基于网络技术的太阳能光伏发电系统

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1引言

近年来,太阳能光伏发电技术在国内外得到了广泛应用和飞速发展。世界太阳能光伏产业以年平均超过33%的增长率发展, 2002年的增长率更是超过40%。目前,全世界的光伏系统装机容量己经超过2. 0GW 到2010年将超过15GW。未来,太阳能光伏建筑一体化、光伏并网系统是太阳能光伏应用的最终发展方向。然而,光伏并网电站系统的运行一般都是处于无人执守的情况下运行,太阳能光伏电站是由一个个分散的光伏发电子系统构成,要对地域上广泛、分散的光伏系统进行监测维护是十分困难、繁琐的,需要大量的人力、物力。采用本地、远程监控技术对光伏发电系统进行实时监控,达到将这些分散式的能源系统进行集中调度管理,实现大电网的调峰、分配、计量、有效使用等目标,可以将地域上广泛的、分散的太阳能光伏并网系统联系起来,构成一个安全的、智能化的、分散式绿色能源调度管理大系统。因此,研究光伏系统本地、远程监控技术具有十分重要的意义。特别是我国即将到来的能源短缺,加速并网太阳能光伏电站在城乡的普及推广具有重要现实意义。

本文研究的主要内容是利用以太网技术, 通过构建以DSP为核心的嵌入式Web2Se ve r并与In te rne t互连,实现对光伏系统进行状态监控、故障检测、数据采集、能源调度与分配、计量等。

2系统实现原理

图1是光伏发电监控系统的系统框图。其中最主要的是以DSP为核心的嵌入式Web2seve r,电能计量及相关参数监测,液晶显示等部分。其中,电能计量部分不仅要计量由逆变器转换后的电能量和谐波量等,而且还要通过采集各种传感器的信息来监测太阳辐照量、太阳电池板温度、太阳电池阵列电压、蓄电池电压、太阳电池阵列电流、蓄电池电流。所以它已经不是传统意义上的电能计量,而是一个功能完善的数据采集系统。因此采用先进的DSP 测量技术,以保证电能计量表的高精度和高稳定性。

3系统方案设计

3. 1通信方式的选择

本系统采用以太网的通信方式,其优点是以太网应用广泛, 成本低廉, 通信速率高, 软硬件资源非常丰富等,由于以太网的这些优点,利用以太网技术做为网络通信平台有很多的优势,通过In te rne t接入系统,只要拥有一台能上网的电脑、PDA或者手机,就能随时随地对光伏系统中的设备进行自动化监控,对能源进行优化管理与控制,有很大的应用前景。

3. 2基于ADSP2BF537的网络通信模块的设计

本系统选择ADSP2BF537做为主控制器,该芯片是一块时钟频率高达600MHZ的高性能blackfin处理器,片内有132KB全速SRAM, 10级R ISC MCU /DSP流水线,具有最佳代码密度的混合16 /32位ISA,功能强大和灵活的高速缓存很适合软实时控制和工业标准系统,以及硬实时信号的处理,而且该芯片嵌入了IEEE802. 3兼容10 /100以太网MAC,有缓冲振荡器输出到单独的PHY,非常适合做以太网控制器,简化了电路的设计,节约了设计成本。物理层接口芯片选用LAN83C185,该LAN83C185芯片是低功耗高集成度模拟接口IC,包括有编码器/译码器,扰码器/解扰码器,带整形和输出驱动器的发送器,带片内自适应均衡器和基线漫游(BLW)修正的双绞线接收器,时钟和数据恢复电路以及媒体单独接口(M II)部分,集成了带自适应均衡器的DSP,支持自动流通和平行检测,工作电压3. 3V, 完全和IEEE 802. 2 /802 /3u 标准兼容, 有全双工10BASE2T/100BASE2TX收发器,支持10Mbp s和100Mbp s不屏蔽双绞线,完整的功率管理特性。

3. 3电能计量模块的设计

在设计中,采用美国模器件公司的ADE7169作为电能计量芯片,该电能计量芯片将AD I公司成熟的电能测量内核与微处理器、片内闪存、LCD驱动、实时时钟和智能电池管理电路结合在一起,不仅降低了功耗而且简化电路的设计。电压传感器采集的电压信号,经过滤波以后,通过49脚和50脚送入电能计量芯片,同样通过电流传感器获得电流信号,经过滤波以后送入电能计量芯片7169的52脚和53脚,这样便可以进行有功功率、无功功率和视在功率的电能计算,以及电压有效值(RMS)和电流有效值RMS的测量。以ADE7169为核心的电能计量模块的电路图见图2。

3. 4人机接口的设计

人机接口设计包括液晶显示模块。液晶显示模块采用TSG128128A系列模块此系列液晶显示模块基于SMD技术,显示内容为128x128点图形点阵式,连接模块22插脚,引脚间距2. 54mm. 典型的操作电压电流;可进行对比度的调节,显示效果清晰,屏幕稳定性能好。该模块与ADE7169 的7 - 33 脚连接。

4软件设计及其工作流程

本系统的RJ - 45为系统与局域网的接口。由于大部分局域网都采用以太网,这里的LAN83C185就是用于处理以太网协议( IEEE 802. 3)的。数据的流向是请求信息从局域网中来,通过RJ - 45送到LAN83C185,处理后的数据包送入DSP系统的协议栈,由协议栈对数据包进行解析,得到原始请求信息。请求信息再经过DSP系统的处理,产生响应信息。响应信息通过局域网传送到用户的浏览器。整个系统的软件流程如图3所示。

本系统中嵌入式Web服务器的软件主要由芯片初始化设置、lwip协议栈的实现、数据采集及处理等模块组成。在程序中加入基于lwip协议的用户自定义数据通信协议。这样就能使客户局域网中的PC机与嵌入式Web服务器进行自定义的通信,如:发送数据采集命令、采集参数初始化命令等。网络层部分加入了地址解析协议(ARP ) ,实现IP地址到物理地址的映射。

协议栈的实现主要分为接收数据包的解释以及发送数据包的打包。以太网数据以帧的格式进行传输,如果帧类型字段值为0x0806,则为ARP包;如果为0x0800,则为IP数据包。

接收帧时,根据不同的帧类型由不同的软件模块对它进行处理。发送数据帧时,也根据不同的帧类型由不同的程序进行打包处理。帧的接收和发送都是基于物理层对PHY的操作,包括读接收缓冲区、写发送缓冲区。


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