CN103002004A

CN103002004A - 一种数据远程采集与管理系统及其实施方法

Info

Publication number: CN103002004A
Application number: CN2012103424726A
Authority: CN
Inventors: 周健; 周天之; 孙晓玮; 周舟; 周建华; 李红飞; 刘正新
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: CN103002004B

Abstract

本发明公开了一种数据远程采集与管理系统及其实施方法，所述的系统由1个数据采集和管理中心与多个数据采集与管理分中心组成；中心与分中心间通过无线方式实时传递数据。分中心负责收集各类环境和光伏系统电参数，无线发送到中心，中心负责接收各分中心的数据，经分析，建模，获得不同地区、不同环境下的光伏系统寿命、发电量与环境的关系。通过该系统，数据中心可在远程实时收集不同地区。通过分析不同气候光伏电站的数据，获得不同气候电池模组发电量与环境参数间关系。该系统的特色在于：1、通过GPRS实时无线远距离（>1000Km）传输；2、采用光伏电池、控制器和储能电池组组成连续供能系统，为分中心的数据采集供能；3、通过数据分析，实现不同地区电池寿命预测。

Description

一种数据远程采集与管理系统及其实施方法

技术领域

本发明涉及一种数据远程采集与管理系统及其实施方法。更确切地说本发明涉及一种多参数、自供能、实时光伏系统数据采集与管理系统及其实施方法，属于电子技术领域

背景技术

作为太阳电池生产大国之一，中国在电池及电站系统的标准的建设方面相对落后。目前国际上比较著名的美国可再生能源实验室（NERL），日本产业综合研究所（AIST）和德国的太阳电池系统研究所（Institute of Solar forEnergy Systems，Fraunhofer ISE)已成为国际知名的电池测试实验室和国际电池标准的主要制定者。中国目前尚未有一家具有独立认证能力的第三方认证机构，主要原因之一是缺乏一套适应于不同地区的电站测试系统。面向中国西南温湿、西北高寒、东北部低温盐候、东部盐湿、南方高温等特殊条件开展电池模组寿命测试，为电池生产厂家提供电池使用环境下的电池寿命测试平台和寿命预测，显得尤为重要。本发明所述一种数据远程采集与管理系统及其实施方法，正是基于上述考虑而提出的。

由于光伏系统测试在接入负载时将会影响其发电数据，因此国际上标准的光伏电池测试，通常不接入负载，这就意味着，不可以采用被测太阳电池自身发电来提供给传感器和其它测试所需负载，一般的做法是采用电网给传感器、测试仪器和无线收发器供电。这样的缺点是，在野外、沙漠等有线电网所不能覆盖的地方开展光伏系统测试实验将会带来不便。本申请拟采用引入太阳电池、控制器和储能电池，形成独立供电的小型能源系统，克服了对常规有线电网的依赖，又节省了电能。

国外专利查询方面，查询到美国的专利Method and system for remotelymonitoring multiple medical parameters（US6733447）主要是用于远程医疗监控，主要通过RF信号监控病人的，采用前向纠错、跳频技术、扩频通讯技术。本申请采用GPRS moden

在国家知识产权网（中外专利数据库）上，搜索“光伏”and“实时”and“传输”等关键词，发现专利0项。

在国家知识产权网（中外专利数据库）上，搜索“光伏”and“实时”等关键词，发现专利0项

在国家知识产权网（中外专利数据库）上，搜索“光伏”and“自供能”等关键词，发现专利0项

在国家知识产权网（中外专利数据库）上，搜索“多参数”，查询到“多参数采集系统及利用该系统的远程监测系统（CN2004100570340）”可以由用户远程实时监测多个子站的修/钻井机的参数情况。

本申请与CN2004100570340的区别在于，本申请分中心拟采用无线方式采集数据，多参数的数据包括环境参数和电池模组参数，检测了每个模组的电流、电压信号，构筑成本申请的构思和框架。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据远程采集与管理系统及实施方法，所述系统由1个数据采集和管理中心与多个数据采集与管理分中心组成；中心与分中心间通过无线方式实时传递数据。分中心负责收集各类环境和光伏系统电参数，无线发送到中心，中心负责接收各分中心的数据，经分析，建模，获得不同地区、不同环境下的光伏系统寿命、发电量与环境的关系规律。所述采集的管理分中心为4～N个。所述的分中心以4个为最常用，每个分中心与中心之间传输距离大于1000km。

