高寒地區獨立光伏電站遠程監控系統的研究

袁興建 周國民

（西藏自治區能源研究示范中心，西藏 拉薩 850000）

西藏地廣人稀，造成電網輸電成本過高，電力供應穩定性得不到保證，如何保證偏遠地區群眾的生產生活用電，西藏豐富的太陽能資源使得獨立光伏電站成為偏遠鄉鎮、鄉村電力保障的必然選擇。但獨立光伏電站存在建設過于分散，所在地區電站運維人員極少，電站檢測設備極少等問題。電站出現故障需要維修，只能依靠電站運維人員先到電站查明原因，然后，返回購買故障部件，再到電站進行維修，部分故障需要往返好幾次，才能完成維修，造成運維成本過高，供電的穩定性得不到保證。構建獨立光伏電站遠程監控系統對電站運行數據進行實時監控，并通過電站運行數據建立實時分析控制系統，使電站運維人員實時掌握電站情況，電站運行數據不斷收集為電站升級改造提供數據支撐。文章基于北斗衛星通信研制一套適應高寒地區氣候特性獨立光伏電站遠程監控系統，獲取光伏電站所在地的太陽總輻射量、環境溫度，光伏電站直流匯流箱、蓄電池、逆變器等設備的運行參數狀態［1］，并通過運行數據的分析，對電站實施實時控制，并將數據儲存在數據庫，便于查詢，為高寒地區光伏電站升級改造提供數據支持。文章試點電站為那曲地區嘉黎縣林堤鄉獨立光伏電站，電站容量15kW，僅對當地部分單位供電使用，同時電站建成時間較早，不具備在線實時監測能力。

1 技術原理和組成

北斗指揮機接收電站通過北斗用戶終端傳回來的數據包，根據特定的協議進行解包，還原成可用的監測數據和運行參數，并將數據實時存入數據庫。同時通過專業軟件對數據進行分析整理，并將電站運行數據實時顯示在數據中心的顯示屏上，及時將故障信息通過郵件或短信通知電站運維人員。

1.1 數據采集

根據獨立光伏電站的組成，采集光伏電站的直流匯流箱、蓄電池、逆變器等設備的電性能參數和電站所在地的環境溫度、太陽總輻射等環境參數，其原理如圖1所示：

圖1 監控系統采集端原理圖

監控系統采集端通過電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器和總輻射表等傳感器采集光伏電站的光伏陣列參量、蓄電池參量、逆變器參量及電站環境參量，將這些參量傳輸到數據采集儀，數據采集儀按照ModBus協議［2］，并通過RS485將數據傳給控制器。文章所選電站在海拔4700米的高寒地區，必須考慮到高寒地區大氣壓低引起的設備散熱慢，絕緣強度降低；紫外線強和天氣變化無常引起戶外設備易老化，環境溫度過低等問題。在設計監控系統采集端時，均要求設備滿足電站所在地區氣候特性要求，提高傳感及設備的散熱、絕緣、抗老化及抗低溫性能［3］。

1.2 遠程數據傳輸

監控系統的數據傳輸系統設計如圖2所示

圖2 監控系統數據傳輸原理圖

數據傳輸原理是傳感器直接將電信號傳入數據采集儀，數據采集儀將信號按照ModBus協議傳給控制器，連接使用RS485串口；控制器將接收到的數據進行解包和解析，按照ModBus協議封裝為符合北斗專用協議［4］的數據包，通過RS485發送到北斗終端；北斗終端將控制機發送的數據包通過北斗衛星發送到監控中心的北斗指揮機，通信協議為北斗專用協議；北斗指揮機使用北斗專用協議將數據通過專用接頭和RS485串口傳給接收機，由接收機負責解包為原有的ModBus協議，再次解析并輸入數據服務器的數據庫中。

1.3 后臺監控系統及數據處理

后臺監控數據系統和數據處理原理如圖3所示

圖3 后臺監控系統原理圖

后臺監控系統原理是數據數據庫分為實時數據庫和集中儲存數據庫。實時數據庫用于電站運行狀態的實時監控，并完成自動報警功能。集中儲存數據庫用于數據查詢分析和為電站的研究提供支持；通過Web服務提供網絡端、移動端查詢和遠程數據分析；通過推送服務提供短信、郵件等方式的故障信息推送服務。

2 監控系統基本功能

2.1 電站實時顯示功能

電站運行數據實時顯示在監控中心（如表1），以便實時了解電站實時狀況，同時根據設定閥值實現自動報警。

表1 監控系統實時顯示表

2.2 監控系統數據分析整理功能

根據電站運行數據計算電站發電量和用電量（如圖4），計算電站各部分效率；分析電站運行數據，掌握電站設備運行狀態，及時排除隱患。

圖4 2017年5月8日電站日發電量和用電量

根據發電和用電曲線計算，該光伏電站日發電量23kWh，日用電量34kWh。

3 結語

西藏偏遠地區存在網絡和移動信號微弱、信號穩定性差等問題，選擇技術成熟、數據傳輸穩定性好的北斗衛星通信技術，為西藏獨立光伏電站遠程監控系統提供技術支持，實時傳輸電站各項參數、監控電站運行情況，及時了解故障產生原因并做出處置。監控系統的搭建將為偏遠地區獨立光伏電站的監控管理，提供一種數據傳輸穩定、可靠、低成本的監控方案。同時將西藏光伏電站運行數據接入數據監控中心，組成光伏電站數據云，為西藏光伏產業的高速健康發展提供有力支撐。