CN201754239U - 太阳能光伏发电跟踪系统集中监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能光伏发电跟踪系统集中监控系统，包含有主机系统和若干台从机系统，所述从机系统包含有方位角及高度角位置反馈编码器、从机无线通讯单元、主控制单元和水平及垂直方向电机驱动单元，所述从机系统主控制单元包含有CPU、地址设置单元、时钟芯片、RS232通讯模块、键盘操作单元和LCD显示模块，所述主机系统包含有PC主机、主机无线通讯单元和风速风速传感器。本实用新型太阳能光伏发电跟踪系统集中监控系统，能够实时监控各个从机工作状态且监控成本小。

Description

太阳能光伏发电跟踪系统集中监控系统

(一)技术领域

本实用新型涉及一种太阳能光伏发电跟踪系统集中监控系统，用于对太阳能光伏发电跟踪系统进行集中的监控。

(二)背景技术

自20世纪70年代全球发生石油危机以来，太阳能光伏发电技术在西方发达国家引起了高度重视，各国政府从环境保护和能源可持续发展战略的角度出发，纷纷制定政策，鼓励和支持太阳能光伏发电技术，其发展速度很快。

众所周公知，太阳能技术领域的主要问题不在于如何收集太阳辐射能，而在于如何更便利地收集及更好的利用，在发电系统中，组件、逆变器等国内基本已成熟，想就这方面在发电效率上提高1个百分点十分困难，而建立在双轴自动跟踪系统的基础上的发电效率能在原有基础上提高40％左右，但由于双轴跟踪系统增加了水平跟垂直旋转驱动机构，需要控制系统进行24小时对旋转电机进行驱动控制，对整个电气控制系统的稳定性有着较高的要求，而一般情况下，跟踪系统都是安装在野外，可能会受到雷电、强电磁场等恶劣环境的影响，这些因素都可能引起系统误动作、运行紊乱、系统崩溃或损坏，出现这些情况时如果不能及时发现并解决，会对整个跟踪系统产生灾难性的后果。

另一方面，由于跟踪系统支架上安装了大面积的太阳能电池板，承受了大量的风压，当达到一定风速时，为了保护系统结构不被破坏，必须将系统旋转到与风向一致的角度来最大限度减小风压对支架结构的冲击，因此每个系统都需要安装风速风向传感器来检测风速及风向数据，经济成本偏高。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种能够实时监控各个从机工作状态且监控成本小的太阳能光伏发电跟踪系统集中监控系统。

本实用新型的目的是这样实现的：一种太阳能光伏发电跟踪系统集中监控系统，包含有主机系统和若干台从机系统，所述从机系统包含有方位角及高度角位置反馈编码器、从机无线通讯单元、主控制单元和水平及垂直方向电机驱动单元，所述从机系统的主控制单元分别与方位角及高度角位置反馈编码器、从机无线通讯模块和水平及垂直方向电机驱动单元相连接，所述的水平及垂直方向电机驱动单元采用两片专用直流电机驱动模块LMD18200T作为水平及垂直方向的电机驱动，所述的水平方位角及垂直高度角位置反馈传感器采用两个分辨率为1000具有A、B、Z信号的旋转编码器，分别安装在水平及垂直的旋转轴上，所述从机无线通讯单元采用无线数传模块KYL-1020L，所述从机系统主控制单元包含有CPU、地址设置单元、时钟芯片、RS232通讯模块、键盘操作单元和LCD显示模块，所述CPU分别与地址设置单元、时钟芯片、RS232通讯模块、键盘操作单元和LCD显示模块相连，所述CPU采用51单片机，时钟芯片采用DS1302芯片，并且与CPU的两个通用I/O口连接，所述时钟芯片采用电源块及后备电池双电源供电；地址设置单元采用一组8位DIP开关作为每个从机独立系统的通讯地址；键盘操作单元包括手动/自动开关、时间设置按钮、手动操作时支架上下左右旋转按钮；LCD显示模块用来显示系统的当前时间、工作状态、及工作数据(包括水平方位角度及垂直高度角度)；RS232通讯模块采用常用的MAX232芯片；

