光伏逆变器监控系统设计

121 电子技术Si4432无线数传模块将从逆变器接收的数据送给 CPU 处理，CPU 收到数据后 , 先对其中的内容分析 , 然后执行相应数据控制和发送命令，将处理后数据通过 GPRS无线通信网络传送给上位机 GPRS通信模块。2.3 逆变器无线通信模块逆变器主控芯片采用 dsPIC30F6010 ，该 CPU 芯片是 16 位单片机，它融合了可管理高速计算活动的数字信号处理器功能，具有功能强大的外围设备和快速中断处理能力。 主控芯片除控制逆变器外，还实现对 Si4432无线数传模块的控制。其原理图框图如图 4 所示。微处理器对光伏逆变器的电压电流等参数进行控制，并将采集的光伏逆变器的电压电流等参数通过 Si4432无线数传模块发送给基站 , Si4432无线数传模块与微处理器之间采用 SPI 通信方式。（下转第 131 页）图 1 系统结构图图 2 上位机 GPRS 模块图 3 基站 GPRS 无线通信模块图 4 逆变器无线通信模块0 引言太阳能的热能利用和光能利用是两个最重要的应用领域，太阳能的利用引人注目的原因，是由太阳能的特殊性所决定的，它具有储量巨大、不会枯竭、不受地域限制等优点，是一种清洁能源。近几十年来，太阳能光伏发电技术得到了世界各国的重视，光伏发电已经成为利用太阳能的主要方式之一。但是光伏电池一般安装在屋顶等无人看守的地方，同时地域分布也比较大，要对光伏发电系统进行实时监控比较困难，基于此，本文设计了一套基于 Si4432无线数传芯片和 GPRS无线网络的光伏逆变器监控系统，可对光伏电站实现远程监控。1 监控系统结构整个监控系统是由光伏逆变器、 Si4432无线数传模块、 GPRS无线网络和上位机四部分构成的，其结构框图如图 1 所示。光伏逆变器的参数由含有无线通信模块的光伏逆变器控制器通过无线网络传送给 GPRS 基站， GPRS基站将多个逆变器的参数收集后按照一定的协议通过 GPRS网络传送给上位机 GPRS模块，上位机 GPRS 模块再通过 RS485将参数传送给上位机。光伏逆变器监控系统设计王 飞，李先祥（佛山科学技术学院 , 广东 佛山 528000 ）摘 要 : 设计了一种基于 GPRS的远程光伏监控系统，介绍了系统的各个模块的功能和设计原理，试验表明 : 该系无线监控系统性能稳定、传输距离远、通信速度较快、抗电磁干扰能力强。关键词 : 光伏电池； GPRS； 无线通信，远程监控2 硬件系统2.1 上位机 GPRS 模块上 位 机 GPRS 模 块 是 由 PIC24FJ32 单 片 机 控 制， 它 是 由Microchip 公司设计的一款具有丰富的外设功能集和增强的计算性能的 16 位 RISC 单片机。其原理框图如图 2 所示。其工作原理是：单片机通过 RS485与上位机监控中心连接，通过 UART 串口与 GPRS 模块连接。发送过程中，上位机监控中心首先发送指令给单片机，单片机收到指令后，再通过 UART 串口发送给 GPRS模块， GPRS模块再通过 AT 指令将数据发送出去。接收过程中， GPRS模块首先将接收的数据通过 UART 串口送给单片机，单片机再通过 RS485传送给上位机。2.2 基站 GPRS无线通信模块基站 GPRS无线通信模块包含微处理器， Si4432无线数传模块和 GPRS无线通信模块三部分， 微处理器也是采用 PIC24FJ32单片机，其原理图框图如图 3 所示。131 技术创新假设观测到的回波数为 n 个，弛豫分量数为 m，那么原拟合式子就可以写成 M=AX 的矩阵乘积形式 [6-8] ，如上所示。其中，M 为所有回波观测数据的矩阵， X 为所有弛豫分量的矩阵， A 为系数矩阵。首先考虑 AX=M 的摄动问题。当 M 因为存在噪声而摄动时，必然要引起 X 的摄动，设 M 经过摄动后变为 M+Δ M，解 X 经过摄动后变为 X+Δ X，可以推知：（ 4）取 T2i =2 i+1 , 考虑到自扩散的影响，回波间隔不能太大，因此取Δ t=0.5ms ，最后求得 cond(A) ≈ 105，由（ 4）式可知当 M 因为存在噪声而存在一丝毫摄动时，都会引起 X 产生巨大的变化。因此，这是一个病态问题。为了解决这个病态问题 [9]，现利用奇异值分解法求解 ΔX 的最小二乘解 [7] ，这里的 ΔX 指的是真实解 X 与假定的已知解之差，并在求解时对 S 矩阵求逆的过程中引入阻尼系数 f 来使解稳定。引入阻尼系数 f 将原本对 S矩阵求逆的式子 Si(k,k)=1/S(k,k)变为 Si(k,k)=S （ k,k ） /(S(k,k)^2+f^2) ， Si是所求的近似逆矩阵。