威綸通【WEINVIEW HMI應用】太陽能光伏并網逆變器
特變電工西安電氣科技有限公司 吳軍利 / 梁歡迎
摘要：近年來，隨著國內外大批的太陽能光伏電站的建立和并網發電，作為光伏發電的關鍵設備光伏并網逆變器具有廣闊的市場前景。
本文主要介紹WEINVIEW觸摸屏在太陽能光伏并網逆變器中的應用，在這個系統中，觸摸屏和逆變控制器通信，完成相關的數據采集，資料的保存，報警信息的登錄，圖文并茂顯示逆變器運行參數和實時狀態，并通過485或以太網和上位計算機進行遠程通訊，實現整個并網電站的實時監控和調配。
關鍵詞：光伏 逆變器 觸摸屏 DSP
Abstract：In recent years, with the large number of solar photovoltaic power plants establishing and grid connection generation at home and abroad , As the key equipment in PV power generation, photovoltaic grid-connected inverter has broad market prospect. The introduction in this paper focus on the application of WEINVIEW touch screen in photovoltaic grid-connected inverter. In this system, touch screen communicates with the microcontroller, and completes related data acquisition, information saving, alarm information loginning, and shows operating parameters and real-time status of inverter on the touch screen , Remote communication with the host computer through the RS485 or the Ethernet, At last to achieve real-time monitoring and deploy of the entire grid station.
Keywords: Photovoltaic Inverter Touch screen DSP
1 引言
隨著全球經濟的迅猛發展，各行業能耗加劇，石油、煤炭等傳統化石能源日趨枯竭。世界各國都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源改變人類的能源結構，維持長遠的可持續發展。在可再生能源中，太陽能以其獨有的優勢而成為人們關注的焦點。太陽能是取之不盡、用之不竭、無污染的綠色能源。世界各國都在投入巨資建設大規模的太陽能發電站。我國在光伏研究和產業方面也取得了較快的進展，2006年1月1日實施的《可再生能源法》，標志著太陽能發電已納入我國的能源發展規劃之中。根據2007年9月發布的《可再生能源中長期發展規劃》，2020年，我國太陽能發電設備累計裝機容量將達到2000MW 。
太陽能光伏并網逆變器是整個光伏發電系統中最為關鍵的設備之一，它是把太陽能電池板產生的直流電能轉換為交流電能的設備，運行過程中需要多個參數進行監測、計算、顯示、記錄、保存、報警等處理，需要和上位計算機、逆變控制器、無線GPRS模塊進行通訊，實現數據交換。本文主要講述WEINVIEW觸摸屏在太陽能光伏并網逆變器中的應用。
2 系統原理和方案設計
太陽能光伏并網逆變器是把太陽能電池板通過光伏效應產生的直流電能進行逆變，轉換成同電網同頻率、同相位的交流電，接入電網對外進行輸電。逆變器運行中要把測量的實時參數送給觸摸屏，進行顯示、記錄等操作，也可和上位機通訊進行遠程監控功能。系統結構圖如下圖所示：
圖1 系統結構圖
3 WEINVIEW畫面設計要求
本系統采用WEINVIEW MT8100I型號觸摸屏，高品質10寸寬屏設計，LED背光模組；采用400MHz RISC CPU，使運行速度更快；內置電源隔離保護器，提高了產品的抗干擾能力，適應復雜環境下運行；多種標準的通訊接口和網絡協議，方便用戶使用；大容量的數據存儲功能，并且可以直接存儲或備份到U盤、SD卡或上位機上，滿足逆變器運行過程中產生的海量數據信息。
3.1 觸摸屏主界面設計
