智慧太阳能无线监控解决方案（太阳能电站远程监控系统的设计）

本文主要介绍太阳能电站远程监控系统的功能和界面设计。其功能是监测太阳能电池板以及逆变器的数据和故障，系统由上位监控机和前端数据采集单元组成。监控系统在接受到前端数据采集单元传输的太阳能发电机组状态和数据后，经分析整理后，以图形、图像等方式显示给用户，以达到监视的目的。同时数据经过处理后，告知用户太阳能发电机组各种参数的状态，这些处理后的数据会保存到数据库中，作为历史记录，便于以后查询调用。

在中国的大型太阳能发电场，由于光照分布和地理位置的限制，大多分布在西北偏僻地区。由此存在分布面积大、数量多、工作环境恶劣、现场监控难的问题。靠人工维护，对人力、财力的消耗是很大的。因此需要一套能实时提供太阳能发电机组运行状态、功能完善、性能稳定的远程监控软件，即数据采集与监视控制系统 (Supervisory Control And Data Acquisition SCADA)。

基于VB软件开发的太阳能发电远程监控软件，运用了VB软件面向对象的设计思想，同时应用photoshop丰富多样的图形处理，界面简洁、大方；功能全面；操作简便。监控系统具有数据记录、管理和查询等功能，实现无人职守时的可靠监测。同时，通过软件本身的网络配置，将数据上传到Internet，使异地管理人员方便快捷的监控此地太阳能发电站运行状况。

1 VB软件的开发特点

1.1 面向对象

VB采用了面向对象设计思想，它基本思路是把复杂的设计问题分解为多个能够完成独立功能且相对简单的对象集合。

1.2 事件驱动　

在Windows环境下是以事件驱动方式运行每个对象的都能响应多个区别事件，每个事件都能驱动段代码事件过程，该代码决定了对象功能。

1.3 软件Software集成式开发

VB为编程提供了个集成开发环境在这个环境中编程者可设计界面、编写代码、调试直至把应 用编译成可在Windows中运行可执行文件。

1.4 结构化设计语言

VB具有丰富数据类型是种符合结构化设计思想语言。

1.5 强大数据库访问功能

VB利用数据Control控件可以访问多种数据库，可以用最少代码实现数据库操作和控制。

1.6 支持对象链接和嵌入技术

VB核心是对对象链接和嵌入(OLE)技术支持，利用OLE技术能够开发集声音、图像、动画、字处理、Web等对象于一体的功能强大的软件。

1.7 网络功能

VB提供了DltTML设计工具，利用这种技术可以动态创建和编辑Web页面使用户在VB中开发多功能网络应用软件。

1.8 支持动态交换、动态链接技术

通过动态数据交换(DDE)编程技术，VB开发能和其他Windows应用的间建立数据通信，通过动态链接库技术在VB中可方便地用C语言或汇编语言编写Windows应用接口。

2 监测系统程序的主要功能

监测系统的功能可分为系统状态监视、系统故障记录、图形曲线、数据分析及存储、远程监视等几个主要方面，与此对应，监测系统的程序由系统监测、数据处理、历史查询等三个基本界面和用户管理、参数设置、帮助等界面组成，每个界面都完成一定的功能，界面之间通过“数据流”进行连接、组合，从而构成一个功能丰富的虚拟系统。以下为整体结构图。

图1 软件整体结构图

3 监测系统软件界面的功能

3.1 用户登陆界面

该界面是整个监测系统软件最顶层的一个界面，最先得以执行。用户通过该界面选择登陆身份，并输入相应身份的确认密码。不同登陆身份的用户权限是不同的：系统管理员可以修改监测系统的运行参数，并创建普通用户的帐号和密码；而普通用户是没有这些权限的，这样的设置是为了保证监测系统运行的安全性，因为系统运行参数的修改需要用户对整个系统的特性非常了解。

尽管监测系统可运行在一定的参数范围内，但不恰当的参数设置、组合会大大降低监测系统的运行效率和可靠性，给监测系统的正常运行带来极大的安全隐患。所以需要严格区分不同用户的身份及其操作权限。在实际应用中，只有系统管理员具有最高权限，可对监控系统进行操作；其他人员只能查询数据和监视数据，不能进行其它操作。

3.2 系统监测界面

该界面是整个监测系统软件的核心子界面，不仅完成了监测系统软件的大部分功能，同时为监测系统软件的其他界面，如系统调试界面、历史查询界面，提供了必要的数据来源，其界面如图2所示，该界面也是系统软件运行时的主界面。

图2 系统监测界面

该界面的功能包括太阳能电站状态监测、监测数据存储、监测数据传送三个主要方面。

（1）太阳能电站状态监测

太阳能电站状态监测包括太阳能跟踪系统的监测、太阳能固定系统的监测，逆变器系统的监测，太阳能电站运行状态的监测，所有这些被监测的变量都在图2的监测面板上以数值的形式呈现给操作者，也可以波形的形式使得用户可以直观、全面地了解太阳能电站的运行状态和参数。

同时图中的横、纵坐标刻度都是自适应的，能够随着显示参量的幅度大小而自动调整；波形的显示周波数和刷新时间也都是可调的。

（2）监测数据存储

监测数据的存储又分为两种情况，一种情况是当系统发生故障，如过压、欠压、过流时，监测程序会发出警报信号，同时记录整个故障发生时的故障类型和异常数据，这些数据可以用做故障后的分析和诊断等；另外一种情况是系统正常运行时，会对系统的特征参量进行统计上的处理，然后将处理后的结果定时存盘，以供历史查询。

