王海芹

安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；

摘要：介紹九州新能源股份有限公司3MW光伏電站電力監控軟件，采用匯流箱、逆變器、環(huán)境監測儀采集配電現場(chǎng)的各種電參量、微機保護。系統采用現場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)通訊并遠傳至后臺，通過(guò)Acrel-2000 V8.0型光伏監控系統實(shí)現變電所配電回路用電的管理。

關(guān)鍵詞：九州方圓新能源;變電所;匯流箱；逆變器；環(huán)境監測儀；Acrel-2000 V8.0；光伏監控系統

0 概述 

    湖北九州方園新能源股份有限公司的獨資子公司，2012年6月成立，注冊資本1.69億元。公司從事并網(wǎng)光伏電站、光伏建筑一體化電站、光伏農業(yè)一體化電站的投資建設、運營(yíng)維護和管理；生產(chǎn)、研發(fā)光伏照明、光伏充電等光伏集成應用系統。

    光伏電站配備自動(dòng)運行、功能完善的監控系統。這種監控系統不同于傳統發(fā)電廠(chǎng)監控系統或變電站綜合自動(dòng)化系統，相對來(lái)說(shuō)，光伏電站內設備種類(lèi)不及傳統電廠(chǎng)豐富，生產(chǎn)控制流程也不太復雜。但其典型特點(diǎn)是裝機容量大、占地面積廣、維護人員很少，這就要求生產(chǎn)運行、設備監控、環(huán)境監測、安保技防等各環(huán)節集中統一起來(lái)，且能夠適應其位置分散、配置靈活的特點(diǎn)?；诂F場(chǎng)總線(xiàn)設計的大型光伏電站監控系統可以滿(mǎn)足這些要求。

    由于太陽(yáng)能電池板發(fā)電參數是不穩定的，而且是波動(dòng)和間斷的，光伏發(fā)電監控系統可對太陽(yáng)能光伏電站里的電池陣列、匯流箱、逆變器、交直流配電柜、太陽(yáng)跟蹤控制系統等設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和控制。光伏電站光伏監控系統通過(guò)各種樣式的圖表及數據快速掌握電站的運行情況，其友好的用戶(hù)界面、強大的分析功能、完善的故障報警確保了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統的*可靠和穩定運行。

    本項目為3MW的廠(chǎng)區屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電。據客戶(hù)需求我司只需監控逆變器及匯流箱?？蛻?hù)如需實(shí)現溫度、濕度、光照度、風(fēng)向、風(fēng)速模擬量采集，可另安裝環(huán)境監控儀。

    本項目共有5臺逆變器,41臺匯流箱。其中廠(chǎng)區有4臺逆變器，33臺匯流箱分布在1#廠(chǎng)房屋面、2#廠(chǎng)房屋面、倉庫屋面，監控室在逆變器室旁。貿大廈有1臺逆變器，8臺匯流箱分布在大廈屋頂，監控室在大廈一層。

    Acrel-2000 V8.0型低壓智能配電系統，充分利用了現代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的新發(fā)展，對變配電系統進(jìn)行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進(jìn)行組網(wǎng)，通過(guò)計算機和通訊網(wǎng)絡(luò )，將分散的配電所的現場(chǎng)設備連接為一個(gè)有機的整體，實(shí)現電網(wǎng)運行的遠程監控和集中管理。

1  系統結構描述

    本項目共有5臺逆變器,41臺匯流箱。其中廠(chǎng)區有4臺逆變器，33臺匯流箱分布在1#廠(chǎng)房屋面、2#廠(chǎng)房屋面、倉庫屋面，監控室在逆變器室旁。貿大廈有1臺逆變器，8臺匯流箱分布在大廈屋頂，監控室在大廈一層。

    本監控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；廠(chǎng)區組網(wǎng)如下圖(1)所示：

圖（1）

    貿組網(wǎng)如下圖(2)所示：

圖（2）

    間隔設備層主要為：逆變器、匯流箱、環(huán)境監測儀等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過(guò)現場(chǎng)MODBUS總線(xiàn)組網(wǎng)通訊，實(shí)現數據現場(chǎng)采集。

    網(wǎng)絡(luò )通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現場(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠傳至站控層，完成現場(chǎng)層和站控層之間的數據交互。

    站控管理層：設有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機、報警蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場(chǎng)設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶(hù)。

