【摘要】：太陽能是一種清潔可再生能源,光伏發(fā)電已成為新能源應(yīng)用的領(lǐng)跑者。由于光伏陣列通常工作在復(fù)雜的戶外環(huán)境中,為了保障光伏陣列長期安全并高效地運(yùn)行以滿足電站運(yùn)維管理的需要,本文在對光伏電站監(jiān)測技術(shù)和光伏陣列實(shí)時故障診斷方法研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合開源軟硬件技術(shù),設(shè)計(jì)了一套開發(fā)效率高、維護(hù)成本低與開發(fā)周期短的光伏陣列在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)監(jiān)測中心等三個部分組成。數(shù)據(jù)采集終端分為氣象數(shù)據(jù)采集終端和光伏陣列數(shù)據(jù)采集終端兩個部分,分布于光伏陣列各個子陣列的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)。氣象數(shù)據(jù)采集終端采用MSP430系列低功耗單片機(jī)作為主控芯片,主要獲取子陣列的輻照度、光伏組件溫度和環(huán)境溫濕度等參數(shù),通過藍(lán)牙匯總到光伏陣列數(shù)據(jù)采集終端;光伏陣列數(shù)據(jù)采集終端采用STM32系列單片機(jī)作為控制單元進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),將獲取到的陣列電壓和陣列電流參數(shù)融合氣象數(shù)據(jù)通過WiFi上傳到數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)以開源硬件Raspberry Pi3為平臺,主要實(shí)現(xiàn)光伏數(shù)據(jù)信息匯總、設(shè)備信息獲取、數(shù)據(jù)顯示、GPS定位、數(shù)據(jù)庫管理、視頻監(jiān)控以及光伏陣列故障在線診斷等功能。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)基于Qt框架開發(fā)用戶操作界面,并通過4G模塊接入互聯(lián)網(wǎng),將匯總的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)監(jiān)測中心網(wǎng)站。此外,本文還將數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的所有數(shù)據(jù)上傳到物聯(lián)網(wǎng)開放平臺Ubidots,實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的測試和應(yīng)用。數(shù)據(jù)監(jiān)測中心網(wǎng)站基于開源PHP框架Laravel開發(fā),主要對來自數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的信息進(jìn)行解析、存儲,并實(shí)現(xiàn)用戶管理、數(shù)據(jù)可視化、故障預(yù)警、視頻監(jiān)控顯示等功能。此外,本文將數(shù)據(jù)監(jiān)測中心網(wǎng)站部署在騰訊云服務(wù)器,并接入微信公眾平臺。為獲得高準(zhǔn)確率的光伏陣列故障診斷模型,本文提出了一種螢火蟲算法(Firefly Algorithm,FA)與支持向量機(jī)(Support Vector Machine,SVM)相結(jié)合的故障診斷方法,通過優(yōu)化SVM參數(shù)建立模型,該模型被移植至數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)故障實(shí)時檢測與分類。實(shí)驗(yàn)表明,該方法能夠獲得較高的故障識別率。本文采用開源軟硬件技術(shù)開發(fā)了一套完整的光伏陣列在線監(jiān)測系統(tǒng),并對其功能進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明:數(shù)據(jù)采集終端能夠?qū)崟r采集光伏陣列的工作狀態(tài)信息及環(huán)境參數(shù)等;用戶可以在數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)監(jiān)測中心網(wǎng)站以及微信客戶端查看光伏陣列運(yùn)行信息;當(dāng)故障發(fā)生時,數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和監(jiān)控中心均能夠及時作出預(yù)警;所設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行,達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM615
【圖文】：

