基于力控的戶用光伏能源管理系統設計

摘要：出于保護環境的考慮以及全球面臨的能源短缺現狀，太陽能發電項目在世界范圍內得到了快速發展。除大型地面發電站之外，戶用小型光伏發電項目的建設得到了政府的多項政策支持，但由于戶用系統分散、光照資源不均等問題，需要在數據采集的基礎上，采用軟件監測分析和優化系統控制策略，實現能源管理。

關鍵詞：新能源；戶用光伏；力控；能源管理

隨著光伏行業的技術進步，太陽能單千瓦發電成本逐步降低，在經濟性上已經能夠與核能發電、水力發電展開競爭。其中分布式光伏發電可就近消納，減少因遠距離輸電造成的電能損耗，系統設計具有模塊化設計的特性，擴展性強，容量可靈活選擇，是光伏扶貧項目的首要選擇。而在地面集中式光伏電站資源逐漸稀缺的情況下，有效利用企業閑置的廠房、商業建筑表層等資源建屋頂電站，集約利用農業設施等實行農光或漁光互補，也可進一步拓展光伏發電市場。

1 戶用光伏發電系統

小型戶用光伏電站主要由光伏電池陣列、匯流箱、逆變柜、交流配電柜等組成，以50平方米可用屋頂面積來測算，裝機容量5千瓦，安裝費用約3萬元至4萬元。由太陽能二級能源地區一年平均日照1200小時計算，年發電量可達5000多千瓦時。目前對分布式光伏電價，國家補貼每千瓦時0.42元，普通家庭安裝1套系統收回成本時間為7年至8年，之后15年則是純收益，對用電量大的高能耗企業和商業寫字樓，也更加利于節省供配電與用電成本。但由于缺乏統一的行業技術標準與管理措施，戶用光伏發電系統的發電量逐年下降。

在“6·30”地面電站補貼下調之后，分布式光伏成為未來行業發展的主流方向，從政策制定的靈活性、上網電價水平，乃至電力消納等配套設施的建設上都具有優勢，如何提供全站設備的本地和遠程運行監控和管理、視頻監控、以及按照規定的協議進行數據傳輸，是電站業主和電網公司所共同關心的問題。現有光伏電站監控系統主要從逆變器出發，對電站運行參數進行監測，基礎數據包括：當前總功率、發電量、二氧化碳減排量、直流電壓、直流電流、直流功率、交流電壓、交流電流、逆變器機內溫度等，同時獲取電站中的其它設備的信息及控制開關設備，實現發電用電管理。

2 力控能源管理系統設計

戶用光伏發電系統具有通信模塊布置范圍廣闊，設備線路交錯復雜等特點，而所有光伏逆變器/通信模塊可通過光纖、以太網、RS485總線等等任意形式連接至主控室的信息采集系統，經轉換后鏈接三維力控信息采集系統，實現整個光伏系統的監控，下圖所示為系統架構圖。

系統主界面顯示各戶用光伏發電設備的運行狀態，如開機、停機、并網、離網等情況，并顯示逆變器的運行數據，如瞬時發電功率、累計發電量、輸入輸出的電壓、電流、功率等，將下位機的數據調入上位機，必要時還可以用曲線或圖表的形式直觀地顯示出當前狀態與統計數據。通過逆變器數據的分析對比可以了解整個光伏電站的運行情況，及時顯示線路與控制器、逆變器運行過程中發生的故障，在報警時，能顯示出故障的類型及發生時間，以便運行人員及時處理及消除故障，保證光伏逆變器/通信模塊的安全和持續運行。

以三峽電力職業學院工業中心屋頂電站為例，學校引進南京康尼公司KNT風光互補發電實訓裝置，使用工控一體機對風力發電、光伏發電、逆變系統分別進行數據采集，同時與西門子s7-200PLC及電池管理系統BMS通訊，采集運行狀態，由匯編語言代替梯形圖搭建監開關控制程序，實現充放電自動控制與離并網狀態轉換，提高系統使用效率與安全性。系統具有運行數據的定時打印和人工即時打印以及故障自動記錄的功能，可隨時查看歷史記錄情況。

2 結論

在基于力控的光伏電站監控系統基礎平臺上，搭建能源管理系統組態界面，可實現監測數據直觀顯示、發電量統計與報表核算等功能，滿足用戶中心數據庫的要求。在進行遠程數據采集和控制時，保證了光伏數據的實時性和可靠性。

參考文獻：

[1]全球新能源發展報告2016[R].中華新能源，2016.

[2]分布式光伏發電接入系統典型設計[S].國家電網公司，2012.

[3]陳楠、朱曦.基于力控的風光互補發電監控系統[J].自動化與信息工程，2016年.第37卷第三期

[4]陳大英、陳燕霞、陳大鵬.提高戶用光伏發電站收益的五因素[J]電工電氣，2015年第7期62-64

[5]黃勇.新型智能戶用光伏系統[J].大眾科技，2015年4月總第17卷第188期 53-57

作者簡介：熊京晶（1990.07-），女，漢族，湖北宜昌，助教，本科學士，主要從事新能源應用技術教學與光伏發電研究endprint