小型光伏电站数据监控系统的制作方法

本发明涉及光伏电站设备制造技术领域，尤其是一种用于分布式小型光伏电站的监控系统。

背景技术：

分布式小型光伏电站就近发电，就近并网，就近转换，就近使用，充分的利用了分散的光照资源，有效解决了光伏电力在升压及长途传输中的损耗问题。然而大量的分布式电源的接入，使配电网的改造和管理变得更为复杂。分布式小型光伏电站单系统装机规模较小，成本敏感，加装传统电气自动化监控系统成本高昂，而实际上小型分布式光伏也不需要此类高可靠、高实时性监控。

目前分布式光伏发电处于发展初期，大量分布式光伏电站的接入对电网会造成何种影响，如何进行调控，都需要大量数据支持研究。而分布式小型光伏电站监控尚没有统一标准，缺乏成本合理、管理方便的分布式监控系统，大部分分布式小型光伏电站均没有纳入监控范围，处于无监控运行状态。

目前，大量的民用分布式小型光伏电站系统均不具备监控能力，只有大型集中式光伏电站和少数用于科学研究的分布式小型光伏电站才配备监控系统。在国家大力倡导下，分布式光伏电站不断发展，装机量越来越多，无监控的分布式光伏电站成为影响电网运行的安全隐患。目前分布式光伏电站发展远达不到国家能源局规划要求，主要原因是电网企业担心无监控分布式小型光伏电站无法监控，而拒绝一部分分布式小型光伏电站并网。

电气自动化监控成套设备动辄上万，而分布式小型光伏电站成本在1万到10万之间，往往8到12年才能收回成本，加装传统电气自动化监控成套设备明显不划算。一些新的小型嵌入式监控系统，虽然实现了低成本监控要求，但是此类监控系统往往对采集设备兼容性差，只能针对特定设备组合进行监控。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种小型光伏电站数据监控系统，它能解决小型分布式监控系统管理复杂，建设成本高，采集设备兼容性差，只能针对特定设备组合进行监控的问题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：包括多个监控主机，所述监控主机分别通过网络与多个数据采集器和Web服务器连接，所述数据采集器通过Rs485-Modbus通讯接口与现场采样设备连接。

上述技术方案中，更为具体的方案还可以是：所述数据采集器包括主控芯片，所述主控芯片分别与网口模块、MAX485模块和显示屏连接，所述主控芯片设有数模转换输出/输入通道，所述网口模块与以太网连接，所述MAX485模块通过RS458总线与现场采样设备连接。

更进一步：所述数据采集器的主控芯片为STM32F103C8T6微控制器。

进一步：所述Web服务器还通过网络与远程客户的浏览器客户端连接。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：本发明设置有数据采集器，数据采集器采集光伏电站系统中常用的Rs485设备数据，合理利用光伏发电系统现有采样设备，减少采样设备的投入；将数据转换到以太网，使用TCP/IP协议传输，延长传输距离，便于集群组网；对于大量地理分散的分布式小型光伏系统监控，通过网络集中监控减少了主机投入数量；再通过监控主机集中管理，将数据存储到本地数据库和远端数据库，以供运行状态监控和科学研究；远端数据库可以供普通用户查看，也可提供给第三方使用。主机同步配置数据库和数据采集器的采集协议，这种方式简单容易管理；Web服务器、监控主机、数据采集器均支持不同数量接入，根据实际情况进行增减，这种结构容易裁剪和拓展，配置灵活；其中数据采集器采用兼容式ModbusRTU通讯协议，即可以通过监控主机直接更改通讯协议，使之可以适应多种采样设备组合。

