分布式光伏電站監(jiān)控運(yùn)維系統(tǒng)的分析

摘要：設(shè)計(jì)了一套更高性價比，且容易操作的電站監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合了互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，并為光伏電數(shù)據(jù)的傳輸構(gòu)建了相應(yīng)的通道，可支持云存儲等功能，同時也為用戶提供了多元化的查詢功能。

   關(guān)鍵詞：分布式太陽能光伏電站；監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

   當(dāng)前，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)相對復(fù)雜，傳統(tǒng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)，很難對其進(jìn)行全面的管控，而且在準(zhǔn)確度以及效率等層面，都相對較低。因此，構(gòu)建效率高和準(zhǔn)確的分布式光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)就顯得極為重要。本次開發(fā)的系統(tǒng)，涵蓋了感應(yīng)、監(jiān)控模塊，以及計(jì)算機(jī)集群等。其中監(jiān)控模塊，重要完成的是數(shù)據(jù)的采集和傳輸。其中采集的內(nèi)容涵蓋了電源流量，電路狀況，元件的工作時間等，同時還提供了一些安全隱患處理技術(shù)。感應(yīng)模塊，則涵蓋了溫度和光學(xué)兩個模塊。前者主要是對電路元件中的溫度進(jìn)行監(jiān)控，而后者，則是對當(dāng)前的太陽能強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。這些數(shù)據(jù)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(jì)算機(jī)集群處理的遠(yuǎn)程監(jiān)控流程圖，同時還提供了基于CISC單片機(jī)傳輸載波的算法設(shè)計(jì)，大量實(shí)現(xiàn)結(jié)果顯示，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以滿足效率性和準(zhǔn)確性需求。

1、分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)分析

   本次開發(fā)的智能監(jiān)控系統(tǒng)，主要的構(gòu)成就是監(jiān)控、感應(yīng)以及計(jì)算機(jī)集群這幾個模塊，對于監(jiān)控模塊而言，可以實(shí)現(xiàn)光伏電站中的諸多數(shù)據(jù)的傳輸，包括元件的工作時間以及電路的運(yùn)行情況等進(jìn)行監(jiān)控。同時還能為提出隱患報警和處理功能。而感應(yīng)模塊能夠讓本系統(tǒng)獲得諸多的一線數(shù)據(jù)，進(jìn)而讓應(yīng)用人員能夠?qū)夥娬镜倪\(yùn)行情況有著更加清晰的了解。這兩個模塊的數(shù)據(jù)都可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和顯示，而處理不同電力模塊的相關(guān)計(jì)算機(jī)，采用分布式方式實(shí)現(xiàn)集群化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體智能監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建。

1.2 監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

   針對監(jiān)控模塊的實(shí)現(xiàn)，主要使用了CISC單片機(jī)，它是該模塊的核心元件。這種單片機(jī)具有較高的靈敏度，而且可以提供豐富的指令，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域使用十分廣泛。實(shí)際上，這種單片機(jī)在本次開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)中，扮演者極為重要的角色，可以讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)轉(zhuǎn)，同時還能夠顯著節(jié)約人力資源。該監(jiān)控模塊提供了三個主流電路，另外還有五個支路電路，前者主要包括數(shù)據(jù)傳輸、流量以及計(jì)時電路。而支流電流則包括了：計(jì)算機(jī)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(jī)的管控，并由其將相關(guān)數(shù)據(jù)，傳遞至計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一分析。

1.3感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)

   該感應(yīng)模塊主要涵蓋了溫度和光學(xué)兩個部分，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(xiàn)異常，那么就需要啟動報警機(jī)制，或者對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。光學(xué)傳感裝置，主要是對電站中的太陽能的強(qiáng)度進(jìn)行感測，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)傳遞至使用人員。這樣，他們就能結(jié)合這些數(shù)據(jù)對當(dāng)前的電站運(yùn)行細(xì)節(jié)有著更加全面的了解，由此也能夠?qū)崿F(xiàn)對未來經(jīng)濟(jì)效益的預(yù)測。太陽能強(qiáng)度，也決定著光伏電站的選址。所以，該傳感器在本次開發(fā)的智能系統(tǒng)中，同樣具有重要作用。該傳感裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)制為：當(dāng)其感測到太陽光之時，就會將其光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電信號，然后將其置入短路電路，觀測相應(yīng)的電流值，接著將其傳遞至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，由此就可以算出該電站所能得到的太陽能強(qiáng)度。