所述主机系统包含有PC主机、主机无线通讯单元和风速风速传感器，所述主机无线通讯单元采用无线数传模块KYL-1020L，且所述主机系统与从机系统通过主机无线通讯单元和从机无线通讯单元的配合实现无线连接，所述PC主机与主机无线通讯单元和风速风速传感器相连接。

本实用新型的工作原理为：

在本实用新型系统中，由安装监控软件的PC主机作为系统主机(以下简称主机)，由它来统一进行数据访问及命令控制；从机系统通过地址设置单元将通讯地址设置为01-250，风速检测装置通讯地址为251，地址00用作对所有从机系统进行广播；

从机工作原理：CPU定时从时钟芯片读取当前时间，水平方位角及垂直高度角是基于当前时间进行定位跟踪，具体计算方法如下：

水平方位角定位方法：以早上6:00为初始原点，下午18:00为180度，设白天任一时间T(H:M)处于6:00与18:00之间，以分钟为计算单位，则当前目标方位角＝(180*((H-6)*60+M))/((18-6)*60)。

垂直高度角定位方法：以北半球为例，已知南北回归线角度为23度26分。太阳直射北回归线日期为6月21日，直射南回归线日期为12月22日，跟据太阳移动的方向不同，将一年划分两个时间段，第一段从6月22日到12月22日这段时间，太阳向南移动；第二段从12月23日到6月21日这段时间，太阳向北移动。假设当地纬度为X度Y分，由于时钟芯片DS1302具有计算2100年之前的秒、分、时、日、月、年的能力还有闰年调整的能力，所以很容易算出从一个日期到6月21日的天数，当时间处于第一时间段，设从6月21日到当前日期总天数为Z天，则当前目标高度角＝((X*60+Y)-(23*60+26)+(Z/183)*(23*60+26)*2)/60；当时间处于第一时间段，设从6月21日到当前日期总天数为Z天，则当前目标高度角＝((X*60+Y)-(23*60+26)+(Z/183)*(23*60+26)*2)/60；

当时间处于第一二时间段，设从当前日期到6月21日总天数为Z天，则当前目标高度角＝((X*60+Y)-(23*60+26)+(Z/183)*(23*60+26)*2)/60。

从机共有三种工作方式：

(1)第一种为手动工作方式，当把从机系统主控制单元中键盘操作单元的手动/自动开关打到手动状态时，从机系统就处于手动状态，在这种状态下，从机不受主机控制，也不会跟据当前时间自动跟踪定位，只接受用户手动命令，操作都可通过键盘操作单元中上、下、左、右按钮来控制从机支架水平及垂直方向旋转，这种工作方式一般用于系统调试及维护过程。

(2)当手动/自动开关打到自动状态时，从机就处于自动状态，若此时主机检测到风速未超过警戒风速，从机基于当前时间计算出理论的方位角及高度角的值，再根据水平方位角及垂直高度角位置反馈传感器计算出当前实际的方位角及高度角，当实际的方位角与理论方位角出现偏差时，系统驱动水平电机旋转，直到检测出实际值与理论值一至时停止电机运转，垂直方向的工作原理跟水平方向一样。通过这种工作方式，随着时间的不断变化，计算出的理论角度也会不断变化，这样使得实际角度与理论角度不断出现偏差，导致系统不断驱动电机旋转，完成系统的跟踪功能。

(3)当手动/自动开关打到自动状态时，从机就处于自动状态，若此时主机检测到风速超过警戒风速，主机通过广播地址命令所有从机工作状态从自动状态修改为受控状态，并发出旋转命令，控制所有从机旋转到指定角度进行避风，防止从机系统长时间受强风冲击，当主机连续5分钟检测到风速低于警戒风速时，主机通过广播地址命令所有从机把工作状态从受控状态修改为自动状态，继续实现自动跟踪功能。

