基于ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)的光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于光伏電站現(xiàn)場光照數(shù)據(jù)采集的遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)，尤其涉及一種使用ZigBee和TD-LTE技術(shù)的遠(yuǎn)距離光照數(shù)據(jù)和輸出功率采集傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電池板的運(yùn)行狀態(tài)是光伏電站穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，而光照更是影響電池板運(yùn)行效率的關(guān)鍵因素，功率是衡量電池板運(yùn)行效率的評判標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)有的中小型光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用光照傳感器結(jié)合WiFi (無線網(wǎng))、藍(lán)牙、以太網(wǎng)等方式組成局域網(wǎng)對光伏電站的光照數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)與GPRS技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸?shù)摹５菍τ诒O(jiān)控?cái)?shù)量多、范圍廣的光伏電站，WiF1、藍(lán)牙、以太網(wǎng)等技術(shù)就顯示出缺陷:如WiFi，其安全性低，穩(wěn)定性差，不適合用來傳輸精確且重要的光照參數(shù)；如藍(lán)牙，其最多傳輸距離達(dá)100m，對于大型的光伏電站顯然覆蓋不全面；而以太網(wǎng)需要通過包括同軸纜、雙絞線和光纖在內(nèi)的有線介質(zhì)，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(yùn)行成本。利用GPRS遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)是一種經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)傳輸方法，但傳輸?shù)男畔⒘啃。瑢τ谛枰粩嗟夭杉F(xiàn)場光照信息的較大光伏電站，利用GPRS會造成數(shù)據(jù)的丟失。
[0003]為了解決上述現(xiàn)有中小型光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，提出了使用ZigBee和GPRS的組合來進(jìn)行組網(wǎng)的適用于遠(yuǎn)距離大型光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)。ZigBee-GPRS組網(wǎng)包括ZigBee網(wǎng)絡(luò)、ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)采集光伏電站現(xiàn)場光照數(shù)據(jù)，通過ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)傳送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接到Internet網(wǎng)絡(luò)，然后再傳送到手機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。這種ZigBee-GPRS組網(wǎng)存在的問題是:首先，沒有充分考慮ZigBee網(wǎng)絡(luò)的有效組網(wǎng)，造成部分節(jié)點(diǎn)跳轉(zhuǎn)次數(shù)過多，導(dǎo)致信息的丟失；其次，選用GPRS來進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸不僅會因?yàn)镚PRS技術(shù)本身出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象，可靠性差，還會因?yàn)镚PRS技術(shù)存在轉(zhuǎn)接延時(shí)，導(dǎo)致實(shí)時(shí)性差，在光伏電池存在黑點(diǎn)需要緊急處理時(shí)，GPRS的延時(shí)會造成巨大的損失。
[0004]目前，TD-LTE(4G)技術(shù)憑借其頻譜利用率高、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單、QoS (服務(wù)質(zhì)量)機(jī)制等優(yōu)點(diǎn)逐漸被使用。TD-LTE技術(shù)包括MMO (多輸入/多輸出)技術(shù)、正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)、正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)以及載波聚合技術(shù)。MMO技術(shù)可以大幅提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率，從而獲得高數(shù)據(jù)傳輸速率；0FDM技術(shù)可以盡量消除碼間干擾，保證數(shù)據(jù)傳輸可靠；0FDMA技術(shù)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(shù)可以拓展系統(tǒng)帶寬，有利于提高數(shù)據(jù)傳輸率。如果將TD-LTE技術(shù)應(yīng)用于光伏電站的遠(yuǎn)程監(jiān)測可以有效傳輸光伏電站光照，溫度信息，實(shí)時(shí)性高，可靠性都到達(dá)最高水平。但是光伏電站占地面積廣，監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量巨大，TD-LTE無法實(shí)現(xiàn)對電站現(xiàn)場的監(jiān)測與數(shù)據(jù)傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有ZigBee-GPRS組網(wǎng)對遠(yuǎn)距離大型光伏電站的光照數(shù)據(jù)和輸出功率采集傳輸存在的問題，本發(fā)明提出一種基于ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)的光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合TD-LTE技術(shù)，在ZigBee有效組網(wǎng)下實(shí)現(xiàn)利用ZigBee與TD-LTE網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)ZigBee與4G網(wǎng)絡(luò)的連接的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大型光伏電站的光照、輸出功率的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)的光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是:包括ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)、4G網(wǎng)絡(luò)以及管理存儲端和移動端；ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)連接ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)，ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)連接4G網(wǎng)絡(luò)，4G網(wǎng)絡(luò)分別連接管理存儲端和移動端；ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)由ZigBee模塊、過渡層和TD-LTE模塊構(gòu)成，ZigBee模塊與ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)進(jìn)行拆分和重組，TD-LTE模塊對過渡層傳來的數(shù)據(jù)重新封裝，通過無線信號傳入4G網(wǎng)絡(luò)，4G網(wǎng)絡(luò)分別將光照和輸出功率數(shù)據(jù)傳送到管理存儲端和移動端。
