[實用新型]基于ZigBee/TD-LTE網關的光伏電站智能監控系統

有效

• 申請號: 201520159122.5
• 申請日: 2015-03-20
• 公開（公告）號: CN204536873U
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: 丁書玲;朱熀秋;黃磊;王尋;馮驛棋
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本實用新型涉及用于光伏電站現場光照數據采集的遠距離傳輸系統，尤其涉及一種使用ZigBee和TD-LTE技術的遠距離光照數據和輸出功率采集傳輸系統。

背景技術

太陽能電池板的運行狀態是光伏電站穩定運行的重要指標，而光照更是影響電池板運行效率的關鍵因素，功率是衡量電池板運行效率的評判標準。現有的中小型光伏電站監控系統普遍采用光照傳感器結合WiFi（無線網）、藍牙、以太網等方式組成局域網對光伏電站的光照數據進行監控，同時與GPRS技術相結合實現數據的遠程傳輸的。但是對于監控數量多、范圍廣的光伏電站，WiFi、藍牙、以太網等技術就顯示出缺陷：如WiFi，其安全性低，穩定性差，不適合用來傳輸精確且重要的光照參數；如藍牙，其最多傳輸距離達100m，對于大型的光伏電站顯然覆蓋不全面；而以太網需要通過包括同軸纜、雙絞線和光纖在內的有線介質，對于大范圍的光伏電站布線，需要消耗大量的人力和物力，顯然增加了光伏電站的運行成本。利用GPRS遠程傳輸數據是一種經濟的數據傳輸方法，但傳輸的信息量小，對于需要不斷地采集現場光照信息的較大光伏電站，利用GPRS會造成數據的丟失。

為了解決上述現有中小型光伏電站監控系統存在的問題，提出了使用ZigBee和GPRS的組合來進行組網的適用于遠距離大型光伏電站的監控系統。ZigBee-GPRS組網包括ZigBee網絡、ZigBee-GPRS網關、GPRS網絡、Internet網絡、手機和遠程監控中心，通過ZigBee無線網絡采集光伏電站現場光照數據，通過ZigBee-GPRS網關傳送到GPRS網絡，再通過GPRS網絡轉接到Internet網絡，然后再傳送到手機和遠程監控中心。這種ZigBee-GPRS組網存在的問題是：首先，沒有充分考慮ZigBee網絡的有效組網，造成部分節點跳轉次數過多，導致信息的丟失；其次，選用GPRS來進行數據的遠程傳輸不僅會因為GPRS技術本身出現數據包丟失的現象，可靠性差，還會因為GPRS技術存在轉接延時，導致實時性差，在光伏電池存在黑點需要緊急處理時，GPRS的延時會造成巨大的損失。

目前，TD-LTE(4G)技術憑借其頻譜利用率高、網絡架構簡單、QoS（服務質量）機制等優點逐漸被使用。TD-LTE技術包括MIMO（多輸入/多輸出）技術、正交頻分復用（OFDM）技術、正交頻分多址（OFDMA）技術以及載波聚合技術。MIMO技術可以大幅提高系統容量和頻譜利用率，從而獲得高數據傳輸速率；OFDM技術可以盡量消除碼間干擾，保證數據傳輸可靠；OFDMA技術保證了頻譜資源用戶的正交性，保證用戶間的無干擾；載波聚合技術可以拓展系統帶寬，有利于提高數據傳輸率。如果將TD-LTE技術應用于光伏電站的遠程監測可以有效傳輸光伏電站光照,溫度信息，實時性高，可靠性都到達最高水平。但是光伏電站占地面積廣，監測點數量巨大，TD-LTE無法實現對電站現場的監測與數據傳輸。

發明內容

針對現有ZigBee-GPRS組網對遠距離大型光伏電站的光照數據和輸出功率采集傳輸存在的問題，本實用新型提出一種基于ZigBee/TD-LTE網關的光伏電站智能監控系統，結合TD-LTE技術，在ZigBee有效組網下利用ZigBee與TD-LTE網關進行協議轉換從而實現ZigBee與4G網絡的連接，實現大型光伏電站的光照、輸出功率的遠程智能監控。

為實現上述目的，本實用新型基于ZigBee/TD-LTE網關的光伏電站智能監控系統采用的技術方案是：包括ZigBee無線網絡、ZigBee/TD-LTE網關、?4G網絡以及管理存儲端和移動端；ZigBee無線網絡連接ZigBee/TD-LTE網關，ZigBee/TD-LTE網關連接4G網絡，4G網絡分別連接管理存儲端和移動端；ZigBee/TD-LTE網關由?ZigBee模塊、過渡層和TD-LTE模塊構成，ZigBee模塊與ZigBee無線網絡通過無線通信傳輸光照與輸出功率信息，ZigBee模塊與過渡層通過串口連接，過渡層與TD-LTE模塊通過串口連接；過渡層對由ZigBee模塊處理后的數據進行拆分和重組，TD-LTE模塊對過渡層傳來的數據重新封裝，通過無線信號傳入4G網絡，4G網絡分別將光照和輸出功率數據傳送到管理存儲端和移動端。