韓歡慶

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

   摘要：全球化經(jīng)濟社會(huì )的快速發(fā)展,加快了傳統能源的消耗,導致能源日益短缺,與此同時(shí)還帶來(lái)了嚴重的環(huán)境污染。因此,利用沒(méi)有環(huán)境污染的太陽(yáng)能進(jìn)行光伏發(fā)電獲得了社會(huì )的普遍關(guān)注。本文根據傳統式光伏電站行業(yè)的發(fā)展背景及其監控系統的技術(shù)設備,給出了現代化光伏電站數據監控系統的現場(chǎng)數據采集過(guò)程及相應的數據監控系統方案。

   關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；數據采集；數據監控

1、引言

   能源已經(jīng)成為決定當今社會(huì )發(fā)展的關(guān)鍵因素。一個(gè)國家能否高效、合理的利用隨處可見(jiàn)的新能源，直接決定著(zhù)這個(gè)國家未來(lái)的發(fā)展方向。太陽(yáng)能作為新能源中不可忽視的重要一員，逐漸走入大眾視野。其具有顯著(zhù)特點(diǎn)主要包括清潔、無(wú)污染、易獲得。正是這些顯著(zhù)的特點(diǎn)使得太陽(yáng)能的使用逐步流行，并發(fā)展成為新能源領(lǐng)域中的一種趨勢。應運而生的光伏發(fā)電站充分利用太陽(yáng)能的優(yōu)勢，針對光伏電站行業(yè)進(jìn)行數據采集、數據可視化及數據分析，著(zhù)力于為光伏設備安裝商、運營(yíng)商及民用商、光伏用戶(hù)提供線(xiàn)上工具支持；為光伏電站投資人提供數據參考，降低投資風(fēng)險。同時(shí)光伏發(fā)電站的高度智能化也使得設備的檢查變得簡(jiǎn)單，由最開(kāi)始的安排人員現場(chǎng)檢查逐步變成自動(dòng)化檢查，較大程度提高人力物力，提高檢查效率。

2、光伏系統的數據操作

2.1光伏系統中數據采集模塊的實(shí)現

   數據采集模塊的主要流程如圖1所示，本模塊主要由數據采集器、氣象傳感器、光伏陣列傳感器、通信終端設備組成。光伏系統通過(guò)加入現代化的儀器，幫助用戶(hù)實(shí)時(shí)采集光伏電站發(fā)電和當地環(huán)境參數情況。在傳統光伏發(fā)電站的基礎上，改用更加先進(jìn)的硬件通訊協(xié)議——RS485/422協(xié)議，該協(xié)議能夠更好在網(wǎng)絡(luò )中運輸采集的數據，這些數據主要包括逆變器數據和氣象站數據。數據采集模塊的功能實(shí)現主要是通過(guò)采集模塊平臺收發(fā)消息，進(jìn)行數據傳輸等。該模塊使用的主要是市場(chǎng)上現有的光伏設備生產(chǎn)廠(chǎng)商的產(chǎn)品，例如英臻、華為、陽(yáng)光、品聯(lián)、暢洋、淘科等。這些廠(chǎng)商的采集器模塊主要是由傳感器、控制器等單元構成，采用的是遠程數據采集的方式。數據采集模塊需要的材料是通信芯片、存儲芯片,實(shí)現原理則是將各個(gè)芯片集成在一塊電路板上。系統通過(guò)上述器件集成的電路芯片，來(lái)快速獲取光伏電站的變器數據和氣象站數據。

圖1數據采集模塊及流程

2.2光伏系統中數據處理模塊的實(shí)現

   數據處理模塊的實(shí)現主要流程如圖2所示。數據處理模塊主要完成對接收到的數據幀進(jìn)行校驗、解析和轉換和存入數據庫等功能。

圖2數據處理模塊的實(shí)現主要流程

   數據通信模塊是采集器與數據預處理平臺之間的通信信道，主要是將設備數據使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )終端發(fā)送到目標端口。采用的TCP/UDP協(xié)議，利用面向連接的TCP協(xié)議來(lái)實(shí)現IP環(huán)境下的數據可靠傳輸。同時(shí)又采用端到端發(fā)送數據包的方式，通過(guò)為采集器獲取的數據開(kāi)辟的連接通道進(jìn)行傳輸，在數據預處理平臺相應端口下進(jìn)行數據接收。數據預處理模塊主要流程如圖3所示：

圖3數據預處理模塊主要流程

   數據預處理模塊功能實(shí)現：首先根據逆變器、電表、氣象站等不同種數據幀格式協(xié)議，制定相應的多種解析器，獲取幀中包含的電站數據信息；再獲取傳輸到相應數據端口的幀，并將其放入正確的解析器中完成轉義。數據預處理模塊主要采用標志點(diǎn)匹配算法，對系統中使用到的各項幀格式進(jìn)行分析，提取數據幀頭，數據幀尾的數據格式與長(cháng)度和整幀數據長(cháng)度等，并將其作為標志點(diǎn)，然后對標志點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)識別與匹配，將原始幀區分后交由相應解析器實(shí)現解析。