以下是解谱算法的主要步骤：（ 1）对矩阵 A 进行 SVD 分解，获得 U、V 和 S矩阵；（ 2）引 入 阻 尼 系 数 f ， 并 根 据 Sk ≦ S1/SNR 来 确 定 矩 阵 S的大小；（ SNR为信噪比）（ 3）对 S 求逆时引入 f ，得到近似逆矩阵 Si ；（ 4）设已知假定解初始值为 X0=0;（ 5）计算 Δ Mk=M-A*X k，k 是第 k 次迭代标号；（ 6）根据 M、 U、 V、 Si直接计算 ||A* ΔX k- ΔM k || 2 的最小二乘解 ΔX sk;（ 7）计算 X k+1=X k+ΔX sk ；（ 8）将 X k+1 中小于零的项都改为零，并重复第 4 项步骤，直到假定解 X k 所有元素都满足非负约束条件时，就将假定解 Xk 定为所要求取的反演解 X；（ 9）根据反演解 X 的每一个弛豫分量对应的 T2 值，得到 T2时间谱。5 结束语目前国内地面核磁共振方法中自旋回波信号的提取过程尚存在问题，而国际上也仅有美国和法国少数学者对此方向进行了理论探索。正因为自旋回波信号在地面核磁共振方法中的应用尚属空白，所以一旦该技术成功投入到实际应用中，其意义必将重大。而本文初步提出的反演算法依然存在不足之处，就是对去噪后的原始数据信噪比的要求非常高，在低信噪比的条件下可用奇异值数量十分有限，因此对于算法的改进还有待深入研究。参考文献：[1] 王鹏 , 李振宇 . 地面核磁共振 - 垂向电测深组合找水模式 [J].地质科技情报 ,2006(03):105-108.[2] 熊国欣 , 李立本 . 核磁共振成像原理 [M]. 科学出版社 ,2007.[3]E.L.Hahn.Spin Echoes.PHYSICAL REVIEW,1950(04):580-594.[4] 吴云 . 磁性不均匀对 SNMR信号的影响及克服方法研究 [D]. 中国地质大学 ( 武汉 ),2013.[5] 于蕾. 利用 SE求取 SNMR T2时间方法研究 [D]. 中国地质大学 ( 武汉 ),2012.[6] 王才志 , 尚卫忠 . 应用奇异值分解算法的核磁共振测井解谱方法 [J]. 石油地球物理勘探 ,2003,38(01):91-94.[7] 姜瑞忠 , 姚彦平 , 苗盛等 . 核磁共振 T2 谱奇异值分解反演改进算法 [J]. 石油学报 ,2005,26(06):57 ～ 59.[8] 李 庆 谋 , 成 秋 明 . 分 形 奇 异 ( 特 征 ) 值 分 解 方 法 与 地 球物 理 和 地 球 化 学 异 常 重 建 [J]. 地 球 科 学 - 中 国 地 质 大 学 学报 ,2004,29(1):109 ～ 118.[9] 邓克俊 , 谢然红等. 核磁共振测井理论及应用 [M]. 山东省东营 :中国石油大学出版社 ,2010.（上接第 121 页）3 软件系统本系统软件包括上位机软件和单片机控制软件，单片机控制软件采用 C 语言，其软件子程序包括 GPRS 通信控制模块、 Si4432无线模块数据接收发送程序、光伏逆变控制程序， A/D采样程序，定时器中断程序等。上位机监控软件采用 VB， VB中含有串口通信控件 MSComm1，MSComm1 控件提供了两种处理通信的方式：事件驱动方式和查询方式。本系统采用事件驱动接收方式来接收数据。上下位机的通信协议采用 Modbus 协议，其格式如表 1 所示：地址码 功能码 数据个数 数据区 错误校验1 字节 1字节 1 字节 n 字节 CRC码 表 1 数据格式系统采用主从发送方式，主机发送命令至控制器，控制器接收到地址信息后判断是否是本机地址，如果是，则继续接收后面的数据，并根据功能码及相关要求返回相应的信息，如果不是，则不应答。4 结语用 GPRS模块和 Si4432无线数传模块实现了对光伏系统的远程监控，充分利用现有的、成熟无线通信网络，提高了系统的可靠性和开发成本。实验的结果表明：该系统通信稳定、传输距离远、可靠性高，基本满足了光伏系统远程监控的要求。参考文献 :[1] 吴桂林 , 郑建勇． RS485 上下位机多机通信网络系统设计 [J] ．微计算机信息 ,2008(12):112-113.[2] 朱建平 , 辛伊波 . 工业控制系统串行异步通信研究 [J]. 自动化仪表 ,2003(06):51-53.[3] 张筱文 , 郑建勇 . 光伏电站监控系统的设计 [J]. 电工电气 , 2010(09).[4] 吕世家 . 多模块并联 DC/AC电力变换技术研究 [D]. 哈尔滨工程大学 ,2010.广东省科技计划项目（ 2011B010100015 ）光伏逆变器监控系统设计作者： 王飞 ， 李先祥作者单位： 佛山科学技术学院 ,广东佛山 ,528000刊名： 山东工业技术英文刊名： Shandong Industrial Technology年，卷 (期 )： 2014(18)引用本文格式： 王飞 . 李先祥 光伏逆变器监控系统设计 [期刊论文] -山东工业技术 2014(18)