[NI技术]高精度仿真、多址分-布式太阳能电场监测-系统.doc

NI技术高精度仿真、多址分 布式太阳能电场监测 系统针对这个项目，我 们采用 LabVIEW来设 定WSN节点、 WSN网关、 CompactRIO 设备、服务器、网 页、kiosk与离 线分析软件。 单种 编程语言可用于项目 的每一部分，这是史 无前例的创举。- Chris Fronda, Certified LabVIEW Architect, VI Design Group, Inc.The Challenge:针对圣安东尼奥德州 大学(UTSA)校 园附近多个地点，设 计出高精度仿真的太 阳能电场监测系统， 进而以百分之百的稳 定性高速测量转换器 (AC)、结合器 (DC)、辐照、热 电偶与天气数 据。The Solution:采用NI CompactRIO、 NI无线网关、NI 无线传感器网络 (WSN)节点，打 造出业界领先的高精 度分布式监测系统， 提供中央服务器数据 采集与处理功能，以 及网页与kiosk 显示器以便其他用户 进行操作。NI WSN节点采 集辐照与热电偶数据Author (s):Chris Fronda, Certified LabVIEW Architect - VI Design Group, Inc.VI Design Group是经验证的NI联盟伙伴，也是专业的NI技 术系统集成 商。 VI Design Group团队成员 都已获得LabVIEW程序 架构师认证，致力于提供最 出色的系统开发品 质。 VI Design Group开发即用 型产品的经验非常丰 富，其中包含远程数 据记录器、控制系统 和自动化测试系 统。 它主要提供医 疗、可再生能源、石 油与天然气，以及其 他工业级产品。鉴于系统本身的分布 式特性与所需的高精 度仿真，我们必须通 过NI技术来开发自 定制的太阳能电场监 测系统。 目前现成 的解决方案都不能满 足我们的项目需 求。 此外， UTSA还希望未来 能够将控制逻辑整合 在相同的系统内，以 便控制电池存储并追 踪太阳运行情况。 NI平台的与众不同 之处，就在于能够将 控制元件整合至同一 个监测系统，这一点 是其他供应商无法企 及的。图1. 3个配备相关设备 (包含1个 313kW系统)的 场地。此项目参与了NI绿 色能源工程奖金计 划。 凭借创新的设 计与出色的教学成 果，该项目获得殊 荣。 其资金来源于 美国复苏与再投资法 案所属的能源部门。UTSA的研究助理 Gerardo Trevino在领 奖时发表了以下陈 述：VI Design Group能够获选 成为该项目的系统集 成商，是因为自身在 监测系统方面的专业 能力。 该公司使用 CompactRIO执行远程监测的经验 非常丰富。 此外还 能稳定地将数据传输 至中央服务器，进一 步存储信号并进行后 续处理。 VI Design Group针对 UTSA多个实体地 点，以多重相位的方 式开发出该系统并进 行部署。1/7系统设计概述该系统由3个主要部 分组成(如图2与图 3所示)。 红色是 系统进行数据采集的 部分，许多地点都采 用相同的架构。 其 中的构成要素包含 CompactRIO 设备，其采集数据的 方式分为两种：通过WSN网关无线采集，或通过直 接连接的传感器进行 实际采集。 CompactRIO 设备采集数据后便会 将数据传输至中央服 务器，以便执行存 储、后续处理、网络 代管等操作。 运作 中的服务器(以蓝色 标识)则会从 CompactRIO 系统采集数据，如果 数据损坏或失去通信 功能的话，会发出警 示音。 此外数据会 存储在数据库内，并 且发布到网上以便其 他用户监测。最后，绿色的部分则 是所有可用来系统交 互的用户界面。 任 何人皆可随时浏览网 页。 Kiosk显 示器位于UTSA现 场供学生操作，主机 电脑还可提供原始数 据的存取权限给教 授，以便数据的下载 或运用。图2. 系统三大部分的重 点图3. 三大部分系统组件 的详细说明图有了NI硬件与 NI LabVIEW系统设计软件，此系 统的设计流程不仅快 速，也相当简便。 NI协助开发了所有 底层设计，并加以抽 象化成为高层 API。 下列事项 已由NI完成， VI Design Group不必再费 心开发：1. ZigBee无线协 议设计2. 嵌入式OS设计/微 控制器操作3. 印刷电路板配置与 24位的 delta- sigma模数整合2/74. 热能传导分析与被动 式冷却系统设计5. TCP/IP或 UDP网络通信协议 设计6. 安全套接字层 (SSL)加密与安 全功能7. 相对于C/C+更 精密的记忆体管理功 能8. VHSIC硬件描述 语言FPGA编程设 计9. Microsoft Silverlight 网络控制设计10. 搭配网络服务的网络 服务器设定基本上，所有的底层 工作都已完成，只剩 下高层工作。 如要 设计并实现该系统， 用户必须了解NI设 备的高层设定与特殊 的LabVIEW编 程设计语言。 针 对这个项目，我们采 用LabVIEW来 设定WSN节点、 WSN网关、 CompactRIO 设备、服务器、网 页、kiosk与离 线分析软件。 单种 编程语言可用于项目 的每一部分，这是史 无前例的创举。 通 过NI丰富的培训课 程，任何人都可以成 为NI技术专家，设 计出具有一定复杂度 的监测系统。系统部署与后续步骤下列为系统部署图 片：图4. 转换器安装与AC 监测设备安装图5. 每个地点所部署的 CompactRIO 数据记录器3/7图6. NI WSN节点 采集辐照与热电偶数 据有些分析任务使用的 是DIAdem软件，可用于后续处 理数据分 析。 DIAdem 可协助UTSA的教 授针对采集过程中的 信号来处理相关问 题， 进一步分析并 呈现数据。 这些 分析已用于执行太阳 能预测比较。 下图 为实际的太阳能光电 (PV)输出与预测 的PV输出之间的比 较。图7. 采集到的原始数据 由DIAdem绘制 而成，比较实际功率 /预测功率4/7图8. 流畅的数据采集显 示出实际功率非常接 近预测功率该系统为UTSA提 供了稳定的高精度分 布式太阳能电场监测 系统，并可达成每一 项目标。 现在 UTSA正在进一步 探索 CompactRIO 的开放式平台与控制 逻辑功能，开发更多 潜在的系统功能以超 越任何一种COTS 系统，而且此系统还 可协助UTSA执行 有利于太阳能产业的 先进研究。观看NIWeek演 讲视频，了解更多信 息：NI联盟伙伴是独立 于NI