2017年第8期
信息与电脑
China Computer&Communication
张文飞 马 君
（国网青海省电力公司信息通信公司，青海 西宁 810008）
摘 要：笔者主要论述基于北斗通信的光伏电站远程监控系统的设计与实现。远程监控系统主要由检测部分、数据采集装置和北斗光伏电站监测终端组成。北斗光伏电站监测终端功能包括电站数据监测和红外入侵报警监测。提出了在北斗光伏电站远程监控主站软件系统中添加电站定位功能，在此基础上，研发了北斗光伏电站远程监控智能短信平台功能，通过北斗通信系统与手机网络建立中间网关，从而实现光伏远程监控。
关键词：北斗系统；光伏电站；远程监控
中图分类号：TM615;TP277 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2017）08-101-03
Beidou Satellite System-based Remote Monitoring System of Photovoltaic
Power Station
Zhang Wenfei, Ma Jun
(Qinghai Electric Power Co., Ltd., Qinghai Xining 810008,China)
Abstract: The author mainly discusses the design and implementation of remote monitoring system for photovoltaic power station based on Beidou communication. The remote monitoring system mainly consists of the detection part, the data acquisition device and the Beidou photovoltaic power station monitoring terminal. The monitoring terminal function of Beidou photovoltaic power station includes power station data monitoring and infrared intrusion alarm monitoring. The function of add station in the master station software system for remote monitoring of Beidou photovoltaic power plant, based on the developed Beidou photovoltaic power station remote monitoring intelligent SMS platform, through the Beidou communication system establish intermediate gateway and mobile phone network, so as to realize the photovoltaic distance process monitoring.
Key words: beidou satellite system; photovoltaic power station; remote monitoring
1 引言
太阳能具有无污染、取之不尽、用之不竭等优点，随着石化能源等传统能源的匮乏短缺，开发利用清洁、安全、环保太阳能的光伏发电技术得到了各国政府的大力支持[1-2]。与传统能源相比，光伏发电在微波传送站、无线发射点和水文监测点等众多应用领域已成为更经济、在技术上更有吸引力的替代能源。尤其重要的是，对于受自然条件和其他条件制约的远离电网和居住分散的偏远地区，由于难以通过延伸电网供电，光伏发电可以有效解决这些偏远地区的缺电问题[3]。对于光伏电场的监管和维护，管理人员主要通过光伏电站远程监控系统来监控与管理电站的运行状态，包括对各个光伏电站运行状态的监测、对电站运行环境的监控和对电站非法入侵信息的监控等[4-5]。
然而，由于光伏电站大都建设在牧区、山涧等无人看守的偏远地区，这些地区往往无法保证稳定的手机通信网络覆盖，也无光纤或微波网络通路，导致两方面问题[6]：一是远方设备不能正常与主站系统交互，不能满足自动化管理的要求；二是现有设备由于通信通道的瓶颈得不到突破，造成设备闲置、资源浪费。而新建设通信通道存在成本高昂、通信架构受限、建设与后期维护难等问题。
为了解决光伏电站远程监控系统自动化程度低、通信成本高、网络覆盖不稳定、维护难度大等问题，本文提出了一种北斗光伏电站远程监控系统。本监控系统的创新点主要体现在以下几方面：首先，本系统基于我国自主研发的具有快速定位、短报文通信和精密授时优点的区域性北斗卫星导航系统，克服了无
线通信在覆盖范围方面有一定局限性的缺点，确保在露天情况下通信无盲区、成本低廉[7-8]；其次，本系统的监测终端利用液晶显示屏和触控终端实时显示数据采集装
作者简介：张文飞（1984-），男，青海西宁人，本科，中级工程师。研究方向：信息通信。
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软件开发与应用
置和集中器的数据，检测是否有红外入侵以及温度异常，进行相应的分析和处理；同时，本系统利用北斗导航系统建立了具有定位功能的主站软件系统，自动在GIS 地图上生成光伏电站信息，并显示主要设备的运行状态；更重要的是，本系统建立了监控主站短信平台，当检测到重大故障时或判断出有外物入侵时，利用北斗定位功能，及时将相关监控信息、问题光伏电厂位置告知运维人员，以便及时采取相应措施。
2 北斗光伏电站远程监控系统结构设计
