分布式光伏電站監控運維系統的簡(jiǎn)單介紹

摘要：設計了一套更高性?xún)r(jià)比，且容易操作的電站監控系統。該系統融合了互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，并為光伏電數據的傳輸構建了相應的通道，可支持云存儲等功能，同時(shí)也為用戶(hù)提供了多元化的查詢(xún)功能。

   關(guān)鍵詞：分布式太陽(yáng)能光伏電站；監控系統；設計

   當前，分布式光伏發(fā)電系統相對復雜，傳統的智能監控系統，很難對其進(jìn)行全面的管控，而且在準確度以及效率等層面，都相對較低。因此，構建效率高和準確的分布式光伏電站智能監控系統就顯得極為重要。本次開(kāi)發(fā)的系統，涵蓋了感應、監控模塊，以及計算機集群等。其中監控模塊，重要完成的是數據的采集和傳輸。其中采集的內容涵蓋了電源流量，電路狀況，元件的工作時(shí)間等，同時(shí)還提供了一些安全隱患處理技術(shù)。感應模塊，則涵蓋了溫度和光學(xué)兩個(gè)模塊。前者主要是對電路元件中的溫度進(jìn)行監控，而后者，則是對當前的太陽(yáng)能強度進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。這些數據可以讓相關(guān)管理人員能夠更好的管控這種光伏電站。此外，軟件還提供了基于計算機集群處理的遠程監控流程圖，同時(shí)還提供了基于CISC單片機傳輸載波的算法設計，大量實(shí)現結果顯示，本次設計的系統，可以滿(mǎn)足效率性和準確性需求。

1、分布式光伏電站遠程智能監控系統設計

1.1 總體設計分析

   本次開(kāi)發(fā)的智能監控系統，主要的構成就是監控、感應以及計算機集群這幾個(gè)模塊，對于監控模塊而言，可以實(shí)現光伏電站中的諸多數據的傳輸，包括元件的工作時(shí)間以及電路的運行情況等進(jìn)行監控。同時(shí)還能為提出隱患報警和處理功能。而感應模塊能夠讓本系統獲得諸多的一線(xiàn)數據，進(jìn)而讓?xiě)萌藛T能夠對光伏電站的運行情況有著(zhù)更加清晰的了解。這兩個(gè)模塊的數據都可以通過(guò)計算機進(jìn)行處理和顯示，而處理不同電力模塊的相關(guān)計算機，采用分布式方式實(shí)現集群化，進(jìn)而實(shí)現整體智能監控系統的構建。

1.2 監控模塊設計

   針對監控模塊的實(shí)現，主要使用了CISC單片機，它是該模塊的核心元件。這種單片機具有較高的靈敏度，而且可以提供豐富的指令，在工業(yè)應用領(lǐng)域使用十分廣泛。實(shí)際上，這種單片機在本次開(kāi)發(fā)的監控系統中，扮演者極為重要的角色，可以讓系統實(shí)現智能化運轉，同時(shí)還能夠顯著(zhù)節約人力資源。該監控模塊提供了三個(gè)主流電路，另外還有五個(gè)支路電路，前者主要包括數據傳輸、流量以及計時(shí)電路。而支流電流則包括了：計算機接口、中斷、展示、通信以及存儲裝置電路。它們都需要接受CISC單片機的管控，并由其將相關(guān)數據，傳遞至計算機進(jìn)行統一分析。

1.3 感應模塊設計

   該感應模塊主要涵蓋了溫度和光學(xué)兩個(gè)部分，前者主要是對電路中的諸多元件的溫度值進(jìn)行采集，如果其中的元件的溫度出現異常，那么就需要啟動(dòng)報警機制，或者對其進(jìn)行調節。光學(xué)傳感裝置，主要是對電站中的太陽(yáng)能的強度進(jìn)行感測，并將相關(guān)的數據傳遞至使用人員。這樣，他們就能結合這些數據對當前的電站運行細節有著(zhù)更加全面的了解，由此也能夠實(shí)現對未來(lái)經(jīng)濟效益的預測。太陽(yáng)能強度，也決定著(zhù)光伏電站的選址。所以，該傳感器在本次開(kāi)發(fā)的智能系統中，同樣具有重要作用。該傳感裝置實(shí)現機制為：當其感測到太陽(yáng)光之時(shí)，就會(huì )將其光強轉換成電信號，然后將其置入短路電路，觀(guān)測相應的電流值，接著(zhù)將其傳遞至計算機進(jìn)行處理，由此就可以算出該電站所能得到的太陽(yáng)能強度。

2、遠程智能監控系統軟件設計

   本計算機群組，可支持數據收發(fā)和電路修正等諸多功能，可以借助于系統軟件，對光伏電站進(jìn)行遠程監控，其具體流程為：首先對系統中的硬件部分進(jìn)行初始化，然后對電站中的載波進(jìn)行觀(guān)測。這個(gè)載波主要是由CISIC單片機所產(chǎn)生，可以對該載波進(jìn)行檢測，來(lái)分析當前該系統的運行十分正常。如果不能發(fā)現載波，那么就需要重新初始化系統硬件，如果持續五次沒(méi)有發(fā)現，那么系統就需要給出相應的錯誤日志，并將給出警報信息，讓相關(guān)人員進(jìn)行處理。如果發(fā)現該載波，那么就開(kāi)展后續的工作直至整個(gè)監控體系的成功構建。此時(shí)，就可以實(shí)現遠程數據的收發(fā)，并結合系統的處理，來(lái)對光伏電站中所存在著(zhù)的隱患進(jìn)行修復和改善。

