本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是涉及監(jiān)控發(fā)電站的跟蹤系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源是社會繁榮和發(fā)展的驅(qū)動力量，人類的一切活動都離不開它。當(dāng)今人口的平均增長率正在對能源的需求不斷的施加壓力，自從1973年石油危機(jī)后，人們一直在尋求新能源技術(shù)的發(fā)展。太陽能、水能、風(fēng)能、潮汐能、生物能等可再生能源的利用被普遍看好，大規(guī)模的合理地使用可再生能源是消除煤炭、石油所帶來的負(fù)面作用的主要途徑。其中，太陽能是最重要的清潔能源，從能量的形成過程分析，地球上存在的其他形式的能源幾乎都是從太陽能轉(zhuǎn)化過來的。太陽能潔凈無污染、資源豐富，被公認(rèn)為最有效代替化石能源的新能源。

太陽能的直接利用主要分為兩個(gè)領(lǐng)域：太陽熱能和光伏發(fā)電。太陽熱能現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用，例如太陽能熱水器，其可以提供在一定條件下的局部供熱，但是這部分熱能轉(zhuǎn)換成可遠(yuǎn)傳的電能或者機(jī)械能的效率很低。光伏發(fā)電是一種通過將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電形式，主要是通過太陽能光電池進(jìn)行轉(zhuǎn)換。相比太陽熱能而言，光伏發(fā)電具有轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。雖然隨著光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，光伏發(fā)電的成本和電價(jià)也在不斷下降。但現(xiàn)有光伏發(fā)電技術(shù)依然存在投資成本較高的問題，其主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是電力轉(zhuǎn)換器效率較低；另一是控制系統(tǒng)成本和效能較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供監(jiān)控發(fā)電站的跟蹤系統(tǒng)，采用新型控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以低功耗、低成本實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電板的太陽光自動跟蹤功能，提高光伏發(fā)電效率；并對分散在不同區(qū)域的光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分布式遠(yuǎn)程監(jiān)控。

本發(fā)明的目的主要通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：監(jiān)控發(fā)電站的跟蹤系統(tǒng)，包括Zigbee設(shè)備、GPRS設(shè)備、與Zigbee設(shè)備連通的光伏發(fā)電裝置以及用于連通Zigbee設(shè)備和GPRS設(shè)備的Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)，所述Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)還連接有光信號變送器；

所述光伏發(fā)電裝置包括太陽能電池、與Zigbee設(shè)備連通的控制器、與控制器相連的儲能裝置、與控制器相連的逆變器；

所述光信號變送器包括用于實(shí)現(xiàn)光伏板物理旋轉(zhuǎn)和定位檢測的機(jī)械結(jié)構(gòu)和用于實(shí)現(xiàn)自動跟蹤算法、信號采集的控制板，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括光伏電板、定位傳感器模塊、旋轉(zhuǎn)平臺、橫縱步進(jìn)電機(jī)和縱軸步進(jìn)電機(jī)，所述控制板包括MCU模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊及通訊模塊。

本發(fā)明中，Zigbee是一種低成本、低功耗的短距離無線通訊技術(shù)，可以由一個(gè)到65000個(gè)Zigbee模塊組成。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)Zigbee模塊之間都可以實(shí)現(xiàn)相互通信，而且每個(gè)設(shè)備都可以通過路由器模塊進(jìn)行連接，因此Zigbee網(wǎng)絡(luò)具有非常好的連通性和擴(kuò)展性。通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)的連接，不僅可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光伏發(fā)電裝置的無線連接，而且允許設(shè)備在線自動加入網(wǎng)絡(luò)，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性，減少了人力資源的投入。GPRS設(shè)備是通用分組無線服務(wù)技術(shù)，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，只要遠(yuǎn)程終端具有GPRS或者Internet功能，就可以非常方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于其具有分布范圍廣和長期在線等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用在一些地理環(huán)境比較惡劣的地區(qū)，因此很好地解決了光伏發(fā)電系統(tǒng)的地理分布問題。光信號變送器獨(dú)立于光伏發(fā)電裝置，通過將光信號變送器獲得的光信號傳遞給Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)，然后通過Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)分發(fā)給其他光伏發(fā)電裝置，實(shí)現(xiàn)所有光伏發(fā)電裝置的太陽光自動跟蹤，這不僅大大降低了系統(tǒng)進(jìn)行自動跟蹤的成本和能耗，而且提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

