分布式光伏電站監(jiān)控運維系統(tǒng)-光儲充一體化管理

江蘇安科瑞電器制造有限公司 范宏博

目前，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)已難以對其進行全面有效的管理。這些監(jiān)控系統(tǒng)在準(zhǔn)確性和效率方面普遍較低，因此開發(fā)一款高效、精準(zhǔn)的分布式光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)顯得至關(guān)重要。本次研發(fā)的系統(tǒng)采用了先進的技術(shù)，包括感應(yīng)模塊、監(jiān)控模塊以及計算機集群等。其中，監(jiān)控模塊是整個系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與傳輸。這些數(shù)據(jù)涵蓋了電源流量、電路狀況、元件工作時間等多個方面，同時還具備安全隱患處理功能。感應(yīng)模塊則包括溫度和光學(xué)兩個子模塊。溫度感應(yīng)模塊主要用于監(jiān)測電路元件的溫度，確保系統(tǒng)在安全范圍內(nèi)運行；光學(xué)感應(yīng)模塊則實時監(jiān)測當(dāng)前的太陽能強度，為管理人員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。此外，軟件部分還提供了基于計算機集群處理的遠(yuǎn)程監(jiān)控流程圖，以及基于CISC單片機傳輸載波的算法設(shè)計。大量實驗結(jié)果顯示，該系統(tǒng)在效率和準(zhǔn)確性方面均達(dá)到了預(yù)期要求，為分布式光伏電站的管理提供了有力支持。綜上所述，本次設(shè)計的智能監(jiān)控系統(tǒng)在多個方面均表現(xiàn)出色，不僅提高了管理效率，還保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為分布式光伏電站的穩(wěn)定運行奠定了堅實基礎(chǔ)。

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

1.1 總體設(shè)計分析

本次研發(fā)的智能監(jiān)控系統(tǒng)，其核心構(gòu)成包括監(jiān)控、感應(yīng)和計算機集群這幾個模塊。監(jiān)控模塊在光伏電站中起到了至關(guān)重要的作用，它能夠?qū)崟r傳輸各種數(shù)據(jù)，包括元件的工作時間以及電路的運行狀況等，為管理人員提供詳盡的電站運行信息。此外，該模塊還具備隱患報警和處理功能，確保電站的安全穩(wěn)定運行。感應(yīng)模塊則是系統(tǒng)的另一大亮點，它能夠?qū)崟r獲取電站一線數(shù)據(jù)，使應(yīng)用人員對光伏電站的運行情況有更加直觀的了解。這些數(shù)據(jù)通過計算機集群進行處理和顯示，實現(xiàn)了對不同電力模塊的分布式管理和集群化控制。通過這種方式，整個智能監(jiān)控系統(tǒng)得以高效構(gòu)建，為光伏電站的穩(wěn)定運行提供了有力保障。綜上所述，本次開發(fā)的智能監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸、實時監(jiān)控、隱患處理等方面表現(xiàn)出色，為光伏電站的管理和運行提供了全面的技術(shù)支持。

1.2 監(jiān)控模塊設(shè)計

監(jiān)控模塊作為本次智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，采用了高效的CISC單片機作為核心元件。這種單片機以其zhuo越的靈敏度和豐富的指令集在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在本次開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)中，CISC單片機發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它使系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化運轉(zhuǎn)，大大提高了工作效率，同時顯著減少了人力資源的需求。該監(jiān)控模塊包含三個主電路和五個支路電路。主電路主要包括數(shù)據(jù)傳輸、流量和計時電路，而支路電路則涵蓋了計算機接口、中斷、顯示、通信和存儲裝置。這些電路都受到CISC單片機的統(tǒng)一控制和調(diào)度，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤地傳輸至計算機進行集中處理。通過CISC單片機的精密控制，監(jiān)控模塊能夠?qū)崟r監(jiān)測光伏電站的各種參數(shù)，為管理人員提供全面的運行數(shù)據(jù)。這種模塊化的設(shè)計不僅提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還為后續(xù)的維護和升級提供了便利。