光伏电站远程监控系统主要分为检测部分、数据采集装置和北斗光伏电站监测终端三部分，如图1所示。检测部分主要对各支路或总线电流、电压检测，如图1中红、蓝部分。检测部分可通过集电表分别监测12路太阳能光伏组件的电流、电压；蓄电池的充、放电流和充、放电压状态；监测每路逆变器的输入电压和输入电流、输出电压和输出电流。检测部分包括21只电流传感器、5只电压传感器、1只
温湿度传感器。
图１ 基于北斗通信的电能量采集传输系统架构
数据采集装置主要有电源、液晶显示、电压测量、电流测量、温湿度测量、串行通信与模数转换等几部分可采集测量数据，即光伏电站的交流信息，主要包括用于电站现场的温度、湿度采集、用户用电数据采集，以及外物入侵时红外监控及自动录像，并将相关数据上传到光伏电站检测终端，如图1中黄、绿和紫线条。数据采集装置主要通过集中器来实现，采集各用户电表及总表用电数据。录像功能通
过视频摄像机和红外触发，当外物入侵时，进行自动录像。
光伏电站检测终端与数据采集装置的集中器之间的通信是通过RJ45以太网接口进行的。光伏电站检测终端采用北斗卫星通道或GPRS 通道与主站通信，对网口接收到的数据进行分析和管理，使管理人员监控光伏电站运行情况。
3 北斗光伏电站监测终端功能实现
光伏电站监测终端包括全彩液晶显示屏和触控终端两部分。显示屏用来显示光伏电池采集到的各种监控数据以及日期时间，分为7个区域，即时间显示区、功率显示区、报警显示区、电流电压显示区、温湿度显示区、终端状态显示区等。
其中时间显示区显示年月日和时分；功率显示区显示当前输出功率和累计发电量；温湿度显示区显示蓄电池房的温湿度和控制间的温度，并显示出温度的上下限；电压电流显示区循环显示光伏组件各路、蓄电池充放电、逆变器的输入、输出电压、电流值；终端状态显示区显示终端当前的运行状态，正常情况下处于运行状态，当进入系统设置时，则进入设置状态，分别用“运行”和“设置”来表示；报警显示区显示报警产生时该报警的类型，有红外线入侵、蓄电池温度越线、电压过低等。上述各区域将循环显示，详细情况如图2
所示。
图２ 光伏电站监测终端液晶屏截图
光伏电站监测的触控终端带触控设置，如图3所示，控制程序不断接收来自数据采集装置和集中器的数据，检测是否有红外入侵以及温度异常，进行数据综合分析与故障诊断，
北斗手机号定位
并具备短信平台告警功能。
图３ 光伏电站监测终端触控截图
4 北斗光伏电站远程监控主站软件系统
主站软件系统采用B/S 架构，并结合GIS 地理信息系统进行设计，对来自智能终端的信息进行分析和处理，并存储到数据库中。同时，管理人通过主站软件系统，可以对电站进行远程监控和管理，包括电站状态监控、光伏电站设置、档案管理、告警管理、设备管理、用户管理等模块。图4显示某地区的三个光伏电站的运行状态，值得注意的是，光伏电站监测终端兼容了北斗坐标定位功能，通过其定位的坐标自动在GIS
地图上生成光伏电站信息，并显示主要设备的运行状态。
图４ 主站系统运行主界面图
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5 北斗光伏电站远程监控智能短信平台功能
光伏电站是一个个独立在户外运行的系统，其运行环境恶劣，遭受破坏的风险也较大。通过本监控系统对采集到的数据进行自动分析和故障诊断，当检测到重大故障时或判断到有外物入侵时，需及时将相关信息告知运维人员，以便及时采取相应措施。
通过北斗通信系统与手机网络建立中间网关，工作人员可通过短信平台向任意手机，也能接收任意手机发送的短信，从而实现光伏电站的远程监控。短信平台能通过WIFI 方式与手机或其他移动设备简单互联：在手机浏览器中输入便携式应急北斗手持机IP ，即可在通信盲区发送和接收手机短信，实现对外实时沟通的目的，如图5
所示。
图５ 利用北斗应急手持机通信的手机通信界面
本方案中的短信平台利用北斗定位系统，将户外活动人员的位置信息定时上传给上级部门，上级部门能及时追踪到其行动轨迹。在意外发生时，户外人员还可以通过手机连接北斗应急手持机对外求救，同时
可按下手持机上的应急呼救按钮，该手持机将不间断地向管理主站人员发送含位置坐标内容的求救信息。与同样持有该产品的同事或者车辆实现彼此位置共享，也可与同样持有该产品的队友进行实时的短信沟通。
6 结 语
为了解决偏远地区光伏电站远程监控成本高、自动化程
度低、网络覆盖不稳定、维护难度大等问题，本文提出了一种北斗光伏电站远程监控系统。本监控系统基于北斗卫星导航系统，克服了无线通信在覆盖范围方面有一定局限性的缺点，确保在露天情况下通信无盲区，节省了人力物力，成本低廉。本系统的监测终端利用液晶显示屏和触控终端实时显示数据采集装置和集中器的数据，检测是否有红外入侵以及温度异常，进行相应的分析和处理。同时，本系统利用北斗导航系统建立了具有定位功能的主站软件系统，自动在GIS 地图上生成光伏电站信息，并显示主要设备的运行状态。研发了北斗光伏电站远程监控智能短信平台功能，通过北斗通信系统与手机网络建立中间网关，确保工作人员和主站通信，从而实现光伏远监控。
参考文献
[1]张铁峰，苗慧鹏，辛红汪，等.基于IEC 61850的光伏监控系统设计[J].电力信息与通信技术,2014(1).
[2]唐磊，张烁，刘娇.基于无线网络光伏电站计算机监控系统设计[J].电源技术,2013(2).
[3]杨鹏，潘啟聪.北斗卫星导航技术在电力行业中的应用[J].中国新通信,2015(15).
[4]李立伟，王英，包书哲.光伏电站智能监控系统的研制[J].电源技术,2007(1).
[5]刘飞，段善旭，徐鹏威，等.光伏并网发电系统若干技术问题的研究[J].太阳能,2006(4).
[6]舒杰，彭宏，沈辉，等.光伏系统的远程监控技术与实现[J].华南理工大学学报：自然科学版,2005(5).
[7]成方林，张翼飞，刘佳佳.基于“北斗”卫星导航系统的长报文通信协议[J].海洋技术,2008(1).
[8]吕伟，朱建军.北斗卫星导航系统发展综述[J].地矿测绘,2007(3).
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