一种基于风光互补发电的物联网远程监控系统

摘要：针对远程运行的风光互补发电系统，提出基于视频监控、射频通信、GPRS传输、数据库应用及图形化LabVIEW编程的物联网远程监控系统，重点介绍了系统各模块的硬件设计、软件设计，数据的传输流程以及服务器数据库的配置、客户端软件的实现。该系统实际应用于风光互补发电系统中，可实时同步测量显示风光互补发电过程的各种数据，存储的数据库信息可以为日后的科学研究提供依据，为风光发电技术的改进与提高奠定了基础。
关键词：风光互补；物联网；监控系统；LabVIEW

0 引言
随着常规能源的逐步消耗，可再生能源日益引起人们的关注，风能与太阳能从众多可再生能源中脱颖而出。风光发电系统的能量输出因周围环境的变化而表现出较大的差异，对风光发电系统进行实时监测，可以获得原始测量数据，为系统的改进与优化提供有用数据，同时对系统环境参数及其系统本身的电气性能进行监测和分析是保证系统正常高效运行的前提，而且风光发电系统的运行一般是在偏远地区或无人值守的情况下进行，对地面上很分散的风光系统进行监测维护是十分困难繁琐的，需要大量的时间和人力物力，因此在风光发电系统中采用物联网远程监控系统具有重要意义。
物联网，以其现有定义，即通过射频识别装置、摄像装置、红外感应器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。从其定义中可看出，物联网技术的本质在于“物物相连”，可以看作是利用现有互联网通过无线传感等技术，使用户的范围拓展到物的领域，即达到人与物的相连，物与物的相连和物与人的相连。本文主要介绍基于视频监控、射频通信、GPRS传输、数据库应用及图形化LabVIEW编程等技术实现的风光直补物联网远程监控系统。

1 工程背景
1．1 风光互补发电系统总体布局
风光互补发电系统主要由如下几项构成：光伏组件(16块)、风力发电机组(3台)、蓄电池组(4台)、控制器(3台)和逆变器(1台)，如图1所示。其中光伏组件，风力发电机组分别将太阳能和风能转化为电能，通过控制器对蓄电池充电；蓄电池组是由多个蓄电池经串联组成的储存电能的装置；控制器主要是对蓄电池的充放电进行管理，同时对系统输入输出功率起到调节和分配的作用；逆变器的作用是将风机和光伏组件发出的直流电转换为交流电，对负载进行供电。
图1右侧所示为独立的视频监控设备及网络，用以对现场进行视频监控。

1．2 风光互补发电物联网监控系统总体架构
风光互补发电物联网监控系统总体架构如图2所示。

在该物联网监控系统中，首先将每组太阳能电池板与每台风机的输出电压及电流经信号调理后送到数据采集板，并按照通信协议打包，以无线传输方式发送至数据集中器，数据集中器采集到所有数据和负载信息统一送至GPRS模块，GPRS模块通过中国移动的网络将信息发送到服务器，服务器将获取的信息处理后存储至数据库中，监控中心或用户通过客户端软件即可从服务器上调用数据实时显示当前风光系统运行情况。当系统出现问题的时候，I／O控制板将自动切断负载，并在现场和监控中心显示故障信息，同时用户可在远端监控中心通过按钮控制现场的负载的通断操作。

2 风光互补物联网监控系统模块设计
2．1 数据采集板软硬件设计
2．1．1 数据采集板硬件设计
数据采集板主要包括ATmega8单片机，霍尔电流、电压传感器。电源稳压模块、串口通信模块和无线收发模块。其中ATmega8处理器的主要任务是对传感器的输入信号进行处理，并控制无线收发模块的正常工作。系统框图如图3所示。

数据采集板串口通信电路采用低功耗的MAX232芯片，完成了节点模块与PC机的通信。
数据采集模块中ATmega8，无线模块等器件的通用电源为+5 V，电压霍尔传感器的电源为±15 V，所以采用LM2576作为稳压模块，将±15 V稳定在+5 V。
根据现场的风机和光伏组件的输出电压及输出电流，选用的电流霍尔传感器为ACS712，具有良好的线性度；霍尔电压传感器为HFV5 10／25A型。