1.3感應(yīng)模塊設(shè)計

感應(yīng)模塊在本次智能監(jiān)控系統(tǒng)中占據(jù)著舉足輕重的地位，它涵蓋了溫度和光學(xué)兩個關(guān)鍵部分。溫度感應(yīng)部分主要用于監(jiān)測電路中各元件的溫度，確保其在正常范圍內(nèi)運行。一旦發(fā)現(xiàn)某個元件溫度異常，系統(tǒng)將立即啟動報警機制或進行調(diào)節(jié)，以防止設(shè)備受損或發(fā)生故障。光學(xué)傳感裝置則專注于監(jiān)測電站中的太陽能強度，并將相關(guān)數(shù)據(jù)實時傳遞給操作人員。這些數(shù)據(jù)對于全面了解電站運行狀況至關(guān)重要，同時也有助于預(yù)測未來的經(jīng)濟效益。太陽能強度是決定光伏電站選址的關(guān)鍵因素，因此，該傳感器在智能監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。光學(xué)傳感裝置的工作原理是：當(dāng)它感應(yīng)到太陽光時，會將光強轉(zhuǎn)換成電信號，然后將其輸入短路電路中。通過觀測電流值，可以將電信號傳遞至計算機進行處理。通過這種方式，可以精確計算出該電站所能接收到的太陽能強度，為電站的運行和管理提供有力支持。

2、遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

計算機群組在本次智能監(jiān)控系統(tǒng)中扮演著核心角色，支持?jǐn)?shù)據(jù)收發(fā)、電路修正等多種功能。通過系統(tǒng)軟件，可以實現(xiàn)對光伏電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。其具體流程如下：首先，對系統(tǒng)硬件進行初始化設(shè)置，確保各部分正常工作。接著，對由CISC單片機產(chǎn)生的載波進行觀測。這個載波是系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵標(biāo)志，通過檢測載波的存在與否，可以判斷當(dāng)前系統(tǒng)的運行狀態(tài)。如果未能檢測到載波，系統(tǒng)將自動重新初始化硬件部分。如果連續(xù)五次未能檢測到載波，系統(tǒng)將生成錯誤日志并發(fā)出警報信息，提醒相關(guān)人員進行處理。一旦檢測到載波，系統(tǒng)將繼續(xù)進行后續(xù)工作，直至監(jiān)控體系順利構(gòu)建完成。此時，可以啟動遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收發(fā)功能，并結(jié)合系統(tǒng)的處理能力，對光伏電站中存在的隱患進行修復(fù)和改善。通過計算機群組的強大功能，本次設(shè)計的智能監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對光伏電站的全面、高效的遠(yuǎn)程監(jiān)控，確保電站的安全穩(wěn)定運行。

3、分布式太陽能光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)實驗驗證

為了驗證本次開發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在準(zhǔn)確性和效率性能上是否滿足需求，我們將其與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)進行了對比分析。實驗對象選擇了某市的分布式光伏電站。實驗結(jié)果顯示，傳統(tǒng)的基于SCAD分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)的泰勒逼近誤差曲線波動較大，而本次開發(fā)的系統(tǒng)在誤差表現(xiàn)上更為穩(wěn)定，僅為0.21350。此外，電壓誤差均值僅為0.14560，顯著低于國際標(biāo)準(zhǔn)，說明本次開發(fā)的系統(tǒng)在準(zhǔn)確性方面具有較高水平。從數(shù)據(jù)傳輸效率角度來看，本次開發(fā)的系統(tǒng)的計算機接口數(shù)據(jù)傳輸效率值為84.750%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)SCADA遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸效率。這進一步證明了本次開發(fā)的系統(tǒng)在速度方面具有顯著優(yōu)勢。從功能角度來看，監(jiān)控模塊能夠全面監(jiān)管分布式光伏電站的傳輸信息、電路以及相關(guān)部件的運行時間等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。感應(yīng)模塊則通過溫度和光學(xué)傳感裝置，既可分析光伏電站中各元件的健康狀況，又能實時監(jiān)測太陽能強度，為管理人員提供有力支持，從而實現(xiàn)對光伏電站的更高效管控。綜上所述，本次開發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在準(zhǔn)確性和效率性能方面均表現(xiàn)出色，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，為分布式光伏電站的管理和運行提供了有力保障。

