首页 > 行业资讯

基于LabVIEW的光伏电站发电设备温度监测系统研究

来源:江南娱乐-意甲尤文图斯亚
时间:2015-03-06 16:47:22
热度:

基于LabVIEW的光伏电站发电设备温度监测系统研究摘要:本文基于LabVIEW软件开发平台,设计了一套光伏电站发电设备温度实时监测系统。通过对光伏组件温度和环境温度的监测,不仅为

摘要:本文基于LabVIEW软件开发平台,设计了一套光伏电站发电设备温度实时监测系统。通过对光伏组件温度和环境温度的监测,不仅为系统运行的安全稳定提供了保障,还为光伏发电量的预测提供了有力的依据;系统还可以实时监测防雷汇流箱、并网逆变器和变压器的温度、变压器运行状态、故障信息等,及时掌握工作现场发电设备运行情况,从而有效降低了发电系统的故障率。   1引言   光伏发电系统主要由光伏组件、汇流箱、并网逆变器、变压器等设备组成。在光伏电站实际运行中,有时会因为设备故障导致其工作温度过高,如变压器的轴流风机发生故障而无法启动,导致变压器工作温度过高;或由于设备的工作温度过高,影响光伏发电设备的寿命和故障率,如逆变器工作温度过高,会影响其内部器件尤其是IGBT器件的工作寿命,并增加故障率。针对上述两种情形,如果能实时掌握设备运行时的温度,则不仅能对光伏发电设备的运行状态做出预测,还可及时针对故障采取有效的防范措施,降低系统故障率,提高系统运行的安全可靠性。   但目前,多数光伏电站均利用人力定时巡检,这不仅增加了运行人员的工作量,更降低了系统运行的可靠性、安全性。针对上述问题,本文开发了一套基于LabVIEW的光伏电站发电设备温度监测系统。该系统可实现以下功能:   (1)实时监测光伏组件、汇流箱、逆变器、变压器和室外环境的温度,并具有温度越线告警、超高温告警等功能;   (2)对光伏电站正常运行极为重要的变压器设备采用故障优先报警模式;   (3)具有数据存储、曲线存储、报表打印、历史数据回访等功能,加上其友好、简约的上位机界面,为用户操作提供极大方便。   该系统的应用可有效降低光伏电站的故障率,提高光伏电站的安全可靠性,减轻运行人员的工作量,提高运行管理的自动化程度,推动光伏发电行业科学技术的进步,为未来光伏发电事业的发展起到示范作用。   2监测系统硬件架构   2.1 系统硬件结构   本系统硬件主要由室外温度传感器、汇流箱、逆变器、变压器温控表、485集线器、RS485-RS232串口转换器等设备构成。   在5#发电单元设计有室外温度传感器,采集光伏组件温度和室外环境温度,用于光伏发电量预测系统研究;每台汇流箱内部设计有温度传感器,主要采集其箱体内部温度,因为当汇流箱设计参数不符合要求或其接线工艺不符合标准,则会导致箱体内部温度异常;针对逆变器主要监测其内部器件温度和接线端温度,防止温度过高影响器件和电缆的寿命;变压器主要采集其三相温度,针对风机启动、超温、跳闸等状态具有报警功能。本系统通讯方式采用RS485通讯,该方式结构简单、通讯可靠、成本低廉。   2.2RS485拓扑结构设计   RS485通讯的拓扑结构主要有手拉手总线结构、星型拓扑结构、树型拓扑结构等,如图1所示。   星型拓扑结构的优点是结构简单、通讯速率高,但这种方式布线较多,不经济,而且当线路较长时,会产生反射信号,从而影响485通信质量。   树型拓扑结构优点是布线较简单、可扩展性好,但是该方式需要485中继器辅助实现,成本较高。   手拉手总线结构是常用方式,虽然布线较复杂,但具有传输可靠性高、结构简单、成本低廉等优点,而且本光伏电站占地面积广,设备与主控室间距离远,采用手拉手总线方式可延长传输距离、保障传输质量。   由于本系统监测设备较多,因此采用总线拓扑结构为主,星型拓扑结构为辅的混合性拓扑结构。系统硬件结构框架见图2所示。   从图2可知,底层设备(温度传感器、汇流箱、逆变器和变压器温控表)间采用总线拓扑结构,使得通信安全可靠;5个逆变站与主控室间的通讯采用星型拓扑结构,可有效提高数据传输速率。在此,采用485集线器来增强带负载能力和抗干扰能力,使得通信更稳定、准确、迅速。   3监测系统软件设计   3.1 编程环境简介   本文软件在LabVIEW环境下实现。LabVIEW由美国国家仪器(NI)公司研制开发的程序开发环境,与其他计算机语言的显著区别是:其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码,而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式。   LabVIEW的主要特点:①尽可能采用了通用的硬件,各种仪器的差异主要是软件;②可充分发挥计算机的能力,有强大的数据处理功能,可以创造出功能更强的仪器。③用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器;④完全模块化程序,无须编写复杂的代码,简单易学。   3.2通讯协议介绍   本系统采用标准的RS485ModBusRTU通信协议,即“9600,n,8,1”,波特率9600(可选),无校验,8位数据位,1位停止位。采用CRC校验方式,从地址字节开始到校验之前的所有字节。 系统采用上位机发送查询命令、下位机响应并返回应答命令方式。   上位机查询命令帧格式为:   下位机应答命令帧格式为:   3.3系统软件实现   逆变器和变压器温控表与上位机通讯采用RS485通讯方式,因此,需要在LabVIEW中调用串口通讯模块,并根据通讯协议对其进行正确配置,系统软件主程序流程如图3所示。   在主程序运行过程中,调用了Serial-Read子程序,该子程序主要功能是完成上 位机与底层设备间的串口通信功能,Serial-Read的流程图如图4所示。在Serial-Read 程序中又调用了CRC-16校验码计算子程序。   CRC校验码计算程序框图和计算流程如图5所示。   4实验及调试   本系统已在内蒙古自治区呼和浩特市的神舟电力5MW光伏示范电站中应用。该示范电站分为5个发电单元,共有172台汇流箱、28台逆变器和5台变压器,逆变器和变压器分别布置于五个逆变器室内。其中,距主控室最远的距离达到400米以上。   利用所编制的软件对5个区发电区的光伏组件温度、环境温度、172台汇流箱箱内温度、28台逆变器工作温度和5台变压器工作温度进行了现场监测,调试界面如图6所示。为验证上位机串口读取数据的正确性,在实验过程中,布置一位现场查看人员,通过对讲机与主控室调试人员进行核对。并通过人为设定变压器的风机启动、超温、跳闸的温度阈值来测试报警功能是否正常。   经调试,系统可实现光伏组件温度、环境温度、汇流箱温度、逆变器温度和变压器三相温度的实时监测显示,并可通过曲线方式进行数据分析;可实现变压器状态显示、故障报警(包括语音报警)等功能;并且可将变压器温度数据、状态信息存储、打印,也可进行信息回访(由于篇幅有限,在此不以图片形式展示)。   5总结   本文运用美国NI公司的LabVIEW软件开发平台,研制了一套光伏电站发电设备温度实时监测系统。本系统采用模块化设计理念,运用分层次调用子程序方式,提高程序的扩展性和可维护性;开发可视化、友好化人机交互界面,更方便用户系统管理。将该系统运用到大型光伏电站中,不仅大大减少运营人员的巡检强度,而且显著的提高了光伏电站运行效率,有效保障了电站的安全可靠性,并为光伏发电系统开发建设、运营维护起到示范作用。
Baidu
map