本发明涉及的每个数据采集与管理分中心由0.1KW的光伏电站，控制器，储能电池组，5KW光伏阵列电站，环境检测器，太阳电池温度传感器，逆变器，各模组的直流IV检测器，交流IV功率检测器，4个GPRS Modem，分中心数据采集器组成。其中，0.1KW的光伏电站，控制器，储能电池组组成不间断能源供应系统，提供环境检测器，太阳电池温度传感器，逆变器，各模组的直流IV检测器，交流IV功率检测器，4个GPRS Modem，分中心数据采集器所需要的能量（为了保证5KW电站检测数据的准确性，该5KW电站不可以为负载供电）。图2中左侧的1个GPRS负责将检测到的5KW光伏阵列电站的直流电压、电流和功率参数，无线发送到分中心数据采集器。图2中右侧的三个GPRS（modem1，2，3）负责收集：1）、各模组总的直流电流I、电压V、功率P参数；2）、各模组总的交流电流I、电压V、功率P参数；3）、环境参数及电池片温度参数并无线发送到分中心数据采集器。

①在远程采集与管理系统的分中心内，数据采集电路和传感器能源由0.1KW光伏电池、控制器和储能电池组组成可以连续供能的能源系统提供（如图3）。5KW光伏阵列所发电量不连接负载。100W电池模组采用东方日升新能源股份有限公司的产品:单晶组件(44x5“/100W)，Voc=26.5V，Isc=5.1A.当有阳光时，模组对负载供电，同时对由深圳市华友能源技术有限公司提供的24V20Ah聚合物锂电池储能电池组充电。当阳光不充足时，锂电池对各类传感器负载进行充电，保障负载不间断供电。深圳谷润数字电源有限公司SCM-2410，24V太阳能充放电管理模块，对锂电池进行充电。

②所述环境监测器，包括光照度、风速、风向、环境温度、环境湿度、PV温度；温度和湿度测量采用瑞士Sensirion公司SHTll传感器、照度传感器采用TAOS公司生产的TSL2561光强度传感器，风速风向传感器采用长沙佳科电子仪器有限公司EC-9S(X)数字风速（风向）传感器。

③所述逆变器可将5KW模组直流变为交流；

④所述交、直流监测器检测交流和直流电流、电压和功率数据;

⑤所述的数据远程采集与管理分中心还具有故障报警功能，即PV组串异常、汇流箱元件、逆变器的故障报警和定位功能等；即，数据管理分中心不断检测PV组串异常、汇流箱元件、逆变器的电信号，并设定正常工作范围参数，日常检测参数与正常工作范围比较，如果超过正常工作范围，即判断为“异常”，同时通过GPRS发送型号到中心，进行报警，中心会根据数据分析，下发处理故障的指令，采取解决故障的措施。

⑥所述的数据远程采集与管理分中心远程监视可将多个光伏电站系统的发电参数、环境参数传到分中心，由各分中心再无线传到中心站进行集中监视，中心对收到的数据进行处理：1）、比较相同厂家出产的太阳电池在不同气候条件下的发电量、寿命特征差别，为企业提供用户环境发电量预测指导；2）、对于收集到的各分中心电站的故障信息及时分析，发出处理故障信息，如某片模组不能工作，可以自动将该模组“挂起”，即通过电信号切换到“将其左右模组串联”状态；3）、比较不同厂家电池在统一气候条件下的发电量、寿命等性能，为企业提供用户环境发电量预测指导。

⑦数据管理中心（即图1和图4中所示的中心计算机），通过数据处理分析，实现不同电池模组性能比对，可实现电池寿命预测。通过分析不同气候光伏电站的数据，可获得不同气候电池模组发电量与环境参数间关系。

本发明涉及的一种数据远程采集与管理系统的实施方法，其特征在于包括如下步骤：1）、中心数据采集网络构架图（如图1）和分中心采集数据与供能网络构架图（如图2）；2）、建立光伏发电系统数据采集分中心；3）、建立光伏发电系统数据管理中心；4）、实时采集实验数据，综合分析，比对不同环境电池发电量、寿命，并进行电池模组寿命预测；5）、根据实际测试过程中发现的问题对系统进行改进完善，如针对高温、高寒、风沙、盐湿极端天气可能遇到的系统数据采集的数据包丢失，采取相应的软件和硬件改进。

