分布式光伏电站监控运维系统的“自我介绍”

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摘要

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较为复杂，在现有技术手段难以实现全方位管控的同时，在准确度与效率等方面仍存在明显不足的情况下

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

本次开发采用了模块化架构的智能监控系统

1.2 监控模块设计

在开发监控模块的过程中, 采用的主要技术是CISC单片机, 它承担着该模块的核心功能. 这种单片机不仅具有良好的响应速度, 而且支持多种控制指令功能, 在工业自动化领域有着广泛的适用性. 其实质作用在于, 该款单片机在当前监控系统的构建中起到了关键支撑作用, 实现了智能化运行的目标的同时, 有效降低了人力资源消耗. 该监控模块整合了主干电路模块与分线电路部分, 前者包含数据传输、流量监测以及时间控制等功能模块. 后者则由其负责管理的数据传输接口包括计算机控制端口、中断处理单元、实时显示模块、网络通信子系统以及存储管理功能.

1.3感应模块设计

该感应模块主要包含温度监测系统和光学能测量装置两大核心组件。温度监测系统会采集电路中各关键元件的实时温度数据，并在任一元件出现异常温升时触发报警机制或自动调节电路参数以维持稳定运行状态。光学能测量装置则通过检测电站太阳能辐射强度并将其转化为电信号的方式实现信息传递功能，在此基础上可为电站运行人员提供全面的技术参数数据支持，并据此预测未来发电效益情况。太阳能辐射强度直接决定了光伏电站的最佳选址位置，在本次智能系统开发中该传感器不仅起到关键作用，并且其工作原理为：当检测到太阳辐照度时会将光强信号转换为电流信号后送至短路电路进行电流测量随后通过计算机分析处理即可得出电站所能获得的具体辐射强度数值

2、远程智能监控系统软件设计

该计算机集群具备多端的数据收发能力和电路故障修正功能，并可通过专门的监控软件实现光伏电站的远程管理。其运行流程主要包括以下步骤：首先完成系统硬件的初始化配置；随后进入电站载波观测阶段。其中核心观察对象为CISIC单片机产生的载波信号；通过监测分析可判断系统运行状态是否正常。若无法检测到载波信号，则需执行系统硬件重置操作；若连续五次未能检测到该信号，则系统将自动生成相应错误记录并发出警告提示，由相关人员负责处理。当确认存在稳定且正常的载波信号时，则可开始后续的工作流程直至整个监控体系的顺利运转。最终实现了远程通信功能的同时，并能通过系统的自动处理机制有效识别并修复光伏电站存在的各类隐患。

3、分布式太阳能光伏电站监控系统实验验证

为了更好地分析本次开发的远程监控系统的准确性和效率能否满足需求的目的，则需要对传统远程智能监控系统与其进行对比分析的研究方法进行应用。选取的对象是某市某一分布式光伏电站这一具体地点作为研究样本。通过实验结果表明：传统的基于SCAD分布式智能监控系统的泰勒逼近误差曲线具有显著波动性特征；而本次开发的新系统的相应指标表现更为稳定可靠，并且其在泰勒逼近方面的平均误差值仅为0.21350；电压误差均值达到最低水平即为0.14560；这些数值均显著低于国际技术标准要求这一客观指标；由此可得本次开发的新系统的准确性水平较高；此外从数据传输效率的角度来看其计算机接口的数据传输效率均值达到了84.750%这一较高水平远高于传统SCADA系统的相应指标表现

就功能而言，在分布式光伏发电系统中设置了监控模块与感应模块两大核心功能单元。监控模块具备全方位监管能力：它不仅可以实时采集传输信息、电路参数以及关键部件的工作状态数据，并能对其运行时间进行持续跟踪记录；感应模块则通过温度传感器和光学传感器双重手段实现了以下两大功能：一方面可监测光伏组件各关键部件的状态健康水平；另一方面不仅还能够感知太阳能发电强度的变化情况；从而帮助系统管理人员更为有效地实现对光伏发电系统的日常维护与管理

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旨在通过实时监控光伏站点上的逆变器设备、气象设备以及摄像头设备等关键设施，并帮助用户高效管理分布在世界各地的光伏电站。该平台的主要功能涵盖了电站运行状态监控系统（如电站运行状态监控）、逆变器性能评估工具（如逆变器性能评估）、发电数据分析系统（如发电数据分析）等核心模块，并提供详细的操作日志记录（如操作日志记录）、实时告警信息查询（如实时告警信息查询）及环境数据追踪（如环境数据追踪）等功能。此外该平台还具备完整的电站档案管理系统（如电站档案管理系统）与运维管理系统（如运维管理系统）支持同时满足多角色用户的差异化需求。目前该系统已全面支持WEB端与APP端两种终端访问模式让用户便捷地掌握电站整体发电效率及收益情况

4.2应用场所

当前我国的两类分布式应用场景主要包括：广大农村地区家用光伏发电系统以及工商业企业屋顶上的光伏发电设施。这两种类型的分布式光伏发电设施在今年均呈现出快速发展的态势。

4.3系统结构

在光伏变电站安装逆变器与多功能电力计量仪表，并由网关接收采集到的数据并传输至服务器，并实现数据的集中存储管理。用户可通过PC端访问平台获取分布式光伏电站运行状况及各逆变器运行状态信息。平台整体架构见附图