光伏發(fā)電裝置中太陽能電池的輸出電壓隨著溫度的升高具有負(fù)特性，溫度每升高1度，硅太陽能電池的開路電壓就下降0.4%，輸出功率也將減少0.4%~0.5%；而且其輸出電壓又隨太陽光的角度變化而變化，當(dāng)太陽能電池板與光線成90度夾角時(shí)，其輸出電壓最大?？刂破髦饕刂菩铍姵氐某浞烹?，使其達(dá)到最佳實(shí)用狀態(tài)，因此可以說它是光伏發(fā)電裝置的核心。逆變器分為方波逆變器、階梯波逆變器以及正弦波逆變器，其主要是根據(jù)應(yīng)用的需求來產(chǎn)生不同特性的輸出信號。

本發(fā)明應(yīng)用時(shí)，光信號變送器通過當(dāng)?shù)氐奶栜壽E運(yùn)行規(guī)律和時(shí)鐘信息調(diào)整橫縱軸步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度、實(shí)時(shí)檢測太陽光強(qiáng)度信息，并保存旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)太陽光強(qiáng)度最大點(diǎn)的太陽光角度信息，將其作為各光伏發(fā)電裝置的控制角。具體地，定位傳感器模塊用于檢測橫軸步進(jìn)電機(jī)在橫軸方向的旋轉(zhuǎn)角度和縱軸步進(jìn)電機(jī)在縱軸方向的旋轉(zhuǎn)角度，其通過脈沖方式實(shí)現(xiàn)。橫軸步進(jìn)電機(jī)和縱軸步進(jìn)電機(jī)均是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移的數(shù)字式控制電機(jī)，在非超載的情況下，其的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，同時(shí)其只有周期性誤差而無累計(jì)誤差，因而精度高。MCU模塊用于實(shí)現(xiàn)雙軸步進(jìn)電機(jī)控制、電流采樣、定位傳感器模塊信號獲取和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，同時(shí)控制其他外設(shè)，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊則在MCU模塊的作用下用于橫軸步進(jìn)電機(jī)和縱軸步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制。光信號變送器將太陽光的強(qiáng)度和角度信號傳送給Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)用于下階段的控制，同時(shí)Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)將時(shí)鐘信息傳送至光信號變送器用于時(shí)鐘同步，將光信號通過Zigbee設(shè)備發(fā)送給網(wǎng)內(nèi)的光伏發(fā)電裝置，光伏發(fā)電裝置通過Zigbee子節(jié)點(diǎn)模塊接收來自Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的光信號數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對太陽光的自動跟蹤和工作參數(shù)反饋。

為實(shí)現(xiàn)MCU模塊的功能，進(jìn)一步地，所述MCU模塊為TMS320F28035DPS微處理器。

為實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊的功能，進(jìn)一步地，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊為TA8435步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。

為實(shí)現(xiàn)對控制板的編程，進(jìn)一步地，所述控制板還包括編程口，所述編程口連接有PC機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)光信號變送器與Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的連接，進(jìn)一步地，所述通訊模塊通過串行網(wǎng)絡(luò)與所述串行通訊模塊連接。

進(jìn)一步地，所述GPRS設(shè)備還連接有遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。本發(fā)明中，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控來自Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，并且同步各Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)。具有GPRS功能的其他設(shè)備，比如筆記本電腦等通過一定的系統(tǒng)認(rèn)證后也可以作為遠(yuǎn)程監(jiān)控中心接收來自Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明應(yīng)用時(shí)，Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將收集的各光伏發(fā)電裝置的工作參數(shù)和光信號變送器的工作參數(shù)反饋給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心用于系統(tǒng)監(jiān)控，而遠(yuǎn)程監(jiān)控中心也將同步各個(gè)Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的使用，進(jìn)一步地，所述控制器相連有直流負(fù)載，所述逆變器相連有交流負(fù)載。

