分布式光伏電站監(jiān)控運維系統的分析

摘要：設計了一套更高性價比，且容易操作的電站監(jiān)控系統。該系統融合了互聯網和物聯網，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，同時也為用戶提供了多元化的查詢功能。

   關鍵詞：分布式太陽能光伏電站；監(jiān)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(jiān)控系統，很難對其進行全面的管控，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(jiān)控系統就顯得極為重要。本次開發(fā)的系統，涵蓋了感應、監(jiān)控模塊，以及計算機集群等。其中監(jiān)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，元件的工作時間等，同時還提供了一些安全隱患處理技術。感應模塊，則涵蓋了溫度和光學兩個模塊。前者主要是對電路元件中的溫度進行監(jiān)控，而后者，則是對當前的太陽能強度進行實時監(jiān)控。這些數據可以讓相關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(jiān)控流程圖，同時還提供了基于CISC單片機傳輸載波的算法設計，大量實現結果顯示，本次設計的系統，可以滿足效率性和準確性需求。

1、分布式光伏電站遠程智能監(jiān)控系統設計

1.1 總體設計分析

   本次開發(fā)的智能監(jiān)控系統，主要的構成就是監(jiān)控、感應以及計算機集群這幾個模塊，對于監(jiān)控模塊而言，可以實現光伏電站中的諸多數據的傳輸，包括元件的工作時間以及電路的運行情況等進行監(jiān)控。同時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數據，進而讓應用人員能夠對光伏電站的運行情況有著更加清晰的了解。這兩個模塊的數據都可以通過計算機進行處理和顯示，而處理不同電力模塊的相關計算機，采用分布式方式實現集群化，進而實現整體智能監(jiān)控系統的構建。

1.2 監(jiān)控模塊設計

   針對監(jiān)控模塊的實現，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)應用領域使用十分廣泛。實際上，這種單片機在本次開發(fā)的監(jiān)控系統中，扮演者極為重要的角色，可以讓系統實現智能化運轉，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，前者主要包括數據傳輸、流量以及計時電路。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，并由其將相關數據，傳遞至計算機進行統一分析。

1.3感應模塊設計

   該感應模塊主要涵蓋了溫度和光學兩個部分，前者主要是對電路中的諸多元件的溫度值進行采集，如果其中的元件的溫度出現異常，那么就需要啟動報警機制，或者對其進行調節(jié)。光學傳感裝置，主要是對電站中的太陽能的強度進行感測，并將相關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(jié)有著更加全面的了解，由此也能夠實現對未來經濟效益的預測。太陽能強度，也決定著光伏電站的選址。所以，該傳感器在本次開發(fā)的智能系統中，同樣具有重要作用。該傳感裝置實現機制為：當其感測到太陽光之時，就會將其光強轉換成電信號，然后將其置入短路電路，觀測相應的電流值，接著將其傳遞至計算機進行處理，由此就可以算出該電站所能得到的太陽能強度。

2、遠程智能監(jiān)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，對光伏電站進行遠程監(jiān)控，其具體流程為：首先對系統中的硬件部分進行初始化，然后對電站中的載波進行觀測。這個載波主要是由CISIC單片機所產生，可以對該載波進行檢測，來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(xù)五次沒有發(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，讓相關人員進行處理。如果發(fā)現該載波，那么就開展后續(xù)的工作直至整個監(jiān)控體系的成功構建。此時，就可以實現遠程數據的收發(fā)，并結合系統的處理，來對光伏電站中所存在著的隱患進行修復和改善。

3、分布式太陽能光伏電站監(jiān)控系統實驗驗證

   為了更好地方分析本次開發(fā)的遠程監(jiān)控系統的準確性和效率性能否滿足需求，就需要將傳統的遠程智能監(jiān)控系統和本次開發(fā)的系統進行對比分析。其中選擇的實驗對象為某市分布式光伏電站。最后通過實驗得出：傳統的基于SCAD分布式智能監(jiān)控系統，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，在這方面的誤差表現較為穩(wěn)定，僅為0.21350。電壓誤差均值僅為0.14560。顯著的低于國際標準，這意味著本次開發(fā)的系統，在準確性方面相對較高。此外，本次開發(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%，這個數值也遠遠高于傳統的SCADA遠程智能監(jiān)控系統下的計算機傳輸效率。

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

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監(jiān)測光伏站點的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設備檔案，運維管理，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應用場所

   目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業(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系統結構

   在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網關將采集的數據上傳至服務器，并將數據進行集中存儲管理。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都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監(jiān)視分布在區(qū)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、是否并網、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，實時發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

 

4.4.1.2電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，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。

●攝像頭實時監(jiān)測現場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數。

 

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。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

 

4.4.1.4電站發(fā)電統計

●展示所選電站的時、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、日、月、年發(fā)電量統計報表

 

4.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、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、風速等環(huán)境參數。

●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、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網關離線狀況。

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

 

4.4.3運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現場的視頻攝像頭，可以實時監(jiān)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

   交流220V并網的光伏發(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，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能。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

   根據電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網，以當地電力部門的審批意見為準。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。分布式光伏接入配電網前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產權分界點外，還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規(guī)定，以及相關標準、規(guī)程要求。電能表采用智能表技術性能應滿足電網公司關于智能電能表的相關標準。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，實現用電信息的遠程自動采集。

 

   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，實現自發(fā)自用，余電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網電量，數據均應上傳供電部門用電信息采集系統，用于光伏發(fā)電補貼和上網電量結算。

   部分光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能，系統圖如下。

 

   這種并網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)電數據和儲能系統運行數據，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

   根據《能源局關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網運行安全技術要求的前提下，通過內部多點接入配電系統。

   此類分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網。由于裝機容量較大，可能對公共電網造成比較大的干擾，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、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

   光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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，經過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)，最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。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：