    以上網(wǎng)絡(luò )儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線(xiàn)傳輸，一般都采用二根連線(xiàn)，接線(xiàn)簡(jiǎn)單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數據但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數據，數據高傳輸速率為10Mbps。RS485接口是采用平衡驅動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲力增強，總線(xiàn)上允許連接多達32個(gè)設備，大傳輸距離為1.2km。

2  光伏監控系統主要功能

2.1  數據采集與處理

    數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò )儀表采集完成，實(shí)現遠程數據的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號包括：逆變器相電壓U、相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數COSφ、電度EPI、等數據，匯流箱電壓、各路電流等，環(huán)境監測儀溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、光照度等，遠程設備運行狀態(tài)等數據。

    數據處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準確的顯示給用戶(hù)，達到配電監控的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數據存入數據庫供用戶(hù)查詢(xún)。

2.2  人機交互

    系統提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶(hù)使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統電氣一次主接線(xiàn)圖，顯示配電系統設備狀態(tài)及相應實(shí)時(shí)運行參；畫(huà)面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新；模擬量顯示；開(kāi)關(guān)量顯示；連續記錄顯示等。

2.3  歷時(shí)事件

    歷時(shí)事件查看界面主要為用戶(hù)查看曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過(guò)歷史事件查看平臺，您可以根據自己的要求和查詢(xún)條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個(gè)系統的運行情況提供了良好的軟件支持。

2.4  數據庫建立與查詢(xún)

    主要完成遙測量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶(hù)查詢(xún)打印。

2.5  用戶(hù)權限管理

    針對不同級別的用戶(hù)，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來(lái)的損失，實(shí)現配電系統的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^(guò)用戶(hù)管理進(jìn)行用戶(hù)登錄、用戶(hù)注銷(xiāo)、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶(hù)對賬號和權限的修改。

2.6  運行負荷曲線(xiàn)

    負荷趨勢曲線(xiàn)功能主要負責定時(shí)采集進(jìn)線(xiàn)及重要回路電流和功率負荷參量，自動(dòng)生成運行負荷趨勢曲線(xiàn)的，方便用戶(hù)及時(shí)了解設備的運行負荷狀況。點(diǎn)擊畫(huà)面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)或歷史趨勢線(xiàn)；對所選曲線(xiàn)可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)趨

    勢分析和故障追憶，為分析整個(gè)系統的運行狀況提供了直觀(guān)而方便的軟件支持。

2.7  遠程報表查詢(xún)

    報表管理程序的主要功能是根據用戶(hù)的需要設計報表樣式，把系統中處理的數據經(jīng)過(guò)篩選、組合和統計生成用戶(hù)需要的報表數據。本程序還可以根據用戶(hù)的需要對報表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶(hù)提供了對生成的報表文件管理功能。

    報表具有自由設置查詢(xún)時(shí)間實(shí)現日、月、年的電能統計，數據導出和報表打印等功能。

3  案例分析

3.1  客戶(hù)要求

    本項目共有5臺逆變器,41臺匯流箱。其中廠(chǎng)區有4臺逆變器，33臺匯流箱分布在1#廠(chǎng)房屋面、2#廠(chǎng)房屋面、倉庫屋面，監控室在逆變器室旁。貿大廈有1臺逆變器，8臺匯流箱分布在大廈屋頂，監控室在大廈一層。

    客戶(hù)提供的配電監測需求表：

    客戶(hù)對報表的要求：對逆變器輸出和輸入率的電流、電壓、功率、功率因數和環(huán)境溫濕度光照的報表并支持查詢(xún)歷史數據打印功能，逆變器日月年電能以棒圖的形式顯示。

3.2  針對本項目軟件實(shí)現功能

    本項目中監測點(diǎn)分布廣，采用光纖組網(wǎng)方式，以減少數據傳輸中的干擾。

光伏陣列監測功能，主要完成對各個(gè)匯流箱，單路直流電流、光伏電壓、光伏總電流、匯流箱溫度監測，各匯流箱運行狀態(tài)的監測，并對故障點(diǎn)進(jìn)行異常顯示與報警提示。如圖（3）

圖（3）光伏陣列監測

    報警事件主要用于查看電流越限信息和匯流箱、逆變器、環(huán)境監測儀通訊連接信息；幫助用戶(hù)進(jìn)行事故查詢(xún)；支持歷史查詢(xún)，打印等功能。如果有任何主進(jìn)線(xiàn)回路電流越限、通訊中斷和連接，實(shí)時(shí)報警信息中會(huì )及時(shí)展現哪一個(gè)回路哪一相電流和回路名稱(chēng)，并會(huì )自動(dòng)彈出這個(gè)窗口，直至值班員過(guò)去確認或清除報警才會(huì )停止報警。如圖（4）

