分布式光伏电站监控运维系统的简单介绍

 胡烨

江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405

   摘要：设计了一套更高性价比，且容易操作的电站监控系统。该系统融合了互联网和物联网，并为光伏电数据的传输构建了相应的通道，可支持云存储等功能，同时也为用户提供了多元化的查询功能。

   关键词：分布式太阳能光伏电站；监控系统；设计

   当前，分布式光伏发电系统相对复杂，传统的智能监控系统，很难对其进行全面的管控，而且在准确度以及效率等层面，都相对较低。因此，构建效率高和准确的分布式光伏电站智能监控系统就显得极为重要。本次开发的系统，涵盖了感应、监控模块，以及计算机集群等。其中监控模块，重要完成的是数据的采集和传输。其中采集的内容涵盖了电源流量，电路状况，元件的工作时间等，同时还提供了一些安全隐患处理技术。感应模块，则涵盖了温度和光学两个模块。前者主要是对电路元件中的温度进行监控，而后者，则是对当前的太阳能强度进行实时监控。这些数据可以让相关管理人员能够更好的管控这种光伏电站。此外，软件还提供了基于计算机集群处理的远程监控流程图，同时还提供了基于CISC单片机传输载波的算法设计，大量实现结果显示，本次设计的系统，可以满足效率性和准确性需求。

1、分布式光伏电站远程智能监控系统设计

1.1 总体设计分析

   本次开发的智能监控系统，主要的构成就是监控、感应以及计算机集群这几个模块，对于监控模块而言，可以实现光伏电站中的诸多数据的传输，包括元件的工作时间以及电路的运行情况等进行监控。同时还能为提出隐患报警和处理功能。而感应模块能够让本系统获得诸多的一线数据，进而让应用人员能够对光伏电站的运行情况有着更加清晰的了解。这两个模块的数据都可以通过计算机进行处理和显示，而处理不同电力模块的相关计算机，采用分布式方式实现集群化，进而实现整体智能监控系统的构建。

1.2 监控模块设计

   针对监控模块的实现，主要使用了CISC单片机，它是该模块的核心元件。这种单片机具有较高的灵敏度，而且可以提供丰富的指令，在工业应用领域使用十分广泛。实际上，这种单片机在本次开发的监控系统中，扮演者极为重要的角色，可以让系统实现智能化运转，同时还能够显著节约人力资源。该监控模块提供了三个主流电路，另外还有五个支路电路，前者主要包括数据传输、流量以及计时电路。而支流电流则包括了：计算机接口、中断、展示、通信以及存储装置电路。它们都需要接受CISC单片机的管控，并由其将相关数据，传递至计算机进行统一分析。

1.3感应模块设计

   该感应模块主要涵盖了温度和光学两个部分，前者主要是对电路中的诸多元件的温度值进行采集，如果其中的元件的温度出现异常，那么就需要启动报警机制，或者对其进行调节。光学传感装置，主要是对电站中的太阳能的强度进行感测，并将相关的数据传递至使用人员。这样，他们就能结合这些数据对当前的电站运行细节有着更加全面的了解，由此也能够实现对未来经济效益的预测。太阳能强度，也决定着光伏电站的选址。所以，该传感器在本次开发的智能系统中，同样具有重要作用。该传感装置实现机制为：当其感测到太阳光之时，就会将其光强转换成电信号，然后将其置入短路电路，观测相应的电流值，接着将其传递至计算机进行处理，由此就可以算出该电站所能得到的太阳能强度。

2、远程智能监控系统软件设计

   本计算机群组，可支持数据收发和电路修正等诸多功能，可以借助于系统软件，对光伏电站进行远程监控，其具体流程为：首先对系统中的硬件部分进行初始化，然后对电站中的载波进行观测。这个载波主要是由CISIC单片机所产生，可以对该载波进行检测，来分析当前该系统的运行十分正常。如果不能发现载波，那么就需要重新初始化系统硬件，如果持续五次没有发现，那么系统就需要给出相应的错误日志，并将给出警报信息，让相关人员进行处理。如果发现该载波，那么就开展后续的工作直至整个监控体系的成功构建。此时，就可以实现远程数据的收发，并结合系统的处理，来对光伏电站中所存在着的隐患进行修复和改善。