例如监测系统程序可以对光照强度、功率、直流电压电流等数据进行统计，可以得出一定时间段内的这些参量的最大值、最小值、平均值，将这些统计结果存盘，并累积足够长的时间，然后调出存储的这些数据，并通过一定的软件处理，就可以分析如光照强度、功率等的变化趋势，提供必要的参考数据，为逆变器系统在不同的天气和气候条件下，实现最大功率跟踪，提高太阳能电池板的利用效率。

（3）监测数据传送

监测数据可通过后台的网络数据服务器向指定IP的计算机传输本地的监测数据，以便不同的部门查看监控数据。

实际运行时主要监视此界面，及时发现异常数据和报警故障，通知检修人员对出现的问题进行检修和维护。

3.3 系统调试界面

该界面是监测系统软件的另一个主要子界面。系统调试界面可以在较短的时段内可控地记录系统各主要监测变量的实时数据，并可对记录的数据进行波形显示、参量计算。这一功能实际上类似于录波器和示波器的作用。

由于可以记录系统动态过程中各参量的变化情况，所以这个界面对于运行人员了解系统的动态特性非常有帮助。比如通过这个界面观察当光照强度发生变化时逆变器的响应时间和系统功率的变化曲线，从而可以对逆变器的工作状态做出评估。从而调整逆变器的工作参数，以在当前工作条件下的实现最大功率输出。

3.4 历史查询界面

该界面是监测系统软件的另一个主要界面，又分为历史故障查询和历史数据查询两个独立的子界面。

用户通过历史故障查询界面可以查询已经记录的故障并重现整个故障过程，如查看故障的类型、发生时间和异常数值。为检修人员提供参考资料，尽快回复电站正常运行。

历史数据查询界面和历史故障查询界面的界面不同，用户通过历史数据查询界面，可以查询在系统监测界面中记录的全部数据的统计数据，一个或多个变量的波形、有效值的变化曲线等；同时对这些波形、曲线提供了编辑、查看的工具，如曲线的拖动，波形局部的中心、水平、垂直方向的放大和缩小等。从而了解太阳能电站在一定时间段内的运行特性及电力系统的一些特征电量的变化情况。

通过历史曲线在同一张曲线图中绘制多条参数曲线，以比较其变化趋势。比如，在同一坐标系中绘制功率和光伏强度曲线，可追踪功率跟随光伏强度变化的情况。或者在同一坐标中绘制温度和光伏强度曲线，光伏强度跟随温度变化的情况。

在界面下还可按日、月、年的方式生成报表，可对一些重要参数作短期，中期和长期的统计分析，达到监测太阳能发电机组性能的目的。利用计算机接口可打印报表，还可以通过网络资源将报表传送给上级有关部门查看。

3.5 数据对比界面

在此界面下可对比任意两天的不同数据进行对比操作。便于分析不同天气和气候条件下，太阳能电站的工作状态。例如多云、阴天和晴天的数据对比，为逆变器工作和太阳能电池板的安装提供数据支持。

3.6 用户管理界面

该界面为用户提供了部分个人定制工具，如修改密码、系统管理员新建用户帐号和密码、数据文件的整理等等。

只要是当前登陆的用户，都可以通过用户管理界面的修改密码功能项修改登陆密码，同时，系统管理员还可以创建新的用户帐号和登陆密码。

文件整理是用户管理界面的另一功能项。该界面显示了监测系统软件所在文件夹的磁盘使用情况，并给出是否清空数据文件的操作提示。

通过前面的介绍，我们知道监测系统程序正常运行时要定期记录系统监测变量的统计数据，故障情况下要记录全部监测变量的故障数据，所以当这些数据逐渐增多至一定的磁盘使用率时，应该及时将这部分旧数据转移备份，然后清空这些数据文件，这样不至于因为运行时间过长、数据过多造成新的数据不能正常存储，从而影响监测系统程序的运行。

3.7 参数设置界面

用户通过该界面可配置监测系统运行所需的一切软、硬件参数。系统运行所需的参数可分为4类：第一类是关于数据采集单元的测量参数，包括数据采集编号、采样速率、数据刷新时间等；第二类是关于串行口的通信参数，包括串口标识号、流控制、波特率等；第三类是关于电量的报警参数，包括报警方式、报警阈值的上下限等，第四类是关于数据记录的存储参数。

该界面在设计过程中考虑了以下两个因素：一是为了使监测系统具有良好的兼容性和灵活性，监测系统的参数设置也应该具有足够的灵活性。因为在不同的工况下，对监测系统的运行要求不同，运行参数可能相差很大，如不同工况下数据采集单元的采样率大小、采样通道数等都是不同的；此外，监测系统还有可能扩展新的硬件。对这些变化，参数设置界面应该能够适应，并使得用户可以很方便地通过这个界面修改原来的参数、添加并配置新的参数。

尽管监测系统的参数是可配置的、在一定范围内是可调的，但是部分参数之间有一定的关联性，所以如果配置的参数匹配的不好，有可能造成程序运行在不合理的状态，甚至出现运行错误，所以应该综合考虑关联参数之间的匹配问题，并限制其中部分参数的可调范围。这也是系统参数设置界面设计过程中应该考虑的另外一个因素。

综上，系统参数设置界面为用户提供了一个方便的接口界面，使得用户能在一定范围内自由地配置系统参数，同时可以保证系统的可靠运行。

4 结论

太阳能电站远程监控软件是现代化电场管理中必不可少的重要工具。本文介绍的基于VB软件开发的远程监控软件功能强大，稳定可靠，适用于各类太阳能发电机组。由于采用了通用的通讯协议和标准的数据存储模式，便于系统以后的升级和维护，具有很强的通用性和扩展性。

（本文选编自《电气技术》，原文标题为“太阳能远程监控系统”，作者为王淼。）

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