圖（4）歷史遙測報警信息查詢(xún)

    遠程抄表導航欄的主要功能為：查看變電所中所有回路的電參量。報表可以進(jìn)行EXCEL導出或者打印。在主界面上點(diǎn)擊遠程抄表按鈕將出現如圖（5）所示。設置好時(shí)間，通過(guò)點(diǎn)擊1#廠(chǎng)房屋面、2#廠(chǎng)房屋面和倉庫屋面按鈕，就可以看到相應回路的歷史數據。。

圖（5） 參數抄表

    發(fā)電日棒圖的主要功能為：是對四臺逆變器的用電量年、月、日統計，報表可以進(jìn)行EXCEL導出或者打印，棒圖只能打印。以日報表為例，報表的查詢(xún)設置好查詢(xún)時(shí)間既可查詢(xún)歷史用電量；對應棒圖的查詢(xún)，先要查報

    表在點(diǎn)擊棒圖下面對應的量程選擇。如圖（6）

圖（6） 電能報表

    自定義電能報表的主要功能為：查看臺逆變器的用電量，報表可以進(jìn)行EXCEL導出或者打印。點(diǎn)擊自定義電能報表按鈕將出現如圖（7）所示，設置好查詢(xún)的起始與結束時(shí)間即可查詢(xún)歷史用電量。（注意只有報表中臺逆變器起始時(shí)間和結束時(shí)間都有數據的情況下，總的發(fā)電量才正確。）

圖（7） 自定義報表

    發(fā)電趨勢和環(huán)境關(guān)系曲線(xiàn)圖主要負責查看環(huán)境對臺逆變器的功率的關(guān)系，曲線(xiàn)可以查看實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)或歷史趨勢線(xiàn)；幫助用戶(hù)管理用電設備。本界面曲線(xiàn)顯示的環(huán)境監測儀的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、風(fēng)向、風(fēng)速的曲線(xiàn)，還有光照強度和四臺逆變器的功率對比圖，曲線(xiàn)的查詢(xún)方法和并網(wǎng)監測中逆變器曲線(xiàn)查詢(xún)方法一樣。左邊是環(huán)境監測儀的數據報表。如圖（8）

圖（8）發(fā)電趨勢和環(huán)境關(guān)系

    并網(wǎng)監測界面主要負責查看逆變器的工作情況，逆變器有功功率和無(wú)功功率曲線(xiàn)圖，逆變器的實(shí)時(shí)輸出和輸入電壓、電流功率、發(fā)電效率發(fā)電量以及逆變器運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測。如圖（9）

圖（9）并網(wǎng)監測

4  結束語(yǔ)

    隨著(zhù)光伏產(chǎn)業(yè)規模逐步擴大、技術(shù)逐步提升，光伏發(fā)電成本會(huì )逐步下降，未來(lái)光伏容量將大幅增加。已將新能源產(chǎn)業(yè)上升為戰略產(chǎn)業(yè)，未來(lái)10年擬加大對包括太陽(yáng)能在內的新能源產(chǎn)業(yè)投資，以減少經(jīng)濟對石化能源依賴(lài)和降低碳排放。未來(lái)五到十年光伏發(fā)電有望規?；l(fā)展。本文介紹的Acrel-2000 V8.0光伏監控系統在九州新能源股份有限公司3MW光伏電站的應用，可以實(shí)現九州新能源股份有限公司3MW光伏電站發(fā)電的實(shí)時(shí)監控和并網(wǎng)的實(shí)時(shí)監控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò )通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計算機等組成光伏監控系統。系統實(shí)現對采集數據的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示光伏電站各逆變器、匯流箱的運行狀態(tài)，對模擬分合閘、負載越限具有彈出報警對話(huà)框及報警聲音提示，并生成各種電能報表、分析曲線(xiàn)、圖形等，便于電能的遠程抄表以及用電分析、研究。該系統運行安全、可靠、穩定，為變電所用戶(hù)解決用電問(wèn)題提供了真實(shí)可靠的依據，取得了較好的社會(huì )效益。［1］

參考文獻：

 [1].周中等編著(zhù). 智能電網(wǎng)用戶(hù)端電力監控與光伏監控系統產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業(yè)出版社. 2011.10