一 引言
獨立運行的光伏電站一般由光電池陣列、充電控制器、蓄電池組、逆變器以及交流控制器組成。其中充電控制器、逆變器、交流控制器通常具備運行數據顯示功能，能夠通過其本身的數字儀表顯示實時的光電池陣列電壓、光電池充電電流、蓄電池電壓等重要的電站運行數據。但是，由于設備本身功能的局限，此類設備不能夠對電站的運行數據進行統計、處理以及長時間的存儲。而電站日常的運行數據對于電站系統的管理，設備的維護，以及今后的科研分析具有重要的參考價值。鑒于此，本文介紹了一種采用工業領域業已成熟的組態軟件技術，分布式數據采集模式的電站數據監測系統的設計方法與實現過程。
二 分布式數據采集模式
對于獨立運行的光伏電站系統，需要監測的數據有太陽輻射量、光電池充電電壓及電流、蓄電池電壓及溫度、逆變器輸入/輸出電壓及電流、控制室溫度等。由于采集參數的多樣性和分散性，系統采用了分布式數據采集的結構模式。所謂分布式數據采集，就是利用電量隔離變送器、溫度傳感器、太陽輻射測量儀等設備就近分散采集現場數據，通過智能數據采集模塊的RS-485串行數據總線技術將采集到的數據傳送至監測計算機進行集中的數據統計和處理。智能數據采集模塊中設有獨立的中央處理模塊，可以在現場對采集的信號進行數字濾波和簡單的數據處理，然后通過RS-485數據總線將處理后的數據傳送至監測計算機，監測計算機負責將各個現場的數據進行匯總和處理。
三 系統硬件設計與選型
光伏電站數據監測系統應同時滿足以下幾方面的要求：采集數據的精度要達到一定要求；數據采樣率滿足系統數據變化的要求；數據存儲應保證數據不丟失；現場顯示界面直觀、人性化；更重要的是，系統應具有較高的穩定性和可靠性。現代化的數據監測系統還要求具有遠程通訊、遠程瀏覽和訪問等功能。
目前在智能型數據監測系統中，廣泛使用的硬件控制單元主要有：PC機（工業控制計算機就是一種典型的PC機）、單片機、可編程控制器(PLC)和DSP。從國內外相關行業的應用來看，利用單片機、可編程控制器(PLC)和DSP開發的數據監測系統的主要不足之處在于：首先，這些控制器需要重新搭建外圍電路，開發周期相對較長；其次，即使開發出一套可行的數據采集系統，短時間內與市面上比較成熟的產品——數據采集卡在技術上仍存在一定的差距。而且，這樣的系統存在一個數據保存難的問題，因此，需要定期更換存儲設備。
基于本數據采集系統需要實現的功能，采用PC機作為智能型控制單元的設計方案較其它方案具有很明顯的優點:
1 對于現場維護人員，PC機的界面更直觀和人性化，這對于及時發現電站運行問題和調整電站運行狀態起到很好的指導作用。
2 使數據保存變得非常簡單，無需定期更換存儲設備。可以保存幾年、甚至幾十年的采集數據。
3 本系統需要實現數據的遠程通訊和數據的遠程瀏覽訪問，基于PC機的數據采集系統便于擴展外圍網絡功能。
鑒于以工業控制PC機作為數據采集與處理中心的優點，本系統最終選擇了液晶觸摸屏工業控制PC機、交/直流電量隔離傳感器、溫度傳感器、DC-DC電源、智能型數據轉換模塊等設備組成了可靠、穩定的數據采集系統。
四 基于MCGS的軟件設計
電站監測軟件系統是以工業控制組態軟件MCGS (Monitor and Control Generated System：監視與控制通用系統)的嵌入版本作為平臺設計開發的。該軟件是目前國內一款較為成熟的監控組態軟件，它是在借鑒國際同類產品的基礎上發展起來的，具有較高的起點，發展速度很快，在可靠性和穩定性方面，己接近于國際同類產品。MCGS可穩定運行于Windows98/2000/XP/NT操作系統之上，集動畫顯示、流程控制、數據采集、設備控制與輸出、網絡數據傳輸、雙機熱備、工程報表、數據與曲線等諸多強大功能于一身，并支持國內外眾多數據采集與輸出設備。
電站監測系統軟件的主要功能是數據采集、傳輸、處理、存儲和查詢。采集的主要參數是光伏組件及風力發電機輸出的電參數、累計電能、逆變器的輸入輸出參數、太陽輻射強度等信號。采集的數據經過數據處理后，加入數據庫中，以備查詢。可實時顯示現場的運行數據，進入各個監測界面，點擊功能控制鍵，可查看數據趨勢曲線、查詢歷史數據等操作，并生成數據報表。若外接打印機，可打印指定的報表。監測軟件還設計了網絡監測功能，采用上位機和下位機之間的點對點的通信方式，實現系統的遠程監測。
電站監測系統設計有以下主要功能：
1 通信管理：系統自動與各數據采集模塊建立通信連接，并具有通信中斷后自動重連接功能；
2 監測功能：可以實時監測電站的運行數據，包括太陽電池組件的電參數、累計電能、太陽輻射強度、風速等參數；
3 繪制曲線: 可以繪制每天的太陽輻射強度曲線、風速變化曲線、光電池發電參數曲線、逆變器的電壓一電流曲線、功率一時間曲線；
4 數據管理: 包括歷史數據存儲、數據導出、生成日報表、月報表和年度報表等；
5 密碼管理: 系統采用二級密碼管理，系統管理員擁有最高管理權。
程序界面的設計以圖象直觀，操作方便以及交互性強為原則，使用戶通過監測程序可以準確、直觀地掌握電站當前的運行情況，同時能夠方便地查詢到電站運行的各種歷史數據。程序界面的整體結構由主界面展開，分成若干個次級界面，每個界面均設計有跳轉鏈接，可以使用戶方便地跳轉到各個頁面。軟件開始運行后即可進入程序主界面，主界面設計有項目中兩個電站遠程監測系統的鏈接，通過鼠標點擊可分別進入相應系統的監測程序。
五 結論
隨著我國獨立及并網光伏發電系統的深入研究與示范建設，必將會促進與之相配套的電站數據監測技術的發展。希望本文提出的基于工業控制組態軟件MCGS，采用分布式數據采集模式的光伏電站監測系統，能夠為此類光伏發電監測系統的研究與建設提供有益的借鑒與參考。
