光伏监控系统在光伏电站运营中的作用及发展
摘要
关键词：光伏监控系统；光伏电站运营；作用发展198.2138.0729
一、光伏区监控系统概述
如图一所示是光伏发电站的监控系统架构图。该系统服务器不仅负责光伏区逆变器、汇流箱等电气设备的数据采集与存储工作，并且还是光伏区数据传输的重要中枢节点。它同时具备人机交互界面功能，在线实时显示设备图形界面以及相关信息报表查询功能，并按时间顺序记录相关数据信息；能够实时显示设备运行状态及故障报警信息；支持对相关参数值进行查询调取；对所接收到的操作命令进行详细解释说明；并对下达的各项指令进行执行处理操作。运维人员通过监控主机即可完成相关设备的状态监测与远程操作控制工作，并实现维护管理及故障处理等功能一体化运行；对于光伏区后台监控系统的日常维护工作只能在监控主机上完成；并且整个系统的登录认证保护措施非常严格
在光伏电站自动监控后台系统的应用中采用开放架构与分层分布式设计。系统分为站控层面和间隔层面两部分组成：间隔层面负责配置各电气单元的测控装置；而站控层面则负责规划系统的功能分区结构。各层次之间采用单一以太网连接实现信息传递。通信线路通常选用RS485屏蔽双绞线搭配铠光保护电缆以确保传输速率的同时保证更高的可靠性水平；一些项目为了降低成本，在施工阶段倾向于采用LE（局域网）技术进行设备通信
（一）间隔层
在电力系统中, 间隔层的主要职责是负责完成升压站设备的监控与调节任务. 各个测控单元能够实时采集并精确控制对应设备的状态, 并根据实时反馈信息作出相应的调节. 在间隔层中部署的所有测控单元均需对相关的人机界面设备进行参数配置, 若有必要, 系统会自动完成本地区域内的就地监控功能设置. 每个安装点均为独立系统, 该系统内的各光伏分隔层测控模块将统一管理一个区域内的集中监控装置.
（二）站控层
一般按照用户的指示
（三）网络设备
为了满足网络通信的需求，在配置具体的传输介质转换设备时需要配合相应的措施，请注意以下几点：例如以下：传输介质转换设备、接口熔接设备等。
二、光伏区域后台系统的功能
- 设备数据的采集与处理。光伏区域监控系统对光伏逆变器站、直流汇流站以及箱式逆变一体机的遥测信号进行实时采集，并完成报警和遥信信号的采集工作。通过该系统可以确保光伏区逆变器稳定运行的同时实现对电站设备状态的整体监控，并结合故障诊断与专家分析等手段提升故障诊断准确度的同时降低故障排除所需时间。该系统还能够优化配置备件物资存储结构以提高生产运营效率并确保供电可靠性。
- 数据库系统的构建包括数据存储功能的设计与实现以及报表信息的数据保存。
- 系统具备完整的控制与调节功能如远程控制与功能调节等。
- 系统具备防止误闭锁操作的能力。
- 系统具备数据传输通信能力。
- 系统可实现对系统的状态监测并提供相应的诊断信息。
- 系统具备精确的时间同步校准能力。
- 系统支持通信协议下的报文记录与分析工作。
- 系统配备完善的语音报警装置以实现关键节点的安全监控。
- 系统包含专业的仿真培训软件以开展相关操作人员的技术培训工作。
- 该系统具备完整的自愈自适应能力以确保系统的长期稳定运行
三、光伏区设备数据监视的作用
其一，在光伏区设备数据实时监控的基础上推动运维管理模式革新具有重要意义：
- 增强主动性意识：针对主动型的应用采取预防性维护措施。
- 实现持续化与规范化管理：通过精细化手段对设备进行全面管理。
- 规范化实施运行流程：构建完整的运维管理平台系统以提高定位精度。
其二，在专家资源优化配置上可显著提升整体管理效能。
其三，在相同类型设备间的跨区域调度实现上能有效降低库存风险。
其四，在统一推广故障处理经验上将带来明显的效益提升
四、发展趋势分析
由传统的分散式粗放管理模式转向智能化集中统一管理模式是必然趋势。首先，在实现区域间的统一管理和协调方面取得了显著成效；其次，在集约利用专家资源方面也取得了明显成效；前者通过推动相同种类设备在不同区域间的调度协调一致，并降低了库存风险；后者则通过全面推广各区域间的故障处理经验交流与总结提升了运维效率。
对于拥有巨大规模的企业而言，在单个电站运营商内部实施精细化管理具有重要价值。
未来的发展方向主要包括：
- 数据分类强度：包括逆变器级、组串级电流、组串级电压电流以及组件级别的详细划分；