隨著全球人口不斷增加和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對于能源的需求也在不斷上漲。目前，能源需求嚴(yán)重依賴于化石燃料如石油，天然氣，煤炭等，過多的溫室氣體排放導(dǎo)致環(huán)境劇惡化＋３］。為了減少環(huán)境污染和減緩氣候變化，新型、安全和可持續(xù)的綠色能源技術(shù)到高度重視，如太陽能、風(fēng)能和水能等可再生能源［４］。太陽能是一種無所不在的清潔無染的可再生能源，具備易于安裝、高可用性和有競爭力的成本等特性，近年來許多國家斷加大在光伏發(fā)電上的支持力度，全球范圍的光伏裝機(jī)容量增長迅速＞７］。根據(jù)ＲＥＮ２１《２０１７年全球可再生能源現(xiàn)狀報(bào)告》，２００６年至２０１６年全球光伏裝機(jī)容量增長趨勢如１－１所示。截至２０１６年底，全球光伏裝機(jī)容量達(dá)到３０３ＧＷ，相比于２０１５年增長了邋７５ＧＷ我國２０丨６年光伏裝機(jī)容量迅速上升，裝機(jī)總量已達(dá)到７８ＧＷ左右，比２０１５年增長了３４．５ＧＷ，貢獻(xiàn)了該年度全球總增長量的４６％，遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他國家。根據(jù)國家能源局最統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，截至２０１７年底，我國光伏發(fā)展速度繼續(xù)加快，新增裝機(jī)量為５３．０６ＧＷ，逡逑總裝機(jī)量己達(dá)到１３０ＧＷ，居可再生能源之首。我國擁有豐富的太陽能資源，特別是西地區(qū)的太陽能資源最為廣泛，太陽能己成為我國主要的可再生能源之一。同時，“十三五將是我國太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時期，在國家政策的激勵下，我國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)將會續(xù)發(fā)展壯大［８］。逡逑ＧＷ逡逑

現(xiàn)出來；（３）如何實(shí)現(xiàn)光伏陣列實(shí)時在線故障診斷，以便用戶及時排查。逡逑綜合分析系統(tǒng)需求后，本文結(jié)合開源軟硬件技術(shù)，采用Ｂ／Ｓ架構(gòu)，提出了整個系統(tǒng)的逡逑總體設(shè)計(jì)方案，其總體方案設(shè)計(jì)見圖２－１，該監(jiān)測系統(tǒng)可以劃分為數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)網(wǎng)逡逑關(guān)，數(shù)據(jù)監(jiān)測中心和移動網(wǎng)絡(luò)終端等部分。數(shù)據(jù)采集終端在光伏陣列上設(shè)立小型監(jiān)測節(jié)點(diǎn)逡逑用于采集光伏組件溫度、光照度和氣象數(shù)據(jù)，以下稱為氣象數(shù)據(jù)采集終端；在匯流箱上安逡逑裝監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采集陣列電流和陣列電壓等參數(shù)，然后將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，以下稱為光伏陣逡逑列數(shù)據(jù)采集終端。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)光伏數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)的收集、光伏陣列工況視頻信息逡逑采集、ＧＰＳ定位等功能。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)將匯總的光伏數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的設(shè)備運(yùn)行信息上傳到逡逑數(shù)據(jù)監(jiān)測中心。在數(shù)據(jù)監(jiān)測中心主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)可視化、光伏故障預(yù)警、用戶管逡逑理和監(jiān)控視頻顯示等功能，并接入微信公眾號平臺便于用戶獲取光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)。用逡逑戶既可以使用移動終端如手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等通過瀏覽器訪問數(shù)據(jù)監(jiān)測中心和逡逑物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，也可以使用微信客戶端查詢光伏陣列運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。此逡逑夕卜，還將光伏在線監(jiān)測中心的基本功能部署到物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，不僅節(jié)約開發(fā)成本，還可逡逑以縮短系統(tǒng)開發(fā)周期。逡逑數(shù)據(jù)監(jiān)測中心＋微信邐邋，逡逑上伏１＆邐？邐公眾于臺

包含了數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、攝像頭和４Ｇ模塊等硬件，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和存儲，應(yīng)用層包括數(shù)逡逑據(jù)監(jiān)測中心，用戶可以通過移動網(wǎng)絡(luò)終端訪問數(shù)據(jù)監(jiān)測中心網(wǎng)站獲取光伏電站的運(yùn)行狀逡逑況。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖２－２所示。逡逑０邐Ｉ邐Ｉ邐］邐微信公眾號平臺邐｜｜邐．邐Ｑ逡逑丨

本文編號：2763032