主机工作原理：

(1)对从机系统的监测：主机每隔5秒钟对所有从机系统进行访问，查询从机的通讯状态、工作状态、当前实际的方位角高度角数据及从机系统的时间，并将查询结果数据实时显示在PC主机的监控软件界面上，当出现与某台从机连续两次通讯出现故障时，可以判断从机出现系统故障，立刻发出报警信息，驱动主机扬声器发出警报声，并在主机显示屏上弹出报警窗口，显示出故障从机号码，使得工作人员能在第一时间发现故障并作出处理。当主机查询到某个从机系统的日期或时间跟当前系统日期或时间偏差太大，影响跟踪精度时，主机自动发送修改时间，并将正确的时间发送给从机，从机接到命令后将自身的时间修改为当前正确时间，通过这种工作方式，有效地保证了所有从机系统时间的一致性，从而确保了从机系统的跟踪精度，大大提高了整个电站的发电效率。

(2)对风速的监测：主机每隔2秒钟对风速传感器(地址为251)采样的数据进行查询，并将风速、风向数据实时显示到监控软件界面上。当连续两次查询到风速超过警戒值时，主机将通过广播地址00向所有从机发送命令，命令所有从机系统从自动状态改为受控状态，并旋转至指定角度进行避风，通过这种方式，有效地避免了从机支架系统长时间受强风冲压，确护了整个系统的稳定运行，当连续5分钟检测到风速低于警戒值时，通过广播地址00命令所有从机工作状态改为自动状态，继续实现跟踪功能。

本实用新型的有益效果是：

(1)主机通过无线串口通讯方式，每5秒钟对所有从机系统的工作状态及工作数据查询一次，并将查询结果数据实时显示在PC主机的监控软件界面上，当查询到某一从机系统通讯异常或工作状态处于异常状况时，监控软件输出报警信号，通知相关人员进行故障清除或进行故障隔离。通过这种工作方式能在第一时间发现故障，确保了整个电站的跟踪系统正常运转。

(2)主机每2秒钟通过串口通讯对风速传感器的数据进行采样，并将风速、风向数据实时显示到监控软件界面上。当连续两次检测到风速超过警戒值时，主机将通过地址00向所有从机发送命令，命令所有从机系统旋转至指定角度进行避风，通过这种方式，有效地避免了从机支架系统长时间受强风冲压，确护了整个系统的稳定运行。

(3)由于跟踪系统的水平方位角及垂直高度角的定位是基于当前日期和当前时间的，如果某个从机系统的日期或时间跟当前日期或时间偏差太大，那么这个从机系统将无法对太阳进行正确地踪，大大降低发电效率，主机通过定时查询每个从机系统的时钟，当发现从机的时间与当前时间偏差超过1分钟时，主机将对从机发送修改时间命令，并将正确的时间发送给从机，从机接到命令后将自身的时间修改为当前正确时间，通过这种工作方式，有效地保证了所有从机系统时间的一致性，从而确保了从机系统的跟踪精度，大大提高了整个电站的发电效率。