本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明中，采用Zigbee設(shè)備與GPRS相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解決了一般光伏發(fā)電站地域分布特殊、監(jiān)控困難和布線易老化等問題，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)低成本、低功耗和高可維護(hù)性的實(shí)時(shí)監(jiān)控。將光信號變送器獨(dú)立于光伏發(fā)電裝置進(jìn)行光信號信息的單獨(dú)檢測，并通過Zigbee設(shè)備統(tǒng)一發(fā)送給各個(gè)光伏發(fā)電裝置進(jìn)行太陽光自動跟蹤，這靈活地解決了大規(guī)模光伏發(fā)電站進(jìn)行太陽光自動跟蹤時(shí)需要消耗大量能源和成本的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的監(jiān)控發(fā)電站的跟蹤系統(tǒng)一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的監(jiān)控發(fā)電站的跟蹤系統(tǒng)中光伏發(fā)電裝置一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述的監(jiān)控發(fā)電站的跟蹤系統(tǒng)中Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明所述的監(jiān)控發(fā)電站的跟蹤系統(tǒng)中光信號變送器一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

如圖1至圖4所示，監(jiān)控發(fā)電站的跟蹤系統(tǒng)，包括Zigbee設(shè)備、GPRS設(shè)備、與Zigbee設(shè)備連通的光伏發(fā)電裝置以及用于連通Zigbee設(shè)備和GPRS設(shè)備的Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)，所述Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)還連接有光信號變送器；

所述光伏發(fā)電裝置包括太陽能電池、與Zigbee設(shè)備連通的控制器、與控制器相連的儲能裝置、與控制器相連的逆變器；

所述Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)包括用于連接Zigbee設(shè)備的Zigbee模塊、與GPRS設(shè)備連接的GPRS模塊、與光信號變送器連接的串行通訊模塊及用于控制Zigbee模塊和GPRS模塊的處理器；

所述光信號變送器包括用于實(shí)現(xiàn)光伏板物理旋轉(zhuǎn)和定位檢測的機(jī)械結(jié)構(gòu)和用于實(shí)現(xiàn)自動跟蹤算法、信號采集的控制板，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括光伏電板、定位傳感器模塊、旋轉(zhuǎn)平臺、橫縱步進(jìn)電機(jī)和縱軸步進(jìn)電機(jī)，所述控制板包括MCU模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊及通訊模塊。

本實(shí)施例中，Zigbee是一種低成本、低功耗的短距離無線通訊技術(shù)，可以由一個(gè)到65000個(gè)Zigbee模塊組成。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)Zigbee模塊之間都可以實(shí)現(xiàn)相互通信，而且每個(gè)設(shè)備都可以通過路由器模塊進(jìn)行連接，因此Zigbee網(wǎng)絡(luò)具有非常好的連通性和擴(kuò)展性。通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)的連接，不僅可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光伏發(fā)電裝置的無線連接，而且允許設(shè)備在線自動加入網(wǎng)絡(luò)，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性，減少了人力資源的投入。GPRS設(shè)備是通用分組無線服務(wù)技術(shù)，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，只要遠(yuǎn)程終端具有GPRS或者Internet功能，就可以非常方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于其具有分布范圍廣和長期在線等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用在一些地理環(huán)境比較惡劣的地區(qū)，因此很好地解決了光伏發(fā)電系統(tǒng)的地理分布問題。光信號變送器獨(dú)立于光伏發(fā)電裝置，通過將光信號變送器獲得的光信號傳遞給Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)，然后通過Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)分發(fā)給其他光伏發(fā)電裝置，實(shí)現(xiàn)所有光伏發(fā)電裝置的太陽光自動跟蹤，這不僅大大降低了系統(tǒng)進(jìn)行自動跟蹤的成本和能耗，而且提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