总之，本发明公开了一种数据远程采集与管理系统及其实施方法，其主要功能单元包括光伏电站多参数（包括温度、湿度、气压、光照度、风速风向等在内的环境参数，电站电流、电压功率、发电量等电站电参数）采集传感器，实时数据采集单元，能量不间断供给单元，远程数据传输单元，GPRS数据接收模块。ARM芯片作为控制器，进行环境参数、电池参数信息的采集，管理锂电池能量，保证不间断供电，控制无线传输模块对数据信息的接收与传送。通过该系统，数据中心可以在千里之外实时收集不同地区，不同气候条件下光伏电站的信息，将数据汇总分析后，发现不同地点电池模组发电量与环境参数间的关系。该系统的主要特色在于：1、可以收集4个或4个以上不同地区、不同气候条件下光伏电站的数据；2、可以收集多参数（包括温度、湿度、气压、光照度等在内的环境参数，直流、交流电流、电压、功率、发电量等电站电参数）；3、可以实时无线远距离（>1000Km）传输；4、采用光伏电池、控制器和储能电池组组成可以连续功能的能源系统，为分中心的数据采集供能，无需外来供电；5、通过数据中心数据处理分析，可以实现不同电池模组性能比对，可以实现电池寿命预测；6、考虑到系统具有庞大数据处理需求，在电路设计，系统组成上有较大差别。由于传输数据量大，本申请拟采用传输速率较高的F1103型高性能工业级GPRS无线模块（2.5G GPRS网络），标准RS232串口，串口速率110-230400bits/s，远大于CN2004100570340所述20－40Kbps/s的速率。

附图说明

图1、采集数据中心网络构架图，各分中心数据采集器通过GPRS将数据发到中心。

图2、分中心采集数据与供能网络构架图。

图3、数据采集分中心供能系统。

图4、为新疆、长春、上海、兰州不同气候条件下的太阳电池电站分中心与中心数据管理示意图。

具体实施方式

实施例1本发明所述的系统实施方式具体如下：

1、设计中心数据采集网络构架图（如图1）和分中心采集数据与供能网络构架图（如图3）；

2、建立光伏发电系统数据采集分中心。A、进行传感器选择与购置，温度和湿度测量采用瑞士Sensirion公司SHTll传感器、照度传感器采用TAOS公司生产的TSL2561光强度传感器，风速风向传感器采用长沙佳科电子仪器有限公司EC-9S(X)数字风速（风向）传感器。电池模组采用浙江创宇太阳能科技有限公司的产品110W；逆变器采用上海晶山太阳能科技有限公司的SHJS06-V-5000VA型号产品,输出50/60Hz(2%自稳定)正弦波；B、数据无线传输采用厦门四信通信科技有限公司F1103型高性能工业级GPRS无线模块（2.5GGPRS网络），支持短信、CSD数据及拨号上网功能。支持短信及拨号上网功能，使用方便、灵活。支持标准RS232接口，支持5V～35V宽电压供电；C、数据接口：采用RS232接口，A/D转换器采用10位，轮询速率为2min/次；D、分中心数据采集编程：完成分中心多传感器数据和电池模组数据采集，和无线发送。

3、建立光伏发电系统数据管理中心；在管理中心建立服务终端，接受分中心发来的数据，编程管理，满足图2所示的多个发电参数和环境参数的检测。

4、实时采集实验数据，综合分析，比对不同环境电池发电量、寿命，并进行电池模组寿命预测。

5、根据实际测试过程中发现的问题对系统进行改进完善，如针对高温、高寒、风沙、盐湿极端天气可能遇到的系统数据采集的数据包丢失，采取相应的软件和硬件改进。

实施例2

选择高温、高寒、风沙、盐湿四种极端气候条件所在的不同地区部署4个不同的太阳电池电站数据采集分中心，四个分中心将高温、高寒、风沙、盐湿不同气候条件下的太阳电池电站数据收集，通过GPRS（如图4）传输到光伏发电系统数据管理中心。中心对收到的数据进行处理：1）、比较相同厂家出产的太阳电池在不同气候条件下的发电量、寿命特征差别，为企业提供用户环境发电量预测指导；2）、对于收集到的各分中心电站的故障信息及时分析，发出处理故障信息，如某片模组不能工作，可以自动将该模组“挂起”，即通过电信号切换到“将其左右模组串联”状态；3）、比较不同厂家电池在统一气候条件下的发电量、寿命等性能，为企业提供用户环境发电量预测指导。

Claims

1.一种数据远程采集与管理系统，其特征在于，所述的系统由1个数据采集和管理中心与多个数据采集与管理分中心组成；中心与分中心间通过无线方式实时传递数据；分中心负责收集各类环境和光伏系统电参数，无线发送到中心，中心负责接收各分中心的数据，经分析，建模，获得不同地区、不同环境下的光伏系统寿命、发电量与环境的关系。

