《光伏材料检测技术》课件-光伏系统自动检测

光伏系统自动检测主讲教师：目录CONTENTS01.光伏发电监控系统简介02.系统操作、调试及运行光伏发电监控系统简介PART01一、光伏发电监控系统简介为了对光伏电站的性能进行有效评估，并对日照数据、环境、温度变化引起电站的发电量变化情况进行实时的监控，以便更好的对电站进行管理与维护，光伏电站广泛采用数据采集与监控系统进行管理，在遥远的沙漠、荒漠、海岛等无人居住区，甚至配备了遥控监管系统实行无人化的高度智能化管理模式。一、光伏发电监控系统简介采集监控系统如图5.30所示，依据GB/T标准的对光伏系统监测的规定，测量的参量包括辐照度、环境大气温度、风速、组件温度、电压和电流、电功率、数据采集系统等。随着嵌入式系统的迅速发展，各式各样额数据采集监控系统孕育而生。一、光伏发电监控系统简介其中有名的SMA公司开发了一个SunnyBoyControl数据采集系统。所有的记录数据全部可以在四行的显示屏看到。这个便利的完全的数据系统可以随时通过将SunnyBoyControl与计算机相连，并使用SunnyDataControl软件程序查看。SunnyBoyControl是一台可用于50台SunnyBoy系统中的集中数据采集控制系统。它支持光电系统的调试和通过传真或电子邮件等方式的远程遥控。拥有50台SunnyBoy以上的大型光电站的监控可以通过几个SunnyBoyControl实现数据通讯。一、光伏发电监控系统简介返回一、光伏发电监控系统简介（一）工作原理以控制计算机通过RS232串口与并网发电系统进行实时数据通信。一方面以数字信号处理器F240为控制核心的数据采集卡将并网系统各个运行参数、运行状态、故障参数等数据发送给控制主机。另一方面控制主机将运行模式、有功并网电流、无功并网电流、系统启停等指令信号传送给F240。一、光伏发电监控系统简介（一）工作原理读入的运行数据或故障数据在主运行画面上以曲线和数值的方式实时显示，并能够根据用户设定的报警值发出报警信号。通过串口读入运行数据和发出控制命令。读入的运行数据或故障数据分别存入运行数据库或故障数据库。可根据需要改变并网发电系统的运行状态，即在以下两种状态下切换。一、光伏发电监控系统简介（一）工作原理可以自由设定输入电网的有功并网电流和无功并网电流的大小。并网运行、太阳电池单独发电，也可在必要时关闭并网发电系统。打印或以图形形式存储当前运行数据和波形。可方便地查询运行数据库和故障数据库。一、光伏发电监控系统简介（二）系统的软硬件基础F240提供的串行通讯接口(SCI)模块支持CPU使用标准NRZ（非归零）格式的异步设备之间的数字通讯。TMS320F240通过引脚SCIRXD（串行数据接收端）和SCjTXD（串行数据发送端）进行串行通信。一、光伏发电监控系统简介（二）系统的软硬件基础具有一个可编程的波特率发生器，可得到超过65000种不同的可编程速率。特点F240接收和发送数据可同时或独立地进行。SCI为接收器和发送器提供独立的中断请求和中断向量。一、光伏发电监控系统简介（二）系统的软硬件基础基于以上硬件特色，F240可以和控制PC通过串口进行较高速率的实时通讯(19200bPs)。同时，由于F240的SCI模块的输入引脚SCIRXD和输出引脚SCITXD为TTL电平，而PC机的RS232口为士15V电平，所以两者之间需要使用电平转换电路。实际的设计中使用MAXIM公司的标准RS232C串口转换芯片MAX232芯片完该功能，取得了良好效果。一、光伏发电监控系统简介（二）系统的软硬件基础一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面测控软件的主运行界面和各个菜单的内容见图5.32，主运行界面中，设备编号、直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、交流频率等数据项通过RS232串口从F240获得。一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面而设备功率、设备地点则在运行数据库中通过设备编号索引查找可得。运行方式数据项反映的是目前的系统运行方式，可由直接用户或系统控制员改变。运行日期和运行时间由控制微机决定，不通过通讯传输。一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面返回一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面根据电容器充放电过程可以作为一个精确的可变负载的原理，可以将其尝试用于室外光伏阵列测试，图5.33给出了据此作出的光伏阵列测试原理示意图。太阳光照射到光伏阵列上后，在开路情况下产生光生电压U，此时如果闭合开关K2，打开K1，那么外电路就会导通，电容器C开始充电，直至电压与U相同。一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面这个过程中电容器两端电压从0上升到U，电路电流从最大输出Isc到0，电容器在这个电路中的作用相当于一个可变负载。如果把这个过程中的数据记录下来，那么就可以描绘出光伏阵列输出电流—电压的变化曲线。等到电容器充电完毕之后，打开开关K2，闭合开关K1，光伏阵列重新处于开路状态，电容器通过电阻R放电。