分布式光伏发电监测系统解决方案-新能源/太阳能
安科瑞 须静燕
在"十四五"期间,随着"双碳"目标的提出和逐步推进,分布式光伏发展原本就展现出良好的发展势头,有望迎来更快的发展步伐。关于"十四五"光伏发展规划,国家发改委能源研究所可再生能源发展中心副主任陶冶指出,"双碳"目标意味着国家产业结构将发生调整,未来十年新能源装机规模将维持在每年110GW以上的增长速度,这一增长涵盖了集中式光伏电站和分布式光伏电站。相较于集中式电站而言,分布式电站对土地等自然资源的需求较少依赖,各地屋顶资源将成为分布式电站的基础支撑;在实现碳达峰、碳中和的方案选项中,分布式光伏因其灵活性和适应性必将得到快速发展;目前已有河北、甘肃、安徽、浙江、陕西等地发布关于推动本地区分布式光伏整县推进的政策通知
当前我国存在两类分布式应用场景，其中一类是广袤农村地区的家庭光伏发电系统，另一类则是工商业企业顶端建筑上的屋顶储能电站。这些类型的分布式光伏发电设施今年呈现出快速发展的态势。
光伏发电系统主要由光伏组件、控制器、逆变器等核心部件以及蓄电池等辅助设备构成；依据是否依赖公共电网资源的不同而分为离网型和并网型两类；其中离网系统具备自主运行能力，在不依赖公共电网的情况下正常运转；而配备有储能功能的蓄电池装置，则能够在光伏发电不足或者夜间无电的情况下稳定供能给负载使用
太阳能电池板通过光电转换将太阳辐射转化为直流电能。经过逆变器处理后形成标准的交流电从而支持本地用电及向电网输送电能。对于由此产生的直流电压和电流值进行测量并完成相应的能量计量计算。
交流220V并网
采用220V并网技术的光伏发电系统多被用于居民屋顶上的发电项目中。这些系统的平均装机容量约为8千瓦左右。值得注意的是，在今年上半年间，户用光伏电站的发展势头非常强劲。根据最新数据显示，在截至今年6月底时，全国范围内纳入国家财政补贴规模的户用光伏项目总装机容量已经达到586.14万千瓦时。这相当于在居民屋顶上六个月内构建了一个与三峡水电站相当的发电规模。
其中一些小型光伏发电站采用自发发电并自用的方式运行，在余电无法外送的情况下，则需要配备防逆流保护装置以防止向电网输送电力。这类小型光伏发电站规模较小且分布较为分散，在这种情况下从管理者的角度来看采用云端管理系统来管理这些小型发电站具有必要性
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，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/T 448 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。
依据《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）规定，在申请国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目中，则需满足以下条件：即单点接网容量需低于6兆瓦，并且不得为居民用户；允许通过内部多点接入配电系统进行
此类分布式光伏发电系统的装机容量通常较大，在连接过程中可能会给公共电网带来较大的影响。该系统在运行时可能会导致较强的电磁场干扰以及其他性能问题，并因此使得供电部门对其稳态控制能力、电能质量和与调度系统的通信需求都提出了较高的技术标准和管理要求
光伏发电站的并网点应定期检测其电能质量。此检测需涵盖以下指标：电源频率值及其波动幅度（即电源频率的变化范围）、电压失衡程度（即电压与额定值之间的偏差）、电压突变现象（指电压快速上升或下降的情况），以及断续跌落情况（即突然中断的情况）。此外还需考察快速振荡变化特征（如电网中电流或电压的变化速度）以及非正弦波参数（如谐波与间谐波含量总和THD）和闪变现象。建议在该系统中配备专门用于检测电能质量的设备。
请看下图所示为一个1MW分布式光伏电站的结构示意图。该电站的光伏阵列经由汇流箱连接至直流柜后通过集中逆变器实现能量转换与储存（直流柜在必要时可省略）。随后经过升压变压器将电压提升至10kV或35kV后接入中压电网以供送电使用。由于电站总装机容量较大涉及的保护装置与监测设备数量也随之增加以确保系统的安全稳定运行和高效管理至关重要。本软件采用Acrel-2000Z是一款基于多年开发实践和用户反馈设计而成的实时监控平台主要用于实现配电系统及光伏发电项目的智能化管理功能包括但不限于设备状态监测数据采集与传输以及报警信息处理等核心功能为用户提供全面系统的运行维护解决方案。
软件运行环境配置
服务器上安装Windows 7操作系统。
光伏电站电力监控软件架构
该软件基于C/S架构设计，在持续监测光伏电站运行状况的同时，能够实时采集包括发电系统电流与电压参数、每日、每月和全年总发电量统计以及气象观测数据等关键指标。
光伏电站电力监控软件功能
对光伏电站的整体信息进行监控，并通过图形与数据的形式实现实时动态更新与呈现。涵盖电站运行状况、气象参数以及相关的发电总量统计情况等关键指标。
