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湖北國聯(lián)計算機科技有限公司
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    物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)—太陽(yáng)能發(fā)電集中管理與控制系統
    來(lái)源:荊州網(wǎng)站建設 時(shí)間:2017-03-27

    2016年12月,湖北國菱計算機科技有限公司,承接了聚友科技的單片機系統開(kāi)發(fā)。公司物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)組歷時(shí)數十天,成功為客戶(hù)定制開(kāi)發(fā)了一套太陽(yáng)能發(fā)電集中管理與控制系統。


    一、控制系統的組成


    本控制系統主要由發(fā)電系統控制單元、MCU(微型控制單元)、MCU集中管理服務(wù)器和客戶(hù)端使用APP四個(gè)部分組成。


    發(fā)電系統控制單元負責太陽(yáng)能模組輸入輸出狀態(tài)的監控和設置。且能夠將自身采集的數據發(fā)送給MCU單片機控制芯片,并能接收控制芯片的遠程指令。


    MCU(微型控制單元)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與遠程云端服務(wù)器進(jìn)行通訊。


    MCU管理服務(wù)器能夠統計多終端的數據并記錄,同時(shí)負責與控制芯片和客戶(hù)端APP的通訊和數據傳遞。


    客戶(hù)端APP主要為方便用戶(hù)能夠便捷的、具有邏輯權限的遠程操作控制系統。


    以下為發(fā)電系統控制單元基本狀態(tài)說(shuō)明:


    二、主要功能


    2.1 概述


    本管理與控制系統主要利用帶網(wǎng)絡(luò )模塊的MCU,通過(guò)串口與發(fā)電系統控制單元進(jìn)行數據的交互,實(shí)現數據采集、數據同步、數據發(fā)送到云端、云端傳送控制指令的功能。云端由一臺或若干臺公網(wǎng)服務(wù)器運行,負責各控制系統的數據傳輸,并寫(xiě)入數據庫,并鑒定客戶(hù)端APP的權限,允許通過(guò)權限的APP訪(fǎng)問(wèn)其對應的控制單元和記錄數據統計,并進(jìn)行相應操作功能代碼的轉發(fā)和回顯??蛻?hù)端APP分為IOS(如需對公下載,需要額外添加蘋(píng)果商店的支持)和安卓?jì)蓚€(gè)平臺版本,主要功能為:注冊登錄、綁定設備、加載數據、統計報表及可擴展應用的接口。


    2.2 功能描述


    2.2.1 WiFi網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)配置


    本功能為本控制系統核心功能。采取廣播包含有效配置信息的WIFI信號,使終端模塊自動(dòng)拾取該信息并應用。實(shí)現超便捷的首次配置信息配置導入。解決了需要手動(dòng)輸入各校驗參數、設備碼、驗證碼、網(wǎng)絡(luò )配置參數等的復雜步驟。充分體現了互聯(lián)網(wǎng)便捷易用的懶人思維。


    2.2.2數據采集


    當控制系統正常工作時(shí),會(huì )以一定頻率(如3次/秒)的速度,采集工況數據,并發(fā)送給指定的云端服務(wù)器,服務(wù)器收到有效數據進(jìn)行處理,并記錄到數據庫內,方便客戶(hù)端統計和操作。


    2.2.3 設置參數


    客戶(hù)端可以自定義發(fā)電系統的各項參數,如各電壓的設置(精確到毫伏)、電流的設置(精確到毫安)、工作模式的選擇及發(fā)電系統的遠程重啟等。方便使用者直接利用互聯(lián)網(wǎng)連接,進(jìn)行遠程設置。


    2.2.4 二維碼


    為方便新增使用者的使用,并考慮到新型、科技、便捷、節約、快速的目的。本系統在終端發(fā)電系統控制單元加入掃一掃二維碼功能,使用者僅需打開(kāi)手機,掃二維碼即可下載管理軟件,然后進(jìn)行設備的綁定操作。節約了大量打印設備碼、更新APP下載地址、設備粘貼設備碼等的物料、工序和時(shí)間。


    三、手機終端APP使用說(shuō)明


    3.1.1 登錄界面


    已注冊用戶(hù)可以直接輸入賬號密碼進(jìn)行登錄,未注冊用戶(hù)需先點(diǎn)擊注冊按鈕進(jìn)行注冊,然后繼續進(jìn)行登錄操作。    


    3.1.2 注冊界面


    已注冊用戶(hù)可以直接輸入賬號密碼進(jìn)行登錄,未注冊用戶(hù)需先點(diǎn)擊注冊按鈕進(jìn)行注冊,然后繼續進(jìn)行登錄操作。

    3.1.3 設備列表


    此界面為主窗口界面。在此功能狀態(tài)下,可以查詢(xún)已綁定的設備,并添加需要新增的設備。同時(shí)可以進(jìn)行設備的初始化設置操作。


    3.1.4 設備實(shí)時(shí)數據


    實(shí)時(shí)數據功能可以查詢(xún)當前設備的工況數據。

       

    3.1.5 設備控制


    修改工作模式、各電壓電流參數自定義等。

    附1: MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤系統說(shuō)明書(shū)


    一、主要部件


    1.1 主要部件構成


    太陽(yáng)能發(fā)電系統主要由太陽(yáng)能電池模組、傳輸線(xiàn)路、智能工頻逆變器、蓄電池組和電網(wǎng)并網(wǎng)設施組成。而MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤系統管理以上設備,通過(guò)調節逆變器參數,實(shí)現最大化功率的需求。


