光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)在光伏電站運(yùn)營中的作用及發(fā)展趨勢

徐艷華

（江蘇林洋新能源科技有限公司，江蘇南京 210004）

0 引言

光伏電站是指與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)，是國家近年來大力鼓勵建設(shè)發(fā)展的綠色能源項(xiàng)目。作為光伏電站應(yīng)用過程中的重要方面，監(jiān)控自動化系統(tǒng)的接入方式至關(guān)重要。該項(xiàng)課題的研究，將會更好地提升對光伏電站接入自動化系統(tǒng)方式的分析與了解，從而通過有效的管理提升光伏電站的運(yùn)營效益和運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本。

1 光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)簡述

監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器作為光伏區(qū)逆變器、匯流箱、箱逆變一體機(jī)等電氣設(shè)備數(shù)據(jù)采集、處理、存儲及網(wǎng)絡(luò)管理的中心，以及光伏區(qū)數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的主要人機(jī)對話界面，用于設(shè)備圖形及信息報表顯示、事件順序記錄及故障報警狀態(tài)顯示和查詢、光伏區(qū)電氣設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的查詢、操作指導(dǎo)、操作控制命令的解釋和下達(dá)，等等。運(yùn)維人員可通過監(jiān)控主機(jī)對光伏區(qū)逆變器、匯流箱、箱逆變一體機(jī)等電氣設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)測和操作控制，同時也使監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)、管理可完成數(shù)據(jù)庫的定義、修改，系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、軟件系統(tǒng)診斷等工作。對光伏區(qū)后臺監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)僅允許在監(jiān)控主機(jī)上進(jìn)行，并具有安全性的登錄保護(hù)。

光伏電站接入自動化系統(tǒng)監(jiān)控后臺采用開放式、分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)縱向分為間隔層和站控層。間隔層采用電氣單元設(shè)置的測控單元，站控層采用功能分布結(jié)構(gòu)。間隔層與站控層之間采用單以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。通信線纜通常使用RS485 屏蔽雙絞線帶鎧光纜，以此保證傳輸速率并增加可靠性，部分項(xiàng)目為節(jié)省施工及材料成本，已采用LTE 通信方式。

（1）間隔層。間隔層負(fù)責(zé)完成升壓站設(shè)備的控制監(jiān)視，各測控單元可實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)設(shè)備的采集和控制。所有間隔層設(shè)備測控單元均應(yīng)設(shè)置必要的人機(jī)接口設(shè)備，必要時自行完成就地監(jiān)控功能。各間隔設(shè)備相對獨(dú)立。光伏場區(qū)間隔層測控單元配置一個光伏集中監(jiān)控單元。

（2）站控層。一般根據(jù)用戶要求配置如下設(shè)備：①2 臺監(jiān)控主機(jī)（兼操作員站、工程師站），配置2 套，冗余配置。2 臺配置可區(qū)分電站側(cè)數(shù)據(jù)和光伏區(qū)數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)時互不干擾。②打印機(jī)配置2 套。A3A4 各1 套。打印實(shí)時設(shè)備運(yùn)行信息，提高人工操作效率。

（3）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。為滿足網(wǎng)絡(luò)通信的需要，按需要配置相應(yīng)的傳輸介質(zhì)轉(zhuǎn)換設(shè)備（如光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器）、接口熔接設(shè)備（如光纖接頭盒）等。

2 光伏區(qū)后臺系統(tǒng)功能

（1）設(shè)備數(shù)據(jù)采集和處理。光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時采集光伏區(qū)逆變器、直流匯流箱、箱逆變一體機(jī)的遙測信號、遙信信號、告警信號等，保證逆變器高效和穩(wěn)定運(yùn)行。通過全部電站設(shè)備運(yùn)行狀況的集中監(jiān)控、故障自動告警和專家級診斷，提高故障分析準(zhǔn)確性和縮短故障處理時間，提高設(shè)備檢修質(zhì)量和生產(chǎn)安全性。通過生產(chǎn)運(yùn)營工作的集中管理和統(tǒng)一指揮，實(shí)現(xiàn)備品配件等資源的優(yōu)化配置和規(guī)范管理。

（2）建立數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫具有儲存實(shí)時數(shù)據(jù)的功能并保存運(yùn)行報表。

（3）控制及調(diào)節(jié)。具備對站內(nèi)設(shè)備的實(shí)時控制及調(diào)節(jié)功能。

（4）防誤閉鎖。

（5）數(shù)據(jù)通信。

（6）系統(tǒng)自診斷。

（7）時鐘對時。

（8）報文及記錄分析。

（9）語音報警。

（10）培訓(xùn)仿真及軟件開發(fā)。

（11）自恢復(fù)功能。

3 光伏區(qū)設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)視的重要性

（1）實(shí)時監(jiān)測光伏區(qū)設(shè)備數(shù)據(jù)可以提升運(yùn)維管理模式。①主動型。實(shí)施主動性的預(yù)防維護(hù)