2.3光伏系統中數據展示模塊的實(shí)現

   數據展示模塊的主要實(shí)現流程如圖4所示。數據展示是指對接收到的電站數據進(jìn)行數據可視化，展示部分主要分為電站中心，運維中心，展示中心和報表中心。數據展示模塊通過(guò)對光伏電站的四大中心的展示，給用戶(hù)提供詳盡的光伏電站信息，幫助用戶(hù)及時(shí)了解光伏電站信息和處理光伏電站的突發(fā)事件。

圖4數據展示模塊的主要實(shí)現流程

3、光伏系統的優(yōu)勢

3.1為光伏電站行業(yè)運行、維護和管理問(wèn)題提供解決方案

   光伏電站大多建設在偏僻、環(huán)境相對惡劣的地區，派人值守可行度不高。光伏系統設計者考慮到這一問(wèn)題，在光伏系統中專(zhuān)門(mén)增設了數據監控模塊，利用電子器件實(shí)時(shí)檢查光伏電站情況，并將數據上傳到網(wǎng)絡(luò )端。在網(wǎng)絡(luò )發(fā)達的今天，人們可以隨時(shí)通過(guò)手機、電腦等進(jìn)行遠程查看數據,也可以在發(fā)現問(wèn)題的第一時(shí)間打電話(huà)通知電站的管理者。

   數據監控模塊完成自動(dòng)化監控的具體解決措施主要有：（1）建立相關(guān)的光伏電站管理機制，并充分利用數字信息化技術(shù)，實(shí)現光伏電站數據共享和遠程監控。（2）建立完善的系統故障處理體系,將電站各設備在運行中出現的故障進(jìn)行整理分類(lèi),并記錄下相關(guān)故障的處理方法。（3）組織技術(shù)人員參加各種培訓，使其掌握一般系統故障的產(chǎn)生原因,并培養其妥善解決故障的能力。同時(shí)安排操作人員負責與設備廠(chǎng)商的聯(lián)絡(luò )工作,當電站遇到機械故障時(shí),也能第一時(shí)間通知維修人員進(jìn)行搶修,或者在較短的時(shí)間內通知設備廠(chǎng)商更換設備。光伏系統通過(guò)上述措施很好實(shí)現了自動(dòng)化監管功能，幫助公司減少了人力資源的浪費。

3.2為光伏電站投資人的投資行為提供決策依據和數據支持

   光伏產(chǎn)業(yè)作為新能源產(chǎn)業(yè),是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一。光伏發(fā)電投資不僅可以給經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展提供清潔的能源與電力,而且還可以給投資者帶來(lái)豐厚的收益。再加上近些年政府對其大力支持,所以光伏電站逐漸成為投資熱點(diǎn)。投資者在確定光伏發(fā)電是否為一個(gè)正確的投資項目之前,可以先對光伏投資項目的特征進(jìn)行一定的了解,幫助其正確理解和把握光伏發(fā)電投資的風(fēng)險。投資方可將第三方機構的監控數據作為投資決策的參考依據，了解各種風(fēng)險因素。同時(shí)也可根據監控數據實(shí)時(shí)的查看投資和收益狀況，并在之后的合同中制定相應規避風(fēng)險的方案。

3.3為光伏養老、光伏脫貧、電站交易等提供數據共享和決策支持

   光伏扶貧是國家大力倡導的,不僅符合以低碳為理念的能源發(fā)展戰略，而且也符合以扶貧為工作重點(diǎn)的農村幫扶計劃。光伏扶貧可以幫助農村解決用電問(wèn)題,同時(shí)也可以利用農村的勞動(dòng)力,利用光能來(lái)獲得收入。

   光伏系統為農民脫貧提供途徑。光伏系統為實(shí)現光伏脫貧的具體措施有：（1）在政府指導支持下確定合適的光伏扶貧模式，建立光伏電站，進(jìn)行資金投入，同時(shí)確定相應的光伏養老政策。（2）在政府鼓勵的基礎之上，選擇有技術(shù)手段、有技術(shù)實(shí)力的光伏脫貧實(shí)施單位，同時(shí)以村集體為單位進(jìn)行光伏電站管理,光伏發(fā)電所得投資收益也由村集體分發(fā)給各戶(hù)。（3）給當地老百姓做光伏電站管理方面的相關(guān)培訓，解決部分貧困百姓就業(yè)問(wèn)題。同時(shí)教會(huì )農村的青壯年一些電站交易的知識,用相對豐厚的待遇留住人才。

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(guò)監測光伏站點(diǎn)的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶(hù)管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監測，逆變器監測，發(fā)電統計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶(hù)可通過(guò)WEB端以及APP端訪(fǎng)問(wèn)平臺，及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

4.2應用場(chǎng)所

   目前我國的兩種分布式應用場(chǎng)景分別是：廣大農村屋頂的戶(hù)用光伏和工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類(lèi)分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

4.3系統結構

   在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量?jì)x表，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將采集的數據上傳至服務(wù)器，并將數據進(jìn)行集中存儲管理。用戶(hù)可以通過(guò)PC訪(fǎng)問(wèn)平臺，及時(shí)獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

4.4系統功能

          AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構，任何具備權限的用戶(hù)都可以通過(guò)WEB瀏覽器根據權限范圍監視分布在區域內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(xiàn)、是否并網(wǎng)、當前發(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量，裝機容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會(huì )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)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價(jià)，峰值功率等基本參數。

●統計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實(shí)時(shí)監測現場(chǎng)環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

4.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過(guò)曲線(xiàn)圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線(xiàn)。

●直流側電壓電流查詢(xún)。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢(xún)。

4.4.1.4電站發(fā)電統計

●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統計報表。

4.4.1.5逆變器發(fā)電統計

●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統計報表

4.4.1.6配電圖

●實(shí)時(shí)展示逆變器交、直流側的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數。

●展示逆變器型號及廠(chǎng)商。

4.4.1.7逆變器曲線(xiàn)分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線(xiàn)。

4.4.2事件記錄

●操作日志：用戶(hù)登錄情況查詢(xún)。

●短信日志：查詢(xún)短信推送時(shí)間、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線(xiàn)狀況。

●報警信息：將報警分進(jìn)行分級處理，記錄報警內容，發(fā)生時(shí)間以及確認狀態(tài)。

4.4.3運行環(huán)境

●視頻監控：通過(guò)安裝在現場(chǎng)的視頻攝像頭，可以實(shí)時(shí)監視光伏站運行情況。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(lèi)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。光伏電站規模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺來(lái)管理此類(lèi)光伏電站非常有必要，安科瑞在這類(lèi)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)

   根據國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點(diǎn)380V并網(wǎng)，以當地電力部門(mén)的審批意見(jiàn)為準。這類(lèi)分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應明確計量點(diǎn)，計量點(diǎn)設置除應考慮產(chǎn)權分界點(diǎn)外，還應考慮分布式電源出口與用戶(hù)自用電線(xiàn)路處。每個(gè)計量點(diǎn)均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規定，以及相關(guān)標準、規程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應滿(mǎn)足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統，實(shí)現用電信息的遠程自動(dòng)采集。

   光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過(guò)匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時(shí)在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數據均應上傳供電部門(mén)用電信息采集系統，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結算。

   部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、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、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類(lèi)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，系統圖如下。

   這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規模適中，可通過(guò)云平臺采用光伏發(fā)電數據和儲能系統運行數據，安科瑞在這類(lèi)光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.3 10kV或35kV并網(wǎng)

   根據《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設有關(guān)事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿(mǎn)足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶(hù)用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下，通過(guò)內部多點(diǎn)接入配電系統。

   此類(lèi)分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過(guò)升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門(mén)對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質(zhì)量以及和調度的通信要求都比較高。

   光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、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、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。

   上圖為一個(gè)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(guò)直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置)，最后經(jīng)過(guò)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備比較多，主要如下表：

5、結論

   隨著(zhù)太陽(yáng)能等清潔能源的使用領(lǐng)域越來(lái)越廣,光伏發(fā)電技術(shù)也在不斷普及，數據采集和遠程監控也變得越來(lái)越重要。數據采集對于后期的科研分析具有重要的實(shí)際意義。而遠程監控不僅可以降低運營(yíng)成本,而且也有利于光伏電站的日常運行管理、設備維護等。在光伏系統大力度發(fā)展下，越來(lái)越多的人從眾受益。電力公司可以使用遠程監控系統替代員工的值守，投資人員可借助光伏系統獲取更將詳盡的電站信息，為后期的投資提供決策依據，農民也可在光伏系統的幫助下脫貧。

【參考文獻】

[1]鄒芷君，吳鳳梅，任丹，劉雨瀟.光伏發(fā)電數據監控系統的設計與實(shí)現[J].網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)與應用，200年第06期

[2]李春曦，王佳，葉學(xué)民，喻橋．我國新能源發(fā)展現狀及前景[J].電力科學(xué)與工程，2012,28（04）

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者簡(jiǎn)介：

韓歡慶，女，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事智能電網(wǎng)供配電相關(guān)的研究和應用