- 数据类型丰富：涵盖逆变器运行状态、告警信息、环境参数、电站运行参数及关键节点健康状况等多维度信息；
- 系统融合推进：通过逐步推进现有平台与业务系统的深度融合实现了大数据分析平台功能的整体升级。
五、安科瑞分布式光伏运维云平台介绍
5.1概述
AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台利用多种设备对光伏站点进行实时监测，并为用户提供相应的管理服务。该系统的主要功能包括：对光伏站点进行全面的环境数据采集与分析；提供详细的逆变器运行状态图；统计用户的发电数据；生成完整的运维日志；实时更新告警信息；支持多维度环境数据监控；建立完整的设备档案库；提供专业的运维指导方案；实现用户的权限分级管理。该系统支持Web界面和移动端应用程序两种使用方式，并且能够实时监控光伏发电效率与收益情况
5.2应用场所
目前我国两类分布式应用场景主要包括：广大农村家庭安装的家用光伏系统和企业屋顶安装的光伏电站。这两类分布式光伏发电项目今年发展势头强劲。
5.3系统结构
在光伏变电站安装逆变器和多功能电力计量仪表，并利用网关将采集的数据传输至服务器并实施集中存储与管理。系统允许用户通过个人电脑访问平台，并实时了解分布式光伏电站运行情况及各逆变器状态。平台整体结构如图所示
5.4系统功能
AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件基于B/S架构设计，并为所有具有权限的用户提供了Web浏览器访问接口；该系统能够实时监控分布在区域内的各建筑光伏电站运行状态（包括电站地理位置信息、电站运行参数数据、逆变器运行状态描述、发电功率曲线特征分析以及电站是否并网连接情况等详细信息）。
5.4.1光伏发电
5.4.1.1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
5.4.1.2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。
5.4.1.3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。
5.4.1.4电站发电统计
●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。
5.4.1.5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
5.4.1.6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。
5.4.1.7逆变器曲线分析
●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。
5.4.2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。
5.4.3环境
视频监控采用现场部署的摄像头装置持续观察光伏电站运行状态；针对具备硬件配置的摄像头设备则提供回放录像并配备云台控制功能
5.5系统硬件装置
5.5.1交流220V并网
并网型光伏发电系统主要应用于居民屋顶上的光伏电站，并网总装机容量约为8千瓦左右
部分小型光伏发电站采用自发自用的模式，在余电不上网的模式下运行。此类光伏发电站需配备反潮流保护装置以防止向电网输送电力。从管理者的角度来看，在这个分散且规模较小的能源系统中实现有效的能源管理非常重要。安科瑞针对此类光伏发电站提供了以下几种解决方案：
| 名称 | 图片 | 型号 | 功能 | 应用 |
|---|---|---|---|---|
| 光伏运维云平台 |
AcrelCloud-1200系统
应用于实现单体逆变器的数据采集与云端上传
|ANet-1E1S1-4G|嵌入式的Linux操作系统采用socket协议实现的网络通信机制，并支持基于XML格式的数据压缩与上传流程。该系统还提供AES加密算法与基于MD5的用户身份认证功能，并具备断点续传功能。此外, 该系统支持Modbus协议及其变体如ModbusTCP, 并兼容DL/T645-1997/2007标准以及相关端口如J2C/SCADA中的CP 8. 8. 8.
