挑戰(zhàn)：以低的成本在短時間內(nèi)構(gòu)建一個自定義的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng),，能夠使用多種測量設(shè)備評估并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的性能和特性。

　　解決方案：使用開放式的NILabVIEW軟件平臺設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)和專用接口軟件,，將多個測量設(shè)備的輸出通過串行接口輸入到PXI系統(tǒng),，同時使用現(xiàn)成的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）函數(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C，提供不同測量結(jié)果的實(shí)時顯示,。

　　“整套設(shè)備的核心是NIPXI-8184實(shí)時控制器,，它提供了數(shù)據(jù)存儲功能、有著極高的系統(tǒng)可靠性,、緊湊性,、堅固性和方便的可配置性。”

　　2007年,，新加坡政府投入3.5億新加坡元用于將城市改造為全球清潔能源樞紐,，重點(diǎn)是開發(fā)太陽能。為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo),，新加坡政府和經(jīng)濟(jì)發(fā)展局下屬的清潔能源研究與實(shí)驗(yàn)計劃（CERT）制定了多項措施,。為此,，我們開設(shè)了含有五種不同光伏面板的太陽能科技中心，功率總計達(dá)14.2kW,。中心用于展示不同的并網(wǎng)光伏系統(tǒng),，并作為研究熱帶氣候條件下不同光伏模塊長時間運(yùn)行的性能和特性的測試實(shí)驗(yàn)中心。

　　為了研究這些光伏模塊的性能和特性,，我們請來自電子工程部門的一支團(tuán)隊,，以低成本在短時間內(nèi)構(gòu)建能夠測量待測光伏陣列不同參數(shù)和實(shí)際氣候條件的自定義實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。

　　團(tuán)隊使用LabVIEW軟件進(jìn)行開發(fā),，因?yàn)樗峁┝碎_放式的開發(fā)平臺,、多功能性以及獨(dú)創(chuàng)的圖形用戶界面。軟件允許他們快速開發(fā)非標(biāo)準(zhǔn)的Modbus串行通信協(xié)議,，它是將多個測量設(shè)備輸出傳送到PXI實(shí)時控制器系統(tǒng)的關(guān)鍵接口,。之后，使用UDP通信函數(shù),，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C用于實(shí)時顯示,、分析和存儲。

　　光伏系統(tǒng)測量儀器

　　整套設(shè)備的核心是NIPXI-8184實(shí)時控制器,，它提供了數(shù)據(jù)存儲功能,、有著極高的系統(tǒng)可靠性、緊湊性,、堅固性和方便的可配置性,。軟件的開發(fā)是基于LabVIEW和LabVIEW實(shí)時模塊進(jìn)行的。PV測量與監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示,。

圖1：PV測量與監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

　　開發(fā)Modbus串行通信功能

　　天氣監(jiān)測系統(tǒng)由七個測量參數(shù)組成,，包括全球太陽輻照度、散射太陽輻照度,、溫度、濕度,、風(fēng)速,、風(fēng)向和降雨量。光伏監(jiān)測系統(tǒng)的測量參數(shù)包含直流電壓,、直流電流和面板溫度,。交流電源和功率發(fā)生使用電子功率計采集。此外,，總共有22個測量數(shù)據(jù)點(diǎn)是從測量儀器和五個電子功率計采集的,，總計23個測量值。為了能夠處理多種測量數(shù)據(jù),，并且最小化設(shè)備和PXI控制器之間的連線,，我們使用串行接口,。

　　團(tuán)隊使用Modbus遠(yuǎn)程終端單元（RTU），它是開放式的串行（RS232或RS485）協(xié)議,，提供通過網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備之間的主/從通信,。它使用簡單、可靠,、成本低,，并且能夠交換二進(jìn)制格式的數(shù)據(jù)，從而提高了吞吐量,。但是,，每個Modubs設(shè)備制造商都用不同的函數(shù)代碼、數(shù)據(jù)格式和循環(huán)冗余驗(yàn)證（CRC）代碼實(shí)現(xiàn)這個協(xié)議,。因此,，開發(fā)Modbus驅(qū)動程序從而允許用戶根據(jù)不同制造商的要求修改協(xié)議的實(shí)現(xiàn)是必要的。

　　由于LabVIEW提供了虛擬儀器軟件架構(gòu)（VISA）串行函數(shù),，因此設(shè)計程序在這些設(shè)備之間進(jìn)行通信是簡單的,。此外，由于提供了數(shù)據(jù)操作函數(shù),，例如分割數(shù)字,、帶進(jìn)位右移、交換字節(jié),、類型轉(zhuǎn)換等,，我們可以方便地使用對應(yīng)的函數(shù)代碼、數(shù)據(jù)格式和CRC錯誤驗(yàn)證算法實(shí)現(xiàn)Modbus消息結(jié)構(gòu),。這樣我們開發(fā)并測試了ModbusRTU接口程序,，并且能夠?yàn)椴煌圃焐痰脑O(shè)備工作。

　　從PXI實(shí)時控制器到PC的數(shù)據(jù)傳送

　　團(tuán)隊使用LabVIEW中的UDP函數(shù)將采集到的數(shù)據(jù)傳送到PC中,。UDP簡單,，方便，并能將消息同時廣播到多個地址的功能,。雖然它不保證可靠的數(shù)據(jù)傳送,，但是在這個系統(tǒng)中，這并不會造成什么影響,，因?yàn)樵撓到y(tǒng)只需要將數(shù)據(jù)以10s的時間間隔傳送到PC中即可,，所以即便丟失了一些數(shù)據(jù)點(diǎn)，也不會導(dǎo)致任何問題,。

 　　設(shè)計圖形化用戶界面

　　系統(tǒng)需求之一是提供顯示所有與監(jiān)測系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)以及太陽能技術(shù)中心設(shè)置有關(guān)的綜合信息,。LabVIEW中的選項卡控件為用戶提供了在單一應(yīng)用程序中放置所有信息而不讓用戶界面變得過于復(fù)雜的實(shí)用功能。

　　另一個挑戰(zhàn)是將不同測量數(shù)據(jù)顯示在圖表中。圖表讓用戶直觀地看到一個參數(shù)和另一個參數(shù)之間的關(guān)系,，以及任何參數(shù)的變化趨勢,。在任何一個時間點(diǎn)上有22個測量數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中包括天氣參數(shù),、光伏直流電壓和電流以及每個類型太陽能面板的面板溫度,。在一張圖表上列出所有數(shù)據(jù)是不可能的。這可以通過用程序方法控制圖表繪制加以解決,。程序的設(shè)計使用了項目選取以及圖表屬性節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn),。用戶可以在一個圖表中一次性查看多達(dá)四條數(shù)據(jù)曲線和測量參數(shù)。圖2顯示了用戶界面的截屏,。

圖2：用戶界面截屏

　　結(jié)論

　　LabVIEW幫助我們的團(tuán)隊在三個月內(nèi)快速開發(fā)了Modbus接口程序,，并且設(shè)計了富有信息量的優(yōu)秀用戶界面。使用NIPXI硬件確保了系統(tǒng)可靠性,，它自從2008年9月以來每周七天,，每天24小時不間斷運(yùn)行至今。我們團(tuán)隊的下一個任務(wù)是評估光伏系統(tǒng)性能,，包括評估光伏陣列效率,、能量發(fā)生關(guān)于氣候條件和模塊條件的關(guān)系。