2.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述的采集与管理分中心为4～N个。

3.按权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述的分中心为4个，每个分中心与中心之间传输距离大于1000km。

4.按权利要求1所述的系统，其特征在于每个数据采集和管理分中心由0.1KW的光伏电站、控制器、储能电池组、5KW光伏阵列电站、环境检测器、太阳电池温度传感器、逆变器、各模组总的直流IV检测器、交流IV功率检测器、4个GPRS Modem及分中心数据采集器组成；

其中，a)0.1KW的光伏电站，控制器，储能电池组组成不间断能源供应系统，提供环境检测器，太阳电池温度传感器，逆变器，各模组的直流IV检测器，交流IV功率检测器，4个GPRS Modem，分中心数据采集器所需要的能量；

b)4个GPRS Modem中一个将检测到的5KW光伏阵列电站的直流电压、电流和功率参数，无线发送到分中心数据采集器；另外三个GPRSmodem1，2和3负责收集：①各模组总的直流电流I、电压V、功率P参数；②各模组总的交流电流I、电压V、功率P参数；③环境参数及电池片温度参数并无线发送到分中心数据采集器；

c)所述的环境检测器包括光照度、风速、风量、风向、环境湿度、PV湿度和气压的监测；

d)逆变器将5KW模组直流变交流。

5.按权利要求4所述的系统，其特征在于5KW光伏阵列电站不为负载供电。

6.按权利要求1或4所述的系统，其特征在于：

a)所述的分中心设有故障报警，即PV组串异常、汇流箱元件、逆变器的故障报警和定位功能，数据管理分中心不断检测PV组串异常、汇流箱元件、逆变器的电信号，并设定正常工作范围参数，日常检测参数与正常工作范围比较，如果超过正常工作范围，即判断为“异常”，同时通过GPRS发送型号到中心，进行报警，中心会根据数据分析，下发处理故障的指令，采取解决故障的措施；

b)每个数据采集与管理分中心将多个光伏电站系统的发电参数、环境参数传到分中心，由各分中心再无线传到中心站进行集中监视，中心对收到的数据进行处理：①比较相同厂家出产的太阳电池在不同气候条件下的发电量、寿命特征差别，为企业提供用户环境发电量预测指导；②对于收集到的各分中心电站的故障信息及时分析，发出处理故障信息，如某片模组不能工作，可以自动将该模组“挂起”，即通过电信号切换到“将其左右模组串联”状态；③比较不同厂家电池在统一气候条件下的发电量、寿命等性能，为企业提供用户环境发电量预测指导。

7.按权利要求4所述的系统，其特征在于由0.1KW光伏电池、控制器和储能电池组组成连续供能的能源系统中，100W电池模组采用东方日升新能源股份有限公司的产品:单晶组件，Voc=26.5v，Isc=5.1A.当有阳光时，模组对负载供电，同时对由深圳市华友能源技术有限公司提供的24V 20Ah聚合物锂电池储能电池组充电；当阳光不充足时，储能电池组对各类传感器负载进行充电，保障负载不间断供电。

8.按权利要求1所述的系统的实施方法，其特征在于具体步骤为：

1）、设计中心数据采集网络构架图和分中心采集数据与供能网络构架图；2）、建立光伏发电系统数据采集分中心；3）、建立光伏发电系统数据管理中心；4）、实时采集实验数据，综合分析，比对不同环境电池发电量、寿命，并进行电池模组寿命预测；5）、根据实际测试过程中发现的问题对系统进行改进和完善，针对高温、高寒、风沙、盐湿极端天气可能遇到的系统数据采集的数据包丢失，采取相应的软件和硬件改进；

其中第二步包括传感器选择与购置、数据无线传输的工业级GPRS无线模块的选用、数据接口以及分中心数据采集编程。

9.按权利要求8所述的实施方法，其特征在于步骤2内：

a)所述的传感器选择时，温度和湿度测量采用瑞士Sensirion公司SHTll传感器、照度传感器采用TAOS公司生产的TSL2561光强度传感器，风速风向传感器采用长沙佳科电子仪器有限公司EC-9S(X)数字风速风向传感器；电池模组采用东方日升新能源股份有限公司的产品100W；逆变器采用上海晶山太阳能科技有限公司的SHJS06-V-5000VA型号产品,输出50/60Hz正弦波；

b)数据无线传输采用厦门四信通信科技有限公司F1103型工业级2.5GGPRS无线模块；

c)数据接口：采用RS232接口，A/D转换器采用10位，轮询速率为2min/次；

d)分中心数据采集编程：完成分中心多传感器数据和电池模组数据采集和无线发送。