依据上述原理设计的测试系统控制图（图5.34）包含如下几个模块：光伏阵列，电流、电压传感器阵列，数据采集卡、AC/DC电源、计算机、固态继电器控制单元、电容器阵列等。一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面返回一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面返回电流传感器阵列电压传感器阵列数据采集卡固态继电器控制单元AC/DC电源户外光伏组件电容器阵列计算机I/O接口一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面各部分功能户外光伏组件是实验对象。AC/DC电源给固态继电器、传感器和数据采集卡供电。电容器阵列实现可变负载的功能。数据采集卡实现模拟量到数字量的转换并与计算机进行数据传输。固态继电器同时控制传感器和电容器。一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面工作时，继电器开启电压和电流传感器，同步采集室外光伏组件的电流电压模拟量，通过数据采集卡转换成数字量，由组态软件通过计算机I/O接口储存在计算机数据库里。通过相应程序可随时读取数据并生成电流—电压曲线。采集到预定时间后，继电器闭合传感器阵列，之后控制电容器放电，达到设定的时间间隔后进入下一个数据采集循环。在硬件和软件配备上，着重介绍电容器、传感器、数据采集卡、组态软件。一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面电容器的选择首先要考虑充电时间的长短。依据电容器的基本公式是C=I*t/V，其中C代表电容，I代表充电电流，t代表充电时间，V代表充电后电压。光伏阵列的I-V特性曲线并非线形，电流在电压上升到Vpm之前变化较小，基本呈直线下降，Vpm之后快速下降，电压变化趋势则刚好相反。01.电容器选择一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面根据系统1与2的要求，选择市售LEMLN28NP传感器。和LV28P电压传感器。传感器的基本数据如下。02.传感器的选择LA28-NP电流传感器：LV28-P电压传感器：测量范围：5A/6A/8A/12A/25A可选测量范围：10V—500V精度：+-0.5%精度：+-0.6%

线性度：<0.2%线性度：<0.2%响应时间：<1微秒响应时间：<40微秒一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面采用PCI-8310模拟量采集卡。PCI-8310模入接口卡适用于提供了PCI总线插槽的PC系列微机，具有即插即用(PnP)的功能。其操作系统可选用目前流行的Windows系列、高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统LabVIEW等软件环境。在硬件的安装上也非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个PCI总线插槽中并用螺丝固定，信号电缆从机箱外部直接接入。03.数据采集卡一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面04.软件采用市售PCAuto3.6组态软件。该软件可以实现数据的采集与存储，并具有设定采样时间和采样频率的功能，但是不能作出I-V图，为此开发了一个数据读取软件，实现作图功能。所开发的软件具有查询I-V曲线，功率-时间曲线等功能。一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面（a）测试系统整体（c）超级电容器（b）控制部分一、光伏发电监控系统简介（三）主运行界面系统操作、调试及运行PART02二、系统操作、调试及运行该系统于2005年11月份试运行。考虑到数据库存储能力，硬件寿命和天气变化的影响，采样间隔时间为20分钟，采样时间15秒，采样频率为10对/s。采集后的数据经PCAuto软件储存在MicrosoftAccess数据库里。经过数据读取和编辑软件处理后可以实现查询编辑电流-时间曲线、电压-时间曲线、功率-时间曲线和I-V曲线的功能。二、系统操作、调试及运行通过“日期”项下拉列表可以选择日期，“最大值按”一栏里有三个下拉选项，分别是电流、电压、功率，默认为功率；“图表”选项包含两项：电流—电压，最大值—时间。里的任意一项点击“查询”按钮。查询时，首先选定日期，以2005年12月23日为例，然后选择“最大值按”一栏，例如选择功率，之后选择“图表”栏里的“电流—电压”项，点击“查询”按钮，得到图5.36(a)所示的结果。图中的曲线即I-V曲线。二、系统操作、调试及运行如果想得到该曲线对应的精确短路电流和开路电压，则可以分别改变“最大值按”一栏至电流和电压，找到相同时间附近的值即可图5.36(b)，(c)，图5.36(d)则是采集数据时功率随时间变化的曲线。二、系统操作、调试及运行(a)I-V曲线(b)电压—时间曲线二、系统操作、调试及运行(c)I电流—时间曲线(d)功率—时间曲线二、系统操作、调试及运行性能说明测试功率范围0-1000W，可扩展测量方式单次/连续长期循环测量操作模式全自动测量精度≤±0.3%测量参数Voc,Isc,Pmax,Imp,Vmp电压范围(V)0-70电流范围(A)