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防逆流装置（选用）
|ACR10R-D10TE|防止光伏系统向电网输送功率，用于单相光伏发电系统||
|户用逆变器|逆变器推荐： 华为户用逆变器SUN2000-5/6/8/10/12KTL-M1 固德威GW8000-DT 锦浪GCI-1P(4-6)K，GCI-1P(9-10)K|推荐通讯方式RS485|||
5.5.2交流380V并网
依据国家电网公司发布的Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，在电压等级为380V的情况下，默认适用于8kW至400kW范围内的光伏电站接入配网系统；对于超出400kW容量的光伏电站，在某些情况下，则可以选择多点380V接网方式；具体采取何种接网方案，请以相关部门的审批意见为准。这类分布式光伏发电系统主要面向工商业企业屋顶安装，在运行时一般实现自发自用、余电上网的目标。在将分布式光伏系统接入配电网之前，请务必明确设置计量点位置：除了考虑产权分界点外，在某些情况下还需要考虑分布式电源出口与用户自用电线路之间的距离差异。每个设置好的计量点都需要配备双向电能测量装置，并保证其设备配置及技术参数应符合DL/T448的规定以及相关行业标准要求；同时建议选用智能型电能表进行安装，并确保其技术性能满足国家电网公司关于智能电能表的技术标准；为了实现对发电量的有效结算与考核管理，则需要安装相应的采集设备并与用电信息采集系统连接，在线自动完成用电数据的远程采集工作
将光伏阵列与组串式光伏逆变器连接后，在企业内部经由汇流箱将逆变器接入系统中随后向企业380V电网供电以实现自发自用并将多余电量输送到电网进行上网。在380V配电站前部的计量电表以及企业电网与公共电网连接处都需要安装双向计量电表以准确测量光伏发电量和企业的上网电量所有数据需通过供电部门用电信息采集系统上传以便进行光伏发电补贴及企业的上网电量结算
部分光伏电站并网点应进行电能质量检测，并需关注以下参数：电源频率、电源电压大小、电压不平衡度、电压骤变情况（包括升跌中断）、快速电压变化特征、谐波与间谐波含量（THD）以及闪变现象等。建议配备专用的电能质量检测设备以确保正常运行。部分光伏发电站采用自发发电自用且余电不外送的运行模式，在此情况下应配置反向电流保护装置以防止能量倒流至电网系统。
在该并网模式下实施的单体光伏发电站属于中等规模。可以通过云端平台整合光伏发电数据以及储能系统的相关数据。针对此类光伏发电站项目, 安科瑞提供了多种解决方案。
| 名称 | 图片 | 型号 | 功能 | 应用 |
|---|---|---|---|---|
| 光伏运维云平台 |
| ACRLE Cloud 1200 | 收集光伏发电系统的运行数据 | 记录输出功率与时间的关系 | 输出特性曲线分析 | 生成年度/月度发电报告表 | 收集设备运行状态信息 | 实现实时故障预警 | 汇总气象参数信息 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 智能网关 |
ANet-1E2S1-4G是一种嵌入式Linux系统解决方案，在网络通信方面采用了基于Socket的方式，并支持通过XML格式进行数据压缩上传。该系统还提供AES加密算法和基于MD5的认证机制以保障数据安全，并且支持在断点处继续上传数据。此外该系统能够兼容Modbus ModbusTCP以及DL/T645-1997 DL/T645-2007 以及编号为101 103 104的协议 family
|APView500|电网频率参数包括：电网频率的有效值（即50Hz），以及电压与电流的有效数值（即220V或380V）。该系统还包含有功功率值、无功功率值与视在功率值（即PQ系统参数），同时计算并输出相应的功率因数值（即cosφ）以及各种偏差参数（如电压偏差值U%和频率偏差值f%）。此外还包括各次谐波的参数计算（包括基波与高次谐波的幅值与相位关系），以及谐波群分析结果等。
