分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李春枚+郝金平

摘 要 為實(shí)現(xiàn)分布式光伏電站的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)，介紹一種基于B/S的分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)通過通訊管理機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并傳輸至無線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)通過GSM網(wǎng)絡(luò)和主站通訊，將數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合Web技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)使分布式光伏電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)更加智能和高效。

關(guān)鍵詞 分布式光伏電站；數(shù)據(jù)采集；遠(yuǎn)程監(jiān)控；通訊管理機(jī)

中圖分類號(hào) TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）12-0085-01

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，能源消費(fèi)在迅猛增長(zhǎng)，但是，地球上蘊(yùn)藏的化石能源卻日漸枯竭。低碳經(jīng)濟(jì)、可再生能源的開發(fā)與利用，成為世界各國應(yīng)對(duì)能源與環(huán)境危機(jī)、增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力的重要選擇。太陽能是一種新的能源，具有特有的優(yōu)勢(shì)：第一，太陽能是地球上所有能源的源泉，取之不盡，用之不竭；第二，太陽能存在就地收集、就地利用的優(yōu)點(diǎn)，可以減少長(zhǎng)距離傳輸導(dǎo)致的浪費(fèi)；第三，太陽能屬于清潔能源，在開發(fā)利用過程中不會(huì)產(chǎn)生污染和公害、沒有噪音，更不會(huì)影響到生態(tài)平衡。我國的太陽能資源非常豐富，據(jù)相關(guān)資料的估算，全國太陽年輻射總量達(dá)3 350MJ/m2～8 370MJ/m2[1]。太陽能發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)是實(shí)踐低碳經(jīng)濟(jì)、推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，具有廣闊的項(xiàng)目應(yīng)用前景。

隨著太陽能在國內(nèi)外市場(chǎng)的大規(guī)模開發(fā)和利用，光伏發(fā)電技術(shù)已日趨成熟和完善。全國各地屋頂一類的分布式光伏電站會(huì)越來越普及，分布式光伏電站分布較散，安裝、監(jiān)控費(fèi)用受限，如何對(duì)這些分散的光伏電站實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)控，提高電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性以及更好地維護(hù)是擺在我們面前急需解決的問題。文獻(xiàn)[2]通過應(yīng)用ZigBee技術(shù)和Android手機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式的光伏電站的監(jiān)控并能通過手機(jī)訪問，但其在平臺(tái)擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期跟蹤處理已及智能診斷方面不能滿足要求。本文提供的監(jiān)控系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，新增的電站可方便的加入到監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街髡痉?wù)器，傳輸?shù)木嚯x和有效性、準(zhǔn)確率較高，更利于分布式光伏電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分，數(shù)據(jù)采集單元、無線傳輸單元和主站（如圖1所示）。

數(shù)據(jù)采集單元采集組件溫度，匯流監(jiān)測(cè)箱輸入輸出電流、電壓、功率，逆變器的逆變效率、日發(fā)電量、總發(fā)電量、運(yùn)行時(shí)間、內(nèi)部溫度、發(fā)電功率、直流電流等模擬量。通信管理機(jī)配置了6路RS232/RS485串行通訊口，與電站的各種設(shè)備進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)高效地采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并傳送給無線傳輸模塊。無線傳輸模塊通過GSM網(wǎng)絡(luò)與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主站監(jiān)控平臺(tái)采用B/S結(jié)構(gòu)，可通過瀏覽器遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

2 系統(tǒng)功能

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集單元采集電站現(xiàn)場(chǎng)的所有重要設(shè)備的實(shí)時(shí)信息。信息主要包括環(huán)境氣象參數(shù)、主要設(shè)備的狀態(tài)量和模擬量以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（逆變器、匯流箱）的故障信息。環(huán)境氣象參數(shù)主要包括室外溫度、輻照度、風(fēng)向、風(fēng)速和組件溫度等氣象參數(shù)；設(shè)備的狀態(tài)量主要包括電站逆變器、匯流監(jiān)測(cè)箱等設(shè)備的防雷狀態(tài)，斷路器狀態(tài)，通訊狀態(tài)等。模擬量包括直流電壓、直流電流及輸入輸出功率等電氣參數(shù)信號(hào)；故障信息主要有逆變器和匯流監(jiān)測(cè)箱的溫度報(bào)警、電流超限、通訊斷開等故障信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至無線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)并將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控軟件，可以實(shí)時(shí)顯示累計(jì)發(fā)電量、方陣電壓、方陣電流、方陣功率、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率、實(shí)際輸出功率、實(shí)際輸出電流、太陽能電池組件溫度、輻照度、風(fēng)速、風(fēng)向等。監(jiān)控系統(tǒng)每一分鐘可記錄一次數(shù)據(jù)。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)視