[0007]ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)由多個終端、多個路由和一個協(xié)調(diào)器構(gòu)成，多個終端按照連續(xù)的正六邊形布置并且均裝在正六邊形的六個頂點(diǎn)處對應(yīng)的光伏電池板上，相鄰六邊形上的兩個頂點(diǎn)處共用一條無線鏈路和一個終端；在最靠近ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)的一個正六邊形的中心處設(shè)協(xié)調(diào)器和控制器，協(xié)調(diào)器設(shè)在控制器上，在其余的每個正六邊形的中心處設(shè)有一個路由，路由設(shè)在對應(yīng)的光伏電池板上；一個終端連接其所在的正六邊形中心處的一個路由，相鄰正六邊形上的兩個頂點(diǎn)處共用的終端隨機(jī)選擇連接其所在的正六邊形中心處的一個路由；每個路由都與周圍相鄰正六邊形中心處的路由相連，協(xié)調(diào)器除連接其所在的正六邊形頂點(diǎn)處的終端外還連接其周圍相鄰正六邊形中心處的路由；終端采集光伏電站現(xiàn)場的光照和輸出功率數(shù)據(jù)，路由傳輸由終端采集的光照和輸出功率數(shù)據(jù)。
[0008]ZigBee模塊由ZigBee物理層，ZigBee MAC層、ZigBee網(wǎng)絡(luò)層和ZigBee應(yīng)用層組成，ZigBee物理層根據(jù)光照和輸出功率的數(shù)據(jù)傳輸方向?qū)邮艿臄?shù)據(jù)進(jìn)行去除或添加ZigBee物理層分組頭，ZigBee MAC層根據(jù)光照和輸出功率數(shù)據(jù)傳輸方向?qū)邮艿臄?shù)據(jù)進(jìn)行去除或添加ZIgBee MAC層分組頭；ZigBee網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)光照和輸出功率數(shù)據(jù)傳輸方向?qū)邮艿臄?shù)據(jù)進(jìn)行去除或添加ZIgBee網(wǎng)絡(luò)層分組頭；ZigBee應(yīng)用層根據(jù)光照和輸出功率數(shù)據(jù)傳輸方向?qū)邮艿臄?shù)據(jù)進(jìn)行去除或添加ZIgBee網(wǎng)絡(luò)層分組頭；ZigBee物理層與過渡層通過串口進(jìn)行連接；TD-LTE模塊由TD-LTE物理層、TD-LTE數(shù)據(jù)鏈路層和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)層組成，過渡層通過串口與TD-LTE物理層連接，TD-LTE物理層根據(jù)光照和輸出功率數(shù)據(jù)輸方向?qū)邮艿臄?shù)據(jù)進(jìn)行去除或添加TD-LTE物理層分組頭；TD-LTE數(shù)據(jù)鏈路層根據(jù)光照和輸出功率數(shù)據(jù)傳輸方向?qū)邮艿臄?shù)據(jù)進(jìn)行去除或添加TD-LTE數(shù)據(jù)鏈路層分組頭；TD-LTE網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)光照和輸出功率數(shù)據(jù)傳輸方向?qū)邮艿臄?shù)據(jù)進(jìn)行去除或添加TD-LTE網(wǎng)絡(luò)層分組頭O
[0009]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的優(yōu)點(diǎn)是:
1、本發(fā)明將TD-LTE技術(shù)與ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量多的優(yōu)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，再結(jié)合TD-LTE技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)高可靠性、高實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)，較好地適應(yīng)遠(yuǎn)距離大型光伏電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控要求。相對于GPRS技術(shù)，TD-LTE采用扁平網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，頻譜利用率高，對功控要求低，易于規(guī)劃。
[0010]2、本發(fā)明采用ZigBee與TD-LTE技術(shù)組建光伏電站遠(yuǎn)程光照數(shù)據(jù)、電池板輸出功率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，按照光照、輸出功率數(shù)據(jù)傳輸要求實(shí)現(xiàn)光伏電站對光照、輸出功率連續(xù)記錄、存檔以及對異?，F(xiàn)象的及時(shí)處理功能。
[0011]3、本發(fā)明采用ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)的對接，將由ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集的光照和輸出功率數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦I(yè)機(jī)及移動端，提高了實(shí)時(shí)性，降低了成本。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明基于ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)的光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接框圖；
圖2是圖1中ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)放大圖。
[0013]圖中:1.終端；2.路由；3.協(xié)調(diào)器；4.控制器；5.ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)；6.ZigBee模塊；8.TD-LTE模塊；9.4G網(wǎng)絡(luò)；11.光伏電池板；12.管理存儲端；13.移動端；31.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)；50.過渡層；51.ZigBee物理層；52.ZigBee MAC層；53.ZigBee網(wǎng)絡(luò)層；54.ZigBee應(yīng)用層；55.TD-LTE物理層；56.TD-LTE數(shù)據(jù)鏈路層；57.TD-LTE網(wǎng)絡(luò)層。
【具體實(shí)施方式】
[0014]參見圖1，光伏電站的光伏電池板11布置在連續(xù)的正六邊形的六個頂點(diǎn)處，且相鄰六邊形上的兩個頂點(diǎn)處共用一條無線鏈路和光伏電池板11。
[0015]本發(fā)明包括ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)31、ZigBee/TD_LTE網(wǎng)關(guān)5、4G網(wǎng)絡(luò)9以及管理存儲端12和移動端13。其中，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)31連接ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)5,ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)5連接4G網(wǎng)絡(luò)9，4G網(wǎng)絡(luò)9分別連接管理存儲端12和移動端13。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)31由多個終端1、多個路由2和一個協(xié)調(diào)器3構(gòu)成，多個終端I按照連續(xù)的正六邊形布置并且均安裝在正六邊形的六個頂點(diǎn)處對應(yīng)的光伏電池板11上，相鄰六邊形上的兩個頂點(diǎn)處共用一條無線鏈路和一個終端I。
[0016]在最靠近ZigBee/TD-LTE網(wǎng)關(guān)5的一個正六邊形的中心處安裝協(xié)調(diào)器