3、分布式太阳能光伏电站监控系统实验验证

   为了更好地方分析本次开发的远程监控系统的准确性和效率性能否满足需求，就需要将传统的远程智能监控系统和本次开发的系统进行对比分析。其中选择的实验对象为某市分布式光伏电站。Z后通过实验得出：传统的基于SCAD分布式智能监控系统，其泰勒逼近误差曲线具有显著的波动性，而本次开发的系统，在这方面的误差表现较为稳定，仅为0.21350。电压误差均值仅为0.14560。显著的低于国际标准，这意味着本次开发的系统，在准确性方面相对较高。此外，本次开发的系统，其计算机接口的数据传输效率，均值也达到了84.750%，这个数值也远远高于传统的SCADA远程智能监控系统下的计算机传输效率。这从速度层面，也证实了本次开发的系统具有更多的优势。

   从功能角度来看，监控模块可以对相关的分布式光伏电站的相关的传输信息、电路以及相关部件的运行时间等信息进行全面的监管。而其中的感应模块，则能够借助于温度和光学传感装置，一方面能够对光伏电站中的诸多元件的健康度进行分析，另一方面，还能够感测到太阳能强度，从而帮助管理人员更好的对光伏电站进行管控。

4、安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

4.1概述

   AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备，气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括：站点监测，逆变器监测，发电统计，逆变器一次图，操作日志，告警信息，环境监测，设备档案，运维管理，角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台，及时掌握光伏发电效率和发电收益。

4.2应用场所

   目前我国的两种分布式应用场景分别是：广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

4.3系统结构

   在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表，通过网关将采集的数据上传至服务器，并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台，及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

4.4系统功能

   AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构，任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息）。

4.4.1光伏发电

4.4.1.1综合看板

●显示所有光伏电站的数量，装机容量，实时发电功率。

●累计日、月、年发电量及发电收益。

●累计社会效益。

●柱状图展示月发电量

4.4.1.2电站状态

●电站状态展示当前光伏电站发电功率，补贴电价，峰值功率等基本参数。

●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

●摄像头实时监测现场环境，并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

4.4.1.3逆变器状态

●逆变器基本参数显示。

●日、月、年发电量及发电收益显示。

●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

●直流侧电压电流查询。

●交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

4.4.1.4电站发电统计

●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

4.4.1.5逆变器发电统计

●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

4.4.1.6配电图

●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

●展示当前逆变器接入组件数量。

●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●展示逆变器型号及厂商。

4.4.1.7逆变器曲线分析

●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

4.4.2事件记录

●操作日志：用户登录情况查询。

●短信日志：查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

●平台运行日志：查看仪表、网关离线状况。

●报警信息：将报警分进行分级处理，记录报警内容，发生时间以及确认状态。

4.4.3运行环境

●视频监控：通过安装在现场的视频摄像头，可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头，还支持录像回放以及云台控制功能。

4.5系统硬件配置

4.5.1交流220V并网

   交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电，装机功率在8kW左右。

   部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。光伏电站规模较小，而且比较分散，对于光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

4.5.2交流380V并网

   根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，8kW~400kW可380V并网，超出400kW的光伏电站视情况也可以采用多点380V并网，以当地电力部门的审批意见为准。这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏，自发自用，余电上网。分布式光伏接入配电网前，应明确计量点，计量点设置除应考虑产权分界点外，还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置，其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定，以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表，技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入用电信息采集系统，实现用电信息的远程自动采集。

   光伏阵列接入组串式光伏逆变器，或者通过汇流箱接入逆变器，然后接入企业380V电网，实现自发自用，余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量，同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表，用于计量企业上网电量，数据均应上传供电部门用电信息采集系统，用于光伏发电补贴和上网电量结算。

   部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能，系统图如下。

   这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

4.5.310kV或35kV并网

   根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》（国发新能〔2019〕49号），对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目，需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求，支持在符合电网运行安全技术要求的前提下，通过内部多点接入配电系统。

   此类分布式光伏装机容量一般比较大，需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大，可能对公共电网造成比较大的干扰，因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。

   光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。

   上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图，光伏阵列接入光伏汇流箱，经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置)，Z后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，主要如下表：