风、光、市电互补供电系统中现场信号检测与传输的研究

    蔡大华

    

    摘要：风力发电供电及光伏发电供电是新能源应用的主要形式。风力及光伏发电受环境及气候影响很大，如何实时、可靠测试现场风力、光照强度情况，将影响供电的可靠性及稳定性。文章采用物联网技术实现供电环境内重要参数的监测；数据的远程传输及显示管理，可以及时了解设备运行状况，实现尽快发现问题，采取措施，保证用电负载的正常工作，具有一定的实用价值。

    关键词：物联网；新能源；监控

    1引言

    随着能源危机的日益严重，风力发电及光伏发电将成为新能源应用的主要形式-。所谓“三电”是风力发电供电、光伏发电供电以及市电供电。在风光发电应用系统中，风力及光伏发电受环境及气候影响很大，影响供电的稳定性及质量。采用“三电”合一的供电方式，可以避免风力及光伏发电不能满足供电要求时，能自动切入市电供电，从而保证用电负载的正常工作。

    2系统组成方案

    物联网是新兴智能技术的重要组成部分，物联网就是基于互联网的物与物之间相连接。本套系统是利用物联网技术，实现对“三电”的实时监控和远程控制，提高系统的可靠性。整套系统的结构模型，如图l所示。

    整个供电系统中需要采集一些参数，其中包括电压、电流等，此外还要考虑光照强度及温湿度对光伏及风力发电的影响。这些数据正常与否是供电运行是否良好的重要反映。对重要的运行数据进行实时监控，就可以及时了解供电设备的运行状态，在运行数据异常时能够及时发现这些故障隐患，特别是早期发现，及早采取相应的措施，可以减少维修成本，缩短停电时间，保障供电稳定及安全，有很多经济及社会意义。

    3主要内容

    设计一套具有控制结点自组网功能的监控系统，控制结点能够自动采集各项环境参数、电参数，通过自组网络将数据实时传送系统后台，控制结点可以通过数据共享实现自动控制相关供配电设备，也可借助后台实时反控相关供配电设备。本套监控系统数据的传送采用短距离、低功耗的ZigBee无线网络通信技术，配套使用专用传感器对供电环境中的温湿度、光照、电压等关键数据进行采集和传输，并且能够进行智能的控制。系统的控制结点按照功能有：终端结点、路由结点、协调结点，所有结点核心芯片采用TI公司生产的CC2530，这款芯片是基于IEEE 802.15.4标准协议的2.4GHz的片上系统。系统结构按照终端结点、路由结点、协调结点顺序链接，结构如图1。完成数据采集、数据传送、数据显示以及智能控制相应设备的一系列功能。

    用户可以在ZigBee无线网络中的每个终端（路由）结点上根据需求选择配置对应的传感器，例如：温湿度传感器、光照传感器、交流电压传感器。在每个终端（路由）结点上还预留了一些用来日后方便扩展的接口，用户可以更换各种传感器以适应各种实际需求，使用普通的电池供电（5号/7号电池），终端（路由）结点将传感器采集到的数据进行转换成相应的数据通信格式通过无线网络发送。

    路由结点在网络中主要承当数据传递的功能。路由结点可以将终端结点的数据接力式地传递给协调结点。

    协调结点是整个网络的核心，它承担着初始化网络和建立网络的责任。同时协调结点还需要向PC端上传终端（路由）结点采集到的数据和向终端（路由）结点发送相应的控制信号。本系统协调器选择了串口转USB接口与PC机连接，PC机上装有CH340的驱动程序进行识别。协调结点提供两个串口，其中一个串口连接Pc机，一个串口用于下载调试。

    4显示模块

    本系统显示包含了两部分：底层的LCD显示和PC上的显示。“三电”供电监控、管理系统的终端（路由）传感结点采集数据后，通过ZigBee无线网络将数据出传输至协调结点上，并在LCD显示，给调试带来了方便，因此，在设计时，电源底板上预留单排7孔排座，用来接插LCD模块。在LCD显示中，因为每个结点都配备有LCD模块，终端结点在显示检测数据的同时直接用英文显示当前用户用的接入状态为哪一种。

    5结语

    本套系统中，采集了温湿度、光照度和交流电压。设计了这三项在供电监控、管理中相对比较有代表性也较为重要的参数指标，对这三项进行采集、传输和显示及器件的控制。在实际开发和应用过程中，可以根据需要相应添加或修改其它传感器，并可以添加控制部分电路，完成对供电系统的自动控制。