|
|ANSVG100-400|光伏并网时主要负责有功功率的输出，在此过程中会导致市电侧的有功功率减少的同时保持无功电流不变；这一变化将直接导致系统整体的功率因数下降；借助无功补偿装置能够有效地提升系统的功率因数表现。
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|防逆流装置|
|ACR10R-D10TE4|阻止光伏系统输出到电网（适用于三相发电系统）||
|直流计量仪表|
DJSF1352|支持电压输入750伏特、电流输入300安培及75毫安，在分布式光伏系统中可应用于储能回路等直流信号设备的电量测量及电能计量
|DJSF1352RN||||
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|PZ96L-DE||||
|逆变器|逆变器推荐： 阳光电源组串式逆变器SG(30~110)CX系列、SG136TX、SG225HX、SG320HX 华为商用逆变器SUN2000-30/36/40KTL-M3、SUN2000-60KTL-M0、SUN2000-100KTL-M0 固德威GW（25~80）K-MT、GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等 锦浪GCI-3P(12-25)K、GCI-(25-110)K、GCI-(125-230K)-EHV-5G等|推荐通讯方式RS485|||
5.5.310kV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事项通知》（国发新能〔2019〕49号），针对国家补贴的新型工商业分布式光伏发电项目需满足单点并网装机容量小于6兆瓦且非户用的条件，并可在符合相关电网安全技术标准的前提下实现内部多点接入配电系统
此类分布式光伏项目的装机容量通常较大，在电网接入时需采用升压变电站技术进行电压提升处理。由于其规模较大，在电网运行中可能导致较大的影响，在系统规划和运行管理方面提出了较高的要求包括稳态控制系统、电能质量和与调度系统的通信等多方面指标均需严格满足
光伏电站变电站接线端应定期检测其电网供电质量情况。该检测涉及以下关键参数：电源频率值、电压幅值以及电压不平衡程度；此外还需监控电压瞬时上升/下降幅度及中断情况、突变性波动特征以及谐波与间谐波含量THD等指标；为确保全面评估电网供电质量效果，则需配备专门用于评估电网供电质量的检测设备
图展示了1 MW分布式光伏发电系统的配置示意图。该系统由光伏组件通过汇流箱实现功率汇集，并经由直流柜整合至集中式逆变器系统。最终经由升压变压器将电压提升至10 kV或35 kV后直接接入中压电网。具体保护与监测设备清单见下表：
| 名称 | 图片 | 型号 | 功能 | 应用 |
|---|---|---|---|---|
| 光伏运维云平台 |
|AcrelCloud-1200|实时监控光伏发电系统的输出功率及相应参数，并生成每日/每月发电统计报表及输出功率曲线；该系统还记录并分析设备运行状态及故障报警信息，并持续收集并记录相关气象参数等|电力监控系统被应用于6MW以下光伏变电站|
Acrel-2000系列电力监控系统负责管理光伏发电站。该设备能够监测太阳能发电系统的运行状态，并采集太阳能电池组件的电压与电流数据。它还具备异常报警功能以及故障记录与分析能力，并能接收调度中心发出的指令来调节光伏电站的运行参数以确保稳定的电能输出。
AZG光伏并网柜具备广泛的容量覆盖能力，在2000A以下客户群体中满足并网需求；该设备设计合理且外观美观大气；设备提供多种可选功能模块包括检有压合闸和失压跳闸等；这些功能模块能够对光伏系统实施失压欠压保护以及自动合闸操作；此外还支持预留独立铅封计量室以便清晰展示光伏发电情况；设备可根据客户需求选择国内外知名品牌生产的元件型号；同时配备配电能质量在线监测装置能够实时检测光伏发电系统的各项电参量并通过ModBus-RTU协议实现数据实时传输至后台系统进行智能化管理；该设备还具备防孤操作和逆功率保护功能；AZG光伏并网柜配备RS485通讯接口支持ModBus-RTU通讯协议