2、遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

   本計(jì)算機(jī)群組，可支持?jǐn)?shù)據(jù)收發(fā)和電路修正等諸多功能，可以借助于系統(tǒng)軟件，對光伏電站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，其具體流程為：首先對系統(tǒng)中的硬件部分進(jìn)行初始化，然后對電站中的載波進(jìn)行觀測。這個載波主要是由CISIC單片機(jī)所產(chǎn)生，可以對該載波進(jìn)行檢測，來分析當(dāng)前該系統(tǒng)的運(yùn)行十分正常。如果不能發(fā)現(xiàn)載波，那么就需要重新初始化系統(tǒng)硬件，如果持續(xù)五次沒有發(fā)現(xiàn)，那么系統(tǒng)就需要給出相應(yīng)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(xiàn)該載波，那么就開展后續(xù)的工作直至整個監(jiān)控體系的成功構(gòu)建。此時，就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的收發(fā)，并結(jié)合系統(tǒng)的處理，來對光伏電站中所存在著的隱患進(jìn)行修復(fù)和改善。

3、分布式太陽能光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

   為了更好地方分析本次開發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和效率性能否滿足需求，就需要將傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)和本次開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行對比分析。其中選擇的實(shí)驗(yàn)對象為某市分布式光伏電站。最后通過實(shí)驗(yàn)得出：傳統(tǒng)的基于SCAD分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)，其泰勒逼近誤差曲線具有顯著的波動性，而本次開發(fā)的系統(tǒng)，在這方面的誤差表現(xiàn)較為穩(wěn)定，僅為0.21350。電壓誤差均值僅為0.14560。顯著的低于國際標(biāo)準(zhǔn)，這意味著本次開發(fā)的系統(tǒng)，在準(zhǔn)確性方面相對較高。此外，本次開發(fā)的系統(tǒng)，其計(jì)算機(jī)接口的數(shù)據(jù)傳輸效率，均值也達(dá)到了84.750%，這個數(shù)值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的SCADA遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)下的計(jì)算機(jī)傳輸效率。

   從功能角度來看，監(jiān)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(yùn)行時間等信息進(jìn)行全面的監(jiān)管。而其中的感應(yīng)模塊，則能夠借助于溫度和光學(xué)傳感裝置，一方面能夠?qū)夥娬局械闹T多元件的健康度進(jìn)行分析，另一方面，還能夠感測到太陽能強(qiáng)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(yùn)維云平臺介紹

4.1概述

   AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺通過監(jiān)測光伏站點(diǎn)的逆變器設(shè)備，氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設(shè)備檔案，運(yùn)維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

4.2應(yīng)用場所

   目前我國的兩種分布式應(yīng)用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

   在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計(jì)量儀表，通過網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運(yùn)行情況以及各逆變器運(yùn)行狀況。平臺整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

4.4系統(tǒng)功能

   AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺軟件采用B/S架構(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運(yùn)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、是否并網(wǎng)、當(dāng)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(shù)量，裝機(jī)容量，實(shí)時發(fā)電功率。

●累計(jì)日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計(jì)社會效益。

●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(dāng)前光伏電站發(fā)電功率，補(bǔ)貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計(jì)當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實(shí)時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

4.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數(shù)顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側(cè)電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。

4.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報表。

4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報表

4.4.1.6配電圖

●實(shí)時展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號及廠商。

4.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

4.4.2事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。

●平臺運(yùn)行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。

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

4.4.3運(yùn)行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭，可以實(shí)時監(jiān)視光伏站運(yùn)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(tǒng)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(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機(jī)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，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類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(jù)電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)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(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準(zhǔn)。這類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(yīng)明確計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能表技術(shù)性能應(yīng)滿足電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)程自動采集。

   光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計(jì)量電表，用于計(jì)量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

   部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

   這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.310kV或35kV并網(wǎng)

   根據(jù)《能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，需要滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)要求的前提下，通過內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。

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

   光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。

   上圖為一個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)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設(shè)置)，最后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測控設(shè)備比較多，主要如下表：