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(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。主要功能包括：站點監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計，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(jié)構(gòu)如圖所示。

4.4系統(tǒng)功能

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用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(dāng)前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計當(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)。

●顯示當(dāng)前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(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

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表

4.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、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。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，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(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)國家電網(wǎng)發(fā)布的Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，8kW至400kW的分布式光伏電站可選擇以380V電壓并網(wǎng)。對于超出400kW的光伏電站，其并網(wǎng)方式應(yīng)根據(jù)實際情況進行多點380V并網(wǎng)，具體操作需遵循當(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見。這類分布式光伏電站主要位于工商業(yè)企業(yè)的屋頂，采用自發(fā)自用的模式，余電則上網(wǎng)銷售。在接入配電網(wǎng)之前，必須明確計量點的位置。除了考慮產(chǎn)權(quán)分界點外，還需特別關(guān)注分布式電源出口與用戶自用電線路的交匯點。每個選定的計量點均需配備雙向電能計量裝置，設(shè)備的技術(shù)要求和配置需遵循DL/T448的相關(guān)規(guī)定以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程。電能表應(yīng)采用智能型，其技術(shù)性能需滿足國家電網(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量裝置，需安裝相應(yīng)的采集設(shè)備，并接入用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動采集用電信息的功能。綜上，為確保分布式光伏電站的順利并網(wǎng)和高效運行，必須嚴(yán)格遵循國家電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定和技術(shù)要求。

光伏陣列通過組串式光伏逆變器或經(jīng)由匯流箱接入企業(yè)380V電網(wǎng)。這種并網(wǎng)方式實現(xiàn)了自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的模式。在380V并網(wǎng)點前，需要安裝計量電表來精確計量光伏發(fā)電量。同時，在企業(yè)電網(wǎng)與公共電網(wǎng)的連接處，也應(yīng)安裝雙向計量電表，用于準(zhǔn)確統(tǒng)計企業(yè)上網(wǎng)電量。這些數(shù)據(jù)應(yīng)自動上傳至供電部門的用電信息采集系統(tǒng)，以便進行光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量的結(jié)算。

對于部分并網(wǎng)點的電能質(zhì)量，需要進行嚴(yán)密監(jiān)測。這包括電源頻率、電壓大小、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以及閃變等情況。為確保電能質(zhì)量，需在并網(wǎng)點安裝專門的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。

另外，對于采用自發(fā)自用、余電不上網(wǎng)模式的光伏電站，為防止電能逆流至電網(wǎng)，需安裝防逆流保護裝置。這種裝置能有效避免不必要的電能損失，確保光伏電站的安全與穩(wěn)定運行。

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)《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設(shè)有關(guān)事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目若需享受國家補貼，必須滿足特定條件：單點并網(wǎng)裝機容量不得超過6兆瓦，且該項目的非戶用性質(zhì)。在確保電網(wǎng)運行安全的前提下，項目可采用多點接入配電系統(tǒng)的方式。

此類分布式光伏發(fā)電項目的裝機容量通常較大，因此需要使用升壓變壓器將其升壓后接入電網(wǎng)。由于規(guī)模較大，其對公共電網(wǎng)的干擾可能較為顯著，因此供電部門對于此類分布式光伏電站的穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及與調(diào)度系統(tǒng)的通信穩(wěn)定性要求較高。

為確保并網(wǎng)點運行的穩(wěn)定性和可靠性，光伏電站需對電能質(zhì)量進行嚴(yán)密監(jiān)測，包括電源頻率、電壓大小、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以及閃變等關(guān)鍵指標(biāo)。為此，需配備專門的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，以確保并網(wǎng)點的高效、安全運行。

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)。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設(shè)備比較多，主要如下表：