(4)采用主从机结构后，无需为每台跟踪系统配备一台风速风向传感器，只需在主机处安装一台即可实现所有跟踪系统的数据共享，大大降低了整个系统的组建成本。

(四)附图说明

图1为本实用新型从机结构示意图。

图2为本实用新型主机结构示意图。

图3为本实用新型从机系统主控制单元结构示意图。

图4为本实用新型连接结构示意图。

(五)具体实施方式

参见图1，本实用新型涉及一种太阳能光伏发电跟踪系统集中监控系统，包含有主机系统和若干台从机系统，所述从机系统包含有方位角及高度角位置反馈编码器、从机无线通讯单元、主控制单元和水平及垂直方向电机驱动单元，所述从机系统的主控制单元分别与方位角及高度角位置反馈编码器、从机无线通讯模块和水平及垂直方向电机驱动单元相连接，所述的水平及垂直方向电机驱动单元采用两片专用直流电机驱动模块LMD18200T作为水平及垂直方向的电机驱动，使跟踪系统支架能在水平及垂直方向得以旋转，完成追日功能，所述的水平方位角及垂直高度角位置反馈传感器采用两个分辨率为1000具有A、B、Z信号的旋转编码器，分别安装在水平及垂直的旋转轴上，用于检测跟踪系统支架的实现位置，实现闭环反馈控制，完成水平方位角及垂直高度角的精确定位，所述从机无线通讯单元采用无线数传模块KYL-1020L，该模块具有低功耗(小于500mW)、通讯距离长(大于2KM)等特点，主控制单元通过此模块与主机层面进行通讯，实现监控目的，所述从机系统主控制单元包含有CPU、地址设置单元、时钟芯片、RS232通讯模块、键盘操作单元和LCD显示模块，所述CPU分别与地址设置单元、时钟芯片、RS232通讯模块、键盘操作单元和LCD显示模块相连，所述CPU采用51单片机，该CPU自带串口通讯接口，外接RS232通讯模块即可与外界通讯进行数据交换，时钟芯片采用DS1302芯片，并且与CPU的两个通用I/O口连接，实行串行数据交换，所述时钟芯片采用电源块及后备电池双电源供电；地址设置单元采用一组8位DIP开关作为每个从机独立系统的通讯地址；键盘操作单元包括手动/自动开关、时间设置按钮、手动操作时支架上下左右旋转按钮；LCD显示模块用来显示系统的当前时间、工作状态、及工作数据(包括水平方位角度及垂直高度角度)；RS232通讯模块采用常用的MAX232芯片，它能将CPU串口的TTL电平信号转化为通讯更稳定的RS232通讯信号，与外界进行通讯；

所述主机系统包含有PC主机、主机无线通讯单元和风速风速传感器，所述主机无线通讯单元采用无线数传模块KYL-1020L，且所述主机系统与从机系统通过主机无线通讯单元和从机无线通讯单元的配合实现无线连接，所述PC主机与主机无线通讯单元和风速风速传感器相连接。

Claims (1)

1.一种太阳能光伏发电跟踪系统集中监控系统，其特征在于：包含有主机系统和若干台从机系统，所述从机系统包含有方位角及高度角位置反馈编码器、从机无线通讯单元、主控制单元和水平及垂直方向电机驱动单元，所述从机系统的主控制单元分别与方位角及高度角位置反馈编码器、从机无线通讯模块和水平及垂直方向电机驱动单元相连接，所述的水平及垂直方向电机驱动单元采用两片专用直流电机驱动模块LMD18200T作为水平及垂直方向的电机驱动，所述的水平方位角及垂直高度角位置反馈传感器采用两个分辨率为1000具有A、B、Z信号的旋转编码器，分别安装在水平及垂直的旋转轴上，所述从机无线通讯单元采用无线数传模块KYL-1020L，所述从机系统主控制单元包含有CPU、地址设置单元、时钟芯片、RS232通讯模块、键盘操作单元和LCD显示模块，所述CPU分别与地址设置单元、时钟芯片、RS232通讯模块、键盘操作单元和LCD显示模块相连，所述CPU采用51单片机，时钟芯片采用DS1302芯片，并且与CPU的两个通用I/O口连接，所述时钟芯片采用电源块及后备电池双电源供电；地址设置单元采用一组8位DIP开关作为每个从机独立系统的通讯地址；键盘操作单元包括手动/自动开关、时间设置按钮、手动操作时支架上下左右旋转按钮；LCD显示模块用来显示系统的当前时间、工作状态、及工作数据；RS232通讯模块采用常用的MAX232芯片；

所述主机系统包含有PC主机、主机无线通讯单元和风速风速传感器， 所述主机无线通讯单元采用无线数传模块KYL-1020L，且所述主机系统与从机系统通过主机无线通讯单元和从机无线通讯单元的配合实现无线连接，所述PC主机与主机无线通讯单元和风速风速传感器相连接。 

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