    1.2 電源管理模塊


    眾所周知,不同的電池、電池模組提供的電壓、電量以及充放電的電流均不一樣。故需要電源管理模塊應具有可適應性,能夠有效的保護電池、能承受不穩定因素沖擊等。


    本電源管理部分,采取云端可選項,進(jìn)行不同電池模組的選擇,詳細功能見(jiàn)3.1.4頁(yè)。同時(shí)太陽(yáng)能發(fā)電不穩定,為能保證電量輸出最大功率,需要可調初級逆變后的電壓和輸出。本管理模塊已實(shí)現實(shí)時(shí)電壓、電流跟蹤,同時(shí)可以自定義初級逆變后的電壓。實(shí)現動(dòng)態(tài)功率跟蹤的功能。


    二、主要功能


    MPPT系統通過(guò)調節電氣模塊的工作狀態(tài),使光伏板能夠輸出更多電能的電氣系統能夠將太陽(yáng)能電池板發(fā)出的直流電有效地貯存在蓄電池中。實(shí)現效率的最大化。


    MPPT控制器主要功能:檢測主回路直流電壓及輸出電流,計算出太陽(yáng)能陣列的輸出功率,并實(shí)現對最大功率點(diǎn)的追蹤。擾動(dòng)電阻R和MOSFET串連在一起,在輸出電壓基本穩定的條件下,通過(guò)改變MOSFET占空比,來(lái)改變通過(guò)電阻的平均電流,因此產(chǎn)生了電流的擾動(dòng)。同時(shí),光伏電池的輸出電流電壓亦將隨之變化,通過(guò)測量擾動(dòng)前后光伏電池輸出功率和電壓的變化,以決定下一周期的擾動(dòng)方向,當擾動(dòng)方向正確時(shí)太陽(yáng)能光能板輸出功率增加,下周期繼續朝同一方向擾動(dòng),反之,朝反方向擾動(dòng),如此,反復進(jìn)行著(zhù)擾動(dòng)與觀(guān)察來(lái)使太陽(yáng)能光電板輸出達最大功率點(diǎn)。


    本控制系統可視化的實(shí)現了該功能的調節和監控。跟隨版本的更新,會(huì )逐步添加動(dòng)態(tài)跟蹤折線(xiàn)圖、電壓曲線(xiàn)圖、效率曲線(xiàn)圖等可視化功能。


    三、實(shí)例解析


    以典型光伏系統為例:.

    日照強度為1000W/㎡,U=24V,I=1A;U=30V,I=0.9A;U=36V,I=0.7A;

    可見(jiàn)30V的電壓下輸出功率最大。若電壓升高,則功率下降;若電壓下降至臨界點(diǎn),則可能整個(gè)系統停止工作。

    故MPPT通過(guò)穩定電壓在30V,達到最大的效率。

     

    附2:電池組均衡充放電系統說(shuō)明書(shū)


    一、本系統的產(chǎn)生背景


    由于電池組內單個(gè)電池單元(CELL)本身體質(zhì)區別,且在循環(huán)使用消耗,或者是電路阻抗等因素造成影響,長(cháng)此以往,彼此單元之間會(huì )產(chǎn)生差異,導致部分電池單元充電達到滿(mǎn)狀態(tài)時(shí),另外部分電池單元仍然沒(méi)有達到滿(mǎn)狀態(tài),而充電系統為保護所有電池不被過(guò)沖(主要針對鋰電池單元),將會(huì )終止整個(gè)電池組的充電。從而導致在電池組放點(diǎn)性能中,產(chǎn)生木桶效應,只釋放以最低狀態(tài)的電池為標準的電量。反過(guò)來(lái)放電系統工作狀態(tài)也是如此。


    以現在的主流電動(dòng)汽車(chē)電池組為例,其在儲蓄和釋放電量達不到標準后,均由人工進(jìn)行拆裝,然后手工利用設備和儀器對每一個(gè)電池單元進(jìn)行校準,浪費巨大人力物力的同時(shí),也存在比較大的人為誤差和拆裝折損。


    二、主要功能


    ①  制充電過(guò)程中的平衡,系統對充電環(huán)境中的每個(gè)電池單元一對一監控、監測,控制每個(gè)電池單元均達到自身的滿(mǎn)狀態(tài)。從而達到整個(gè)電池組儲蓄電量的最大化,同時(shí)降低所有電池單元的損耗,延長(cháng)其使用壽命。

    ②  控制放電過(guò)程中的平衡,實(shí)時(shí)監控每個(gè)電池單元的放電狀態(tài),當部分電池單元達到放電下限,則自動(dòng)停止其放電,所產(chǎn)生的電壓降由系統自動(dòng)進(jìn)行平衡,直到大量電池單元均已停止放電,整個(gè)系統放電暫停。


    以下為圖形具體表現:


    (圖一)


    圖一未采用均衡充放電系統,則當電池三在電量釋放完畢之后,將導致整個(gè)電池組停止供電。反之,充電結果類(lèi)似。

    (圖二)


    圖二為采用均衡充放電系統,如果電池三電量少于其他電池,則系統在電池三的電量釋放完畢之后,仍然進(jìn)行供電,直至所有電池均釋放完畢。反之,充電也會(huì )直至全部充滿(mǎn)為止。


    三、優(yōu)勢


    ① 長(cháng)電池使用壽命。

    ② 提高電池效率。

    ③ 降低人工維護成本。


    2017年6月,太陽(yáng)能控制器APP正式上線(xiàn)蘋(píng)果商店(Apple Store),實(shí)現可對公下載。



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