211]，包括同公众电信网或专用通信线路连接的接口，提供用户进入主站[2]的数据库；所述的远端站[3]包括远端站天线[301]，用于接收和发送信号，通过卫星转发器[1]同主站[2]交换信息；电源控制器数据采集模块[302]，用于对光伏电站直流电池电压、光伏阵列电流、蓄电池充电电流、直流负载电流等模拟监测量进行数据变换，并进行安时数、控制器温度和故障记录；蓄电池数据采集模块[303]，用电池巡检仪采集光伏电站蓄电池单体电压以及电池总电压和环境温度，并转换为数字信号；逆变器数据采集模块[304]，用于采集光伏电站交流输出电压、交流输出电流、交流输出频率和交流输出功率；数据集成模块[305]，通过串行通讯线与上述三个采集单元通讯得到数据，并通过液晶显示；响应卫星转发器[1]的查询，将得到的上述数据通过远端站天线[301]和下行信道发送给卫星转发器[1]，再转发主站[2]。
2.根据权利要求书1所述的光伏电站卫星远程监控系统，其特征在于所述的室外射频单元[202]的低噪声放大器安装在天线馈源上；其射频收发单元的各部件组成一个封闭式整体，安装在天线背架上。
3.根据权利要求书1所述的光伏电站卫星远程监控系统，其特征在于所述导频接收机[204]的输出标称中频为70MHz，通道带宽为±2MHz。
4.根据权利要求书1所述的光伏电站卫星远程监控系统，其特征在于所述的数字卫星调制器[206]的中频信号设置在70±18MHz范围内的任意频点，频率步级为2.5KHz；主站发送数据信息采用TDM方式，信息包中包含接收远端站的地址，各个远端站只接收与自身地址相符合的信息。
5.根据权利要求书1所述的光伏电站卫星远程监控系统，其特征在于所述的电源控制器数据采集模块[302]包括电池电压通过分压，电流通过霍尔元件将直流电流转化为弱信号的直流电压。
6.根据权利要求书1或5所述的光伏电站卫星远程监控系统，其特征在于所述的电源控制器数据采集模块[302]还包括电压通过多路选择开关4051、线性光耦74LS595依次采集，温度通过温度传感器TMP36转换成电压。
7.根据权利要求书1所述的光伏电站卫星远程监控系统，其特征在于所述的主站[2]和远端站[3]的天线为口径3.7m的环焦天线，其射频设备工作于ku波段。
全文摘要
本发明涉及一种光伏电站卫星远程监控系统，安装于远程监控中心的主站通过卫星转发器同安装于太阳能光伏电站的远端站进行数据通信；主站通过卫星转发器向远端站发送远程监控中心的设置和指令、接收卫星转发器转发的远端站数据；远端站用于对光伏电站运行数据的采集，将采集的模拟信号转换成数字信号，通过天线发射，在主站的控制下，通过业务信道将数据采集终端采集的数据信息经卫星转发器传送到主站，由主站的网管计算机处理提供远程监控中心。本发明解决了偏远、条件恶劣地区光伏电站的远程控制问题，达到了不受地形、气候、传输距离等影响，对光伏电站的工作状况进行有效的实时在线监控的有益效果。
文档编号H04B7/155GK101075752SQ20061002673
公开日2007年11月21日 申请日期2006年5月19日 优先权日2006年5月19日
发明者徐广彩, 丁洁, 王龙 申请人:上海航天卫星应用有限公司