光伏电站实时气象数据采集系统设计

随着国民经济的迅猛发展,能源短缺的现象越来越严重。新型绿色能源越来越得到关注，如核电、风能、太阳能等，其中太阳能是一种干净的、取之不尽用之不竭的可再生能源。太阳能光伏发电以其独特的优点而得到广泛关注。但光伏发电也有着随机性、间歇性、发电量与气候条件有关、能量密度较低等特点。因此,加强光伏电场的实时气象数据釆集，提高太阳能输出功率预测的准确性,提高电网运行的可靠性和安全性，对于推动光伏发电产业的良性发展，有着十分重要的意义，因此，设计一种光伏电站实时气象数据采集系统势在必行。

1  光伏电站实时气象数据采集系统

1.1  系统组成与工作原理

光伏电站实时气象数据采集系统主要由中心站和分布于光伏电站的气象数据釆集子站组成。其系统组成见图1所示。

光伏电站气象数据采集子站采用模块化设计,主要包括电源模块、数据处理模块、远程通信模块、传感器接入模块等。其中电源模块提供系统工作的各类电源;远程通信模块负责数据和图像的远程传输;传感器接入模块提供各类气象传感器的接入;数据处理模块负责系统的统一管理，包括数据的采集/存储、气象资料分析和统计、参数设置、本地数据显示、USB存储管理等。

中心站具有平台数据采集接收软件，可接收各个站点的实时数据,并可实现远程的采集程序的更新、数据招测、系统校时等功能。

通信方式上，可以釆用有线电话拨号网络、光纤和无线GSM、GPRS、CDMA、VHF、北斗卫星等多种方式。一般建议采用无线GPRS和光纤这两种实时数据传输方式，两种方式各有其优缺点，采用哪种方式可依据各自现场的具体情况而定。

1.2 系统主要功能

采集子站主要负责实时自动采集当地总辐射、直接辐射、反射辐射、散射辐射和紫外辐射以及当地的风速、风向、环境温度、环境湿度、气压、组件温度等参数，并进行运算、处理、工程量转换，对每次测量的数据进行存储，并按约定的格式发送数据到中心站。中心站可以设置在当地调度决策等相关部门，主要负责定时读取和实时接收网络中的各数据采集子站的数据，并把这些数据汇总，统一存档，可以补要其中各子站的存储数据，设置各子站的数据采集器参数，同时实现数据显示、数据存储、编制报表等功能。

2  中心站功能软件设计

中心站主要功能是通信、存储、数据显示、査询、报表生成。为了保证数据的实时传输速度，中心站计算机应尽量采用高性能的计算机，并尽量避免在该计算机上运行其他程序，从而保证数据接收的稳定性。

中心站一般应具有以下主要特点：

(1) 数据采集采用多线程，每个串行通讯端口分别占用一个线程，这样，某一线程发生故障，就不会影响其他线程的采集；

(2) 具有本地ACSCESS数据库，可脱离平台数据库独立运行，历史数据保存时间长短可任意设定，并可自动删除过期数据；

(3) 采用模块化设计，可支持多信道釆集和多种通讯协议，且可以通过DLL(动态链接库)任意扩展信道和协议。目前支持VHF(超短波)、PSTN、GSM(短信)、BEIDOU(北斗卫星)、GPRS、CDMA等常用信道的数据采集；

(4) 运行参数可在线配置，修改任何配置不需要重启程序。

(5) 采用集成化监视界面，可査看信道状况及原始来报码、采集子站当前来数实时信息、采集子站历史数据，运行参数配置等；

(6) 支持对远程遥测釆集子站(RTU)进行数据召测、校时，远程编程修改工作参数。

系统中的中心站数据流程如图2所示。

3  气象数据釆集子站设计

整套气象数据釆集子站由数据采集器、气象传感器、通信终端设备、太阳能电池板、蓄电池、设备机箱、三角塔支架等组成。其中数据采集器、气压传感器、通信终端设备等均一体化集成在设备机箱内，风速计、温湿度计、辐射计安装在三角塔支架上。

数据采集子站以支架方式安装于各光伏电站，可实时测量各气象要素，并通过无线或有线方式与中心站通信，其主要技术指标见表1所示。

数据采集和处理方法：

(1) 气压的测量是由数据采集器主动发起的，遵循的是SDI-12协议进行数据采样，采样频率6次/min,即每10s进行一次采样，数据采集器将对每分钟内采样的6个数值样本进行统计，去掉一个最大值和一个最小值，用余下的4个样本值求出算术平均值，该值即为该分钟的观测值，并作为瞬时值；

(2) 辐射计、温湿度计是模拟量的输出，它们的数据采样和统计方法与测量气压的方法相同；

(3) 由于风速、风向在时间和空间上变化较大，其采样速率为1次/s,然后求5min平均值；

(4) 存储:每整5min存储一次；

(5) 供电采用蓄电池加太阳能电池板或市电浮充方式。当釆用自报式工作体制时，子站系统可保证连续15天无日照或市电连续停电15天正常工作。

4  结语

本文介绍的光伏电站实时气象数据釆集系统目前已在多个现场应用，实际使用证明，该系统运行稳定、数据釆集可靠，设计符合国家标准，可以真实、实时地反映场区气象状况,并为光伏发电输出功率的预测提供场区气象实时数据，是风光储联合发电系统微观选址、联合发电超短期功率预测、数值天气预报模型优化、预测误差与置信区间评估、预测模型校订的基础，具有广阔的应用前景。