3、分布式太陽(yáng)能光伏電站監控系統實(shí)驗驗證

   為了更好地方分析本次開(kāi)發(fā)的遠程監控系統的準確性和效率性能否滿(mǎn)足需求，就需要將傳統的遠程智能監控系統和本次開(kāi)發(fā)的系統進(jìn)行對比分析。其中選擇的實(shí)驗對象為某市分布式光伏電站。最后通過(guò)實(shí)驗得出：傳統的基于SCAD分布式智能監控系統，其泰勒逼近誤差曲線(xiàn)具有顯著(zhù)的波動(dòng)性，而本次開(kāi)發(fā)的系統，在這方面的誤差表現較為穩定，僅為0.21350。電壓誤差均值僅為0.14560。顯著(zhù)的低于國際標準，這意味著(zhù)本次開(kāi)發(fā)的系統，在準確性方面相對較高。此外，本次開(kāi)發(fā)的系統，其計算機接口的數據傳輸效率，均值也達到了84.750%，這個(gè)數值也遠遠高于傳統的SCADA遠程智能監控系統下的計算機傳輸效率。這從速度層面，也證實(shí)了本次開(kāi)發(fā)的系統具有更多的優(yōu)勢。

   從功能角度來(lái)看，監控模塊可以對相關(guān)的分布式光伏電站的相關(guān)的傳輸信息、電路以及相關(guān)部件的運行時(shí)間等信息進(jìn)行全面的監管。而其中的感應模塊，則能夠借助于溫度和光學(xué)傳感裝置，一方面能夠對光伏電站中的諸多元件的健康度進(jìn)行分析，另一方面，還能夠感測到太陽(yáng)能強度，從而幫助管理人員更好的對光伏電站進(jìn)行管控。

4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

4.1 概述

   AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過(guò)監測光伏站點(diǎn)的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶(hù)管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監測，逆變器監測，發(fā)電統計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶(hù)可通過(guò)WEB端以及APP端訪(fǎng)問(wèn)平臺，及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

4.2 應用場(chǎng)所

   目前我國的兩種分布式應用場(chǎng)景分別是：廣大農村屋頂的戶(hù)用光伏和工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類(lèi)分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

4.3 系統結構

   在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量?jì)x表，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將采集的數據上傳至服務(wù)器，并將數據進(jìn)行集中存儲管理。用戶(hù)可以通過(guò)PC訪(fǎng)問(wèn)平臺，及時(shí)獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

4.4 系統功能

   AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構，任何具備權限的用戶(hù)都可以通過(guò)WEB瀏覽器根據權限范圍監視分布在區域內各建筑的光伏電站的運行狀態(tài)（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線(xiàn)、是否并網(wǎng)、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

4.4.1 光伏發(fā)電

4.4.1.1 綜合看板

●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會(huì )效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

4.4.1.2 電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價(jià)，峰值功率等基本參數。

●統計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實(shí)時(shí)監測現場(chǎng)環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

4.4.1.3 逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過(guò)曲線(xiàn)圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線(xiàn)。

●直流側電壓電流查詢(xún)。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢(xún)。

4.4.1.4 電站發(fā)電統計

●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統計報表。

4.4.1.5 逆變器發(fā)電統計

●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統計報表

4.4.1.6 配電圖

●實(shí)時(shí)展示逆變器交、直流側的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數。

●展示逆變器型號及廠(chǎng)商。

4.4.1.7 逆變器曲線(xiàn)分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線(xiàn)。

4.4.2 事件記錄

●操作日志：用戶(hù)登錄情況查詢(xún)。

●短信日志：查詢(xún)短信推送時(shí)間、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線(xiàn)狀況。

●報警信息：將報警分進(jìn)行分級處理，記錄報警內容，發(fā)生時(shí)間以及確認狀態(tài)。

4.4.3 運行環(huán)境

●視頻監控：通過(guò)安裝在現場(chǎng)的視頻攝像頭，可以實(shí)時(shí)監視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

4.5 系統硬件配置

4.5.1 交流220V并網(wǎng)

   交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。

   部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類(lèi)型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺來(lái)管理此類(lèi)光伏電站非常有必要，安科瑞在這類(lèi)光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.2 交流380V并網(wǎng)

   根據國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點(diǎn)380V并網(wǎng)，以當地電力部門(mén)的審批意見(jiàn)為準。這類(lèi)分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應明確計量點(diǎn)，計量點(diǎn)設置除應考慮產(chǎn)權分界點(diǎn)外，還應考慮分布式電源出口與用戶(hù)自用電線(xiàn)路處。每個(gè)計量點(diǎn)均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規定，以及相關(guān)標準、規程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應滿(mǎn)足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統，實(shí)現用電信息的遠程自動(dòng)采集。

   光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過(guò)匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時(shí)在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數據均應上傳供電部門(mén)用電信息采集系統，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結算。

   部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類(lèi)型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統圖如下。

   這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規模適中，可通過(guò)云平臺采用光伏發(fā)電數據和儲能系統運行數據，安科瑞在這類(lèi)光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.3 10kV或35kV并網(wǎng)

   根據《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設有關(guān)事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿(mǎn)足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶(hù)用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下，通過(guò)內部多點(diǎn)接入配電系統。

   此類(lèi)分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過(guò)升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門(mén)對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質(zhì)量以及和調度的通信要求都比較高。

   光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。

   上圖為一個(gè)1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過(guò)直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置)，最后經(jīng)過(guò)升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：

【參考文獻】

[1]剡昕.分布式太陽(yáng)能光伏電站監控系統的設計研究[J].民營(yíng)科技，2018年第10期

[2]高翔，文崢．光復書(shū)局可視化系統研究與實(shí)現[J].控制與信息技術(shù)，2018(2)：144

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者簡(jiǎn)介：魏健輝，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。