4.4系统功能

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用了基于B/S架构的设计理念。所有具备合法操作权限的用户均可以通过Web浏览器在其授权范围内实时监控区域内各建筑上光伏电站的各项运行参数（包含但不限于以下关键指标：电站地理位置分布情况、详细的技术参数配置、逆变器运行状态数据展示等）。具体而言，则包括但不限于以下内容：实时显示各电站的位置地理分布状况；提供完整的电站技术参数配置信息；实时反馈逆变器的工作状态数据；动态呈现各时段下的发电输出功率曲线；明确标注是否实现了与电网的有效并网连接；提供当前及历史阶段的发电量统计数值。

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

●实时监控：部署于现场位置的摄像头设备能够持续观察光伏站运行状态。
对于具备更高技术要求的摄像头设备，则支持回放已记录的画面内容，并配备云台装置实现镜头角度调节。

4.5系统硬件配置

4.5.1交流220V并网

交流220伏特并网的光伏发电系统主要用于居民屋顶上的光伏发电，并网发电容量约为8千瓦左右。

少部分小型光伏发电系统采取自发自用余电不上网的运行模式，在这种情况下需要配置反向电流方向保护装置以防止向电网输送电能。光伏发电系统的规模较小且分布较为分散，在这种情况下对于光伏发电系统的管理者而言通过云端平台进行管理具有必要性。安科瑞针对此类光伏发电系统提供的解决方案包括：...

4.5.2交流380V并网

依据《分布式电源接入电网技术规定》（Q/GDW1480-2015），在额定电压为380V的前提下，默认情况下支持8kW至400kW的光伏系统直接实现并网连接；对于超过400kW的光伏电站，在特定情况下也可以考虑采用多点380V接网方案；具体接网方案需以当地电力部门的审批意见为准。这类分布式光伏系统主要应用于工商业企业和居民用户屋顶面积上的发电设施，在运行过程中实行自发自用、余电上网的模式。在进行配电网接入前，必须明确设置计量点位置；这一设置不仅需要考虑产权分界点划分情况，还需综合考虑分布式电源出口端与用户自用电线路之间的距离及负荷特性等技术参数；每个计量点均需配备双向电能测量装置，并严格按照DL/T448的技术规范及国家电网公司相关标准要求进行设备选型与安装调试；所使用的电能表应当选用智能电子式电能表，并保证其技术参数满足国家电网公司智能电能表的技术标准要求；为了实现电费结算与考核工作的自动化管理需求，在配电网中还应安装相应的采集设备，并将其接入用电信息采集系统中，从而实现用电数据的远程自动采集与传输

光伏阵列可经组串式光伏逆变器或汇流箱方式接入逆变器后，并联于企业380V电网系统以实现自主发电并网；多余发电量将通过专用线路向电网主 grid输送。在380V配电站端设置计电装置用于测量发电总量；同时，在企业主 grid与公 grid接线端需布设双路计电设备以实时监测供输出电量数值，并将所有记录数据输入供电部门用电信息管理系统以便开展发电补贴及输配电量结算工作

某些光伏电站的配 grid 点应定期监测配 grid 点的电能质量。此配 grid 点需涵盖以下指标：电源频率及幅值、电压不平衡程度以及突变特性（如电压跃升/跃降幅度及中断情况）、快速变化速率（如快速幅值变化）、谐波与间谐波含量以及闪变现象等，并需配备专门的电能质量检测设备。其中一类特定类型的光伏电站采用自发自用模式运行，在此模式下此类电站还需配置反向电流保护设备以防止往电网输送多余的电力。系统图如下所示

该并网模式下的单体光伏电站规模适中，并可通过云端平台整合光伏发电数据以及储能系统的运行数据，并科瑞在这一类光伏电站提供的解决方案包括以下几个方面：

4.5.310kV或35kV并网

依据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关内容的通知》（国发新能〔2019〕49号），对于满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用要求的新建工商业分布式光伏发电项目给予国家补贴，在符合电网运行安全技术要求的前提下，允许通过内部多点接入的方式连接配电系统。

此类分布式光伏系统的装机容量通常较大，在送电过程中需采用升压变压器进行电压提升后才能接入主电网运行。鉴于其规模较大的特点，在向公共电网输送大量电能时可能会导致一定的电磁暂态现象或电压波动问题较为严重。因此供电部门对于此类配置的分布式光伏发电系统及其稳控装置的技术性能、电能质量以及与调度系统的通信要求均具有较高的技术标准。

光伏电站并网点应定期检测其供电质量，并涉及以下关键指标：电源频率波动特征、三相母线电压幅值及其不平衡特性、三相母线电压突变特征包括：三相母线电压突变幅度、三相母线间的不平衡程度以及断续变化情况；同时需关注快速电压变化带来的瞬态波动特性；此外还需要评估系统中存在交叉存在的谐波与间谐波叠加情况下的总谐波 distortion（THD）水平以及可能出现的闪变现象。为确保系统供电可靠性，在该区域应配置专门的电能质量监控设备。

上图展示了1MW级分布式光伏电站的系统配置图。其中，光伏阵列通过汇流箱连接后经由直流柜进行汇流并接入集中式逆变器系统（直流柜可根据具体情况选择性配置），最终经由升压变压器将电压提升至10kV或35kV水平后与中压电网实现并网接驳。电站总装机容量较大，在保护装置与测量监控设备方面也相应增加较多套件以实现全面的安全防护与运行监测功能；具体设备清单及功能参数如表所示：

【参考文献】

[1]剡昕.分布式太阳能光伏电站监控系统的设计研究[J].民营科技，2018年第10期

[2]王明，高翔，文峥．光复书局可视化系统研究与实现[J].控制与信息技术，2018(2)：144

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版