附图说明

图1是本发明的方框示意图。

图2是本发明的数据采集器的方框示意图。

图3是本发明的数据管理流程图。

图4是本发明的监控主机轮询流程图。

图5是本发明的数据采集流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述：

图1所示的小型光伏电站数据监控系统，包括三个监控主机1，监控主机1分别通过网络与三个数据采集器2和Web服务器3连接，数据采集器2通过Rs485-Modbus通讯接口与现场采样设备4连接；数据采集器2（图2）包括主控芯片2-1，主控芯片2-1分别与网口模块2-2、MAX485模块2-3和显示屏2-4连接，主控芯片2-1设有数模转换输出/输入通道2-5， 网口模块2-2与以太网连接， MAX485模块2-3通过RS458总线与现场采样设备4连接；数据采集器2的主控芯片2-1为STM32F103C8T6微控制器，Web服务器3还通过网络与远程客户的浏览器客户端5连接。

监控主机1运行设在计算机上的监控程序，数据采集器以STM32F103C8T6微控制器为控制核心，采集、汇总RS485采样设备数据，并通过网络传回监控主机1。监控主机1可实现TCP/IP通讯，创建、连接和调用数据库，并将获得的数据存入数据库，还可展示数据库内容，同时可控制程序执行周期，并检测设备连接是否超时。数据采集器2中的网口模块2-2用于转换主控信号和以太网，并遵循TCP/IP通讯协议，MAX485模块2-3用于转换主控信号和RS485信号，显示屏2-4用于现场展示数据。

本系统采用分层结构，数据采集器2管理若干个采样设备，监控主机1管理若干个数据采集器2，Web服务器3管理大量监控主机1，并可提供浏览器客户端5远程查看。

本系统的数据管理关系如图3所示，监控主机1利用数据库中软件参数保存表、站点与数据库表、通讯协议表三个根表，存储管理数据库、连接、数据源的关系信息。通讯协议表管理主机与数据采集器2的通讯协议，写入数据采集器2和创建对应连接的数据表，确保数据库与数据采集器2数据匹配。网络通畅时由监控主机1主动同步远程数据库。数据采集器2接收到写入新协议指令后，将协议写入片内Flash，实现掉电不可失。每次启动时加载到通讯协议结构体中方便调用。数据采集器2根据Modbus特性，每次查询相邻数据以提高查询效率。各个站点数据库对应各自的连接和通讯协议，由主机进行数据库与采集器同步，达到操作简单，容易增减节点（监控主机1、数据采集器2、采样设备），采集器兼容多种设备的目的的同时确保数据在传递过程中不失真。

本系统的监控主机1轮询流程图如图4所示，轮询组为需要监控的连接列表，监控主机1依据轮询组列表依次与数据采集器2进行TCP/IP通信。查询指令由各自使用的通讯协议产生，每个连接都有各自的计时器检测连接是否超时，并及时处理连接超时错误，防止因连接问题导致程序崩溃。返回数据经过严格格式校验才存进数据库，确保数据可靠。校验通过后监控主机1根据对应通讯协议将字节流转换成相应格式存储在数据库。

本系统的数据采集流程图如图5所示，数据采集器2主要有两大重要任务，采集数据和回复监控主机1数据。数据采集器2根据通讯协议对采集的RS485数据进行采集、汇总、简单加工以四字节兼容格式缓存，监控主机1只需要查询数据采集器2，并且格式是固定的，减轻监控主机负担。光伏系统设备大部分采用RS485总线通讯（如逆变器、智能电表、气象站），数据采集器将这些设备数据采回（有的两字节，有的四字节，有的是符号，有的无符号，精度也不同），统一用四字节缓存，最高位为有效位，标记有效数据和无效数据，第二位为符号位，标记“+”“-”号。

数据采集器保存完整通讯协议包括测点名和单位符号，从机地址，数据地址，数据长度，数据精度，这样数据采集器2既可以独立采集数据，独立完成可视化格式输出，又可以和监控主机1采用简洁格式（四字节/测点）通讯。

数据采集器2利用以太网通讯使用TCP/IP通讯协议，使得监控主机1架设更加灵活，方便集群管理降低成本。采集数据时除了严格数据校验，还有超时检测，错误重发机制，提高数据采集系统可靠性。除此之外程序对三个中断源做了中断错误周期屏蔽，防止程序卡在中断任务中，执行完其他任务后，在下一周期重新打开，这样既不影响其他任务执行，又可在错误解除时自动恢复任务。