APV光伏汇流箱防护等级达到IP67标准，并适用于户内及户外安装环境；采用霍尔式传感器配合隔离式测量技术实现多路信号采集；设备额定电压达1kV，并支持熔断电流值的定制化配置；配备RS485通讯接口及ModBus RTU通信协议；根据客户需求提供国内外知名品牌的光伏专用设备如光伏专用断路器、熔断器及防雷保护装置等
|ANet-1E2S1-4G| 嵌入式的Linux操作系统采用基于Socket的网络通信方式，并通过XML格式进行数据压缩上传。该系统提供AES加密算法和MD5抗干扰认证功能，并具备断点续传功能。同时支持Modbus及ModbusTCP协议，并与调度系统建立远程通信。
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|微机保护测控装置|
该系统具备不同电压等级下的线路保护及测量功能，并涵盖差动保护和备用保护等功能；针对电能质量监测
该系统具备不同电压等级下的线路保护及测量功能，并涵盖差动保护和备用保护等功能；针对电能质量监测
该设备可实现电网频率（f）、电压（U）和电流（I）的有效值测量；以及有功功率（P）、无功功率（Q）、视在功率（S）及功率因数（cosφ）的测量；同时支持电压偏差率δ_U、频率偏差率δ_f、三相电压不平衡度α_abc、三相电流不平衡度α_abi的测量；能够获取各序分量信息；基波参数包括电压有效值U_base、电流有效值I_base、功率P_base及功率因数cosφ_base等；谐波分量涵盖2次至50次；此外还提供总谐波畸变率THD%、各次谐波幅度及相位信息；谐波群分析功能以及间谐波波动与闪变检测能力；支持输入电压范围为57.7V/100V或220V/380V
ARB5集多种功能于一身的保护装置包括但不限于保护功能（电流保护）、测量功能（电压/电流测量）、通信功能（数据传输）、监测功能（弧光信号监控）、记录功能（故障录波与事件记录）。该装置采用先进的实时监控技术对弧光信号进行精确检测，并具备专为光伏汇流采集装置设计的快速故障切除能力
| AGF-M16T |
|---|
| 一次侧电流选用穿孔式接法（额定电流为20A），使用较为简便的穿孔式接线方式；这种设计不仅安装简便且更加安全可靠； |
| 系统具备内部温度检测模块；同时能够实现对汇流箱内断路器和隔雷装置的状态监控； |
| 此外还具备实时测温功能，并能有效保障系统运行的安全性； |
| 另外还配备了DC1500V母线电压测量功能，并支持Modbus-RTU协议的数据传输；确保数据能够顺利上传至后台系统进行分析； |
DJSFS1352型装置具备电压输入特性：750\text{V}；同时支持300\text{A}及75\text{mV}电流输入，在分布式光伏发电系统中可应用于储能回路等直流信号设备的电量测量及电能计量功能。
|DJSF1352RN||||
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|PZ96L-DE||||
|多功能电表|
|APM800|各电压等级全电气参数测量、计量和状态量采集||
|逆变器|逆变器推荐： 阳光电源集中式逆变器SG500MX等 华为商用逆变器SUN2000-196KTL-H3、SUN2000-175KTL-H0等 固德威GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等 锦浪GCI-(125-230K)-EHV-5G等|推荐通讯方式RS485|||
六、结语
就目前而言，在对光伏发电区信息接入研究持续深入的基础上（...），该领域展现出显著的效果与重要的意义（...）。作为国家重点开发的重点绿色能源项目之一（...），推动光伏发电区域监控系统的应用推广（...），不仅能够进一步提高生产效能（...），还能有效强化生产管理措施（...）。从而使得生产的整体成本及设备维护费用相应降低（...）