主界面顯示逆變器運行的各種運行參數：PV電壓、PV電流、A、B、C三項交流電壓和電流、功率因數、電網頻率、輸出功率、日發電量、總發電量、CO2減排量等，逆變器運行狀態指示，實時時間，以及其他操作菜單。下圖分別是主界面的中英文顯示菜單。
圖2 觸摸屏主界面中文顯示
圖3 觸摸屏主界面英文顯示
3.2 功率曲線顯示功能設計
實時功率是逆變器運行中一個非常重要的參數，功率曲線圖反映逆變器運行的歷史運行情況和趨勢。逆變器功率曲線顯示由兩條宏指令完成：
A:逆變器運行的實時功率計算與存儲
功率計算宏指令1分鐘循環執行一次，計算三相輸出功率。根據當前時間計算出功率存儲的地址,把當前功率值保存在RW_A對應的地址中。 存儲地址=日*1440+時*60+分。每分鐘保存一次，功率數據占一個單元（功率數據保存是從0時開始的全天數據）。
B:功率曲線顯示
觸摸屏上功率曲線顯示，是通過XY曲線元件來實現。
XY曲線顯示宏指令如下：
macro_command main()
short i,add,add0,day
int z
i=3
SetData(i, "Local HMI", LW, 402, 1) //XY曲線顯示控制單元
i=720
SetData(i, "Local HMI", LW, 403, 1) //XY曲線顯示長度
for i=0 to 720 step 1
add=500+i
SetData(i, "Local HMI", LW, add, 1) //X軸資料賦值，從500單元開始,賦值0到720
next i
GetData(day, "Local HMI", LW, 9020, 1) //讀取當前日期
add=day*1440+360 //從早上6點開始，單元地址加6*60=360偏置量
for i=0 to 720 step 1
GetData(z, "Local HMI", RW_A, add, 1) //從RW_A讀取功率值
add=add+1
add1=i+1300 SetData(z, "Local HMI", LW, add1, 1) //Y軸資料賦值，從1300單元開始
next i
end macro_command
進行相應按鍵觸摸后執行該條宏指令，寫入顯示控制地址內容為3（清除原曲線，顯示新曲線），曲線長度為720（12*60），X軸資料從LW的第500單元開始，內容依次為0到720，Y軸資料從LW的第1300單元開始，內容依次為從早6點到晚18點的功率數據。
圖4 功率曲線
XY曲線顯示配置方式如下：
圖5 XY曲線配置
4 觸摸屏通訊設計
觸摸屏在光伏并網逆變系統正常運行中主要扮演監控與數據傳輸的作用：
1、系統運行時的實時參數、狀態等要及時傳輸到觸摸屏上進行計算、顯示、記錄、報警；
2、遠端的上位機電腦需要通過觸摸屏去監控、調配系統。其通訊配置如下圖所示：
圖6 觸摸屏通訊拓撲圖
觸摸屏中添加通訊設備情況如下：
圖7 設備列表
4.1 觸摸屏與逆變器通訊設置
光伏逆變器主控制器采用TI公司TMS320F2812 數字處理器，觸摸屏通過MODBUS RTU (Adjustable)通訊協議與之通訊，通訊波特率為9600Kbps，采用RS232接口類型。系統參數設置如下：
圖8 觸摸屏與DSP通訊參數設定
4.2 上位機監控調配設置
光伏并網逆變器在需要和上位機進行并網發電監控時，采用458總線通訊，主從方式，觸摸屏作為MODBUS Server設備。根據設置的站號進行區分。當上位機發出讀取逆變器運行數據命令，符合觸摸屏站號時，觸摸屏返回相應單元的內容，完成數據傳輸。實現光伏電站的監控功能。系統參數設置如下：
圖9 上位機通訊設置
觸摸屏每隔一段時間，自動保存逆變器的數據內容，上位機通過讀取觸摸屏中保存的逆變器數據，從而實現光伏電站的監控功能。觸摸屏獲取逆變器數據采用定時數據傳輸元件,設置如下；1秒定時進行數據讀取逆變器單元0開始的12個單元，逆變器實時運行數據保存在LW100連續的12個地址單元中。
圖10 觸摸屏讀取逆變器數據設定
5 結束語
本系統采用WEINVIEW MT8100I觸摸顯示屏，實現了和DSP數字信號處理器的實時通訊。圖文并茂的顯示了并網逆變器運行的各個參數和狀態，曲線坐標顯示了逆變器的功率參數和其趨勢效果圖。大容量的數據存儲功能，保存了逆變器詳細的歷史運行數據。靈活、多樣的通訊接口方便實現光伏并網電站的監控。觸摸屏可靠、穩定的運行，方便、靈活的操作，大大提高并網逆變器產品的市場競爭力，取得了良好的社會效益和經濟效益。
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