光伏發(fā)電裝置中太陽能電池的輸出電壓隨著溫度的升高具有負(fù)特性，溫度每升高1度，硅太陽能電池的開路電壓就下降0.4%，輸出功率也將減少0.4%~0.5%；而且其輸出電壓又隨太陽光的角度變化而變化，當(dāng)太陽能電池板與光線成90度夾角時(shí)，其輸出電壓最大?？刂破髦饕刂菩铍姵氐某浞烹姡蛊溥_(dá)到最佳實(shí)用狀態(tài)，因此可以說它是光伏發(fā)電裝置的核心。逆變器分為方波逆變器、階梯波逆變器以及正弦波逆變器，其主要是根據(jù)應(yīng)用的需求來產(chǎn)生不同特性的輸出信號。

本實(shí)施例應(yīng)用時(shí)，光信號變送器通過當(dāng)?shù)氐奶栜壽E運(yùn)行規(guī)律和時(shí)鐘信息調(diào)整橫縱軸步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度、實(shí)時(shí)檢測太陽光強(qiáng)度信息，并保存旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)太陽光強(qiáng)度最大點(diǎn)的太陽光角度信息，將其作為各光伏發(fā)電裝置的控制角。具體地，定位傳感器模塊用于檢測橫軸步進(jìn)電機(jī)在橫軸方向的旋轉(zhuǎn)角度和縱軸步進(jìn)電機(jī)在縱軸方向的旋轉(zhuǎn)角度，其通過脈沖方式實(shí)現(xiàn)。橫軸步進(jìn)電機(jī)和縱軸步進(jìn)電機(jī)均是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移的數(shù)字式控制電機(jī)，在非超載的情況下，其的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，同時(shí)其只有周期性誤差而無累計(jì)誤差，因而精度高。MCU模塊用于實(shí)現(xiàn)雙軸步進(jìn)電機(jī)控制、電流采樣、定位傳感器模塊信號獲取和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，同時(shí)控制其他外設(shè)，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊則在MCU模塊的作用下用于橫軸步進(jìn)電機(jī)和縱軸步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制。光信號變送器將太陽光的強(qiáng)度和角度信號傳送給Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)用于下階段的控制，同時(shí)Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)將時(shí)鐘信息傳送至光信號變送器用于時(shí)鐘同步，將光信號通過Zigbee設(shè)備發(fā)送給網(wǎng)內(nèi)的光伏發(fā)電裝置，光伏發(fā)電裝置通過Zigbee子節(jié)點(diǎn)模塊接收來自Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的光信號數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對太陽光的自動跟蹤和工作參數(shù)反饋。

為實(shí)現(xiàn)MCU模塊的功能，優(yōu)選地，所述MCU模塊為TMS320F28035DPS微處理器。

為實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊的功能，優(yōu)選地，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊為TA8435步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。

為實(shí)現(xiàn)對控制板的編程，優(yōu)選地，所述控制板還包括編程口，所述編程口連接有PC機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)光信號變送器與Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的連接，優(yōu)選地，所述通訊模塊通過串行網(wǎng)絡(luò)與所述串行通訊模塊連接。

優(yōu)選地，所述GPRS設(shè)備還連接有遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。本發(fā)明中，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控來自Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，并且同步各Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)。具有GPRS功能的其他設(shè)備，比如筆記本電腦等通過一定的系統(tǒng)認(rèn)證后也可以作為遠(yuǎn)程監(jiān)控中心接收來自Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明應(yīng)用時(shí)，Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將收集的各光伏發(fā)電裝置的工作參數(shù)和光信號變送器的工作參數(shù)反饋給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心用于系統(tǒng)監(jiān)控，而遠(yuǎn)程監(jiān)控中心也將同步各個(gè)Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的使用，優(yōu)選地，所述控制器相連有直流負(fù)載，所述逆變器相連有交流負(fù)載。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案下得出的其他實(shí)施方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。