監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)管轄的各個(gè)發(fā)電單元生產(chǎn)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，通過生產(chǎn)模擬圖、趨勢(shì)圖、表格、柱狀圖等多種方式對(duì)各發(fā)電站現(xiàn)場(chǎng)的主要設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和管理。本系統(tǒng)基于B/S搭建分布式光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示，智能客戶端手機(jī)等可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)訪問。

2.3 報(bào)警管理

監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障信息，對(duì)故障信號(hào)有效的顯示并報(bào)警。報(bào)警管理主要為故障信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。故障信號(hào)主要是緊急報(bào)警信號(hào)，如逆變器、匯流監(jiān)測(cè)箱等設(shè)備的故障，斷路器故障、防雷器故障等。預(yù)告信號(hào)主要是設(shè)備報(bào)警點(diǎn)的狀態(tài)改變、模擬信號(hào)量的超限（高限或低限）、通訊連接斷開、設(shè)備不正常狀態(tài)的出現(xiàn)等。監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的電站故障信息主要包括：逆變器內(nèi)部溫度過高、直流電壓過高、直流電壓過低、直流電流過高、直流電流過低、電網(wǎng)電壓高限、電網(wǎng)電壓低限、交流電壓過高、交流電壓過低、逆變器斷路器短路、逆變器防雷器狀態(tài)改變、主通道通訊不正常，匯流監(jiān)測(cè)箱電流通道異常等。任何故障出現(xiàn)時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)可立即報(bào)警提示，并在最前端顯示報(bào)警內(nèi)容，便于運(yùn)行維護(hù)人員查看報(bào)警信息，對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的處理和維護(hù)。

2.4 報(bào)表管理功能

系統(tǒng)有專門的報(bào)表管理功能，可根據(jù)需要生產(chǎn)生成各種表格，發(fā)電量日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)等，生成的報(bào)表數(shù)據(jù)可方便的導(dǎo)出至Excel文檔中進(jìn)行分析處理。

2.5 功率預(yù)測(cè)

光伏電站的功率能反映出電站的發(fā)電效率，對(duì)功率的預(yù)測(cè)以及研究功率的變化趨勢(shì)有助于更好的發(fā)揮電站的潛力。監(jiān)控系統(tǒng)能便捷地查看各個(gè)逆變器的實(shí)時(shí)功率和歷史功率，同時(shí)，能在趨勢(shì)圖里與輻射度、溫度和發(fā)電量進(jìn)行對(duì)比分析。系統(tǒng)可自動(dòng)繪制光伏陣列的實(shí)際功率曲線，并對(duì)比光伏組件廠家所提供的標(biāo)準(zhǔn)曲線，調(diào)整設(shè)備相應(yīng)參數(shù)，充分挖掘光伏電站潛力，提高光伏電站的負(fù)荷率，最大限度的提高發(fā)電效率。

3 結(jié)論

分布式光伏發(fā)電擁有良好的市場(chǎng)前景。分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)能很好地集中管理分散的光伏電站，對(duì)提高分布式光伏發(fā)電站的運(yùn)行管理效率，提升生產(chǎn)運(yùn)行管理水平，降低生產(chǎn)運(yùn)行和設(shè)備維護(hù)成本有著重大的意義。但現(xiàn)有的光伏電站的維護(hù)工作量比較大，還需進(jìn)一步深入研究，給出智能專家診斷系統(tǒng)，更有效地提供光伏電站的維護(hù)策略。

參考文獻(xiàn)

[1]王如竹.關(guān)于建筑物節(jié)能及復(fù)合能量系統(tǒng)的幾點(diǎn)思考[J].太陽能學(xué)報(bào)，2002，23（3）：322-325.

[2]馬龍，汪煒.基于ZigBee和Android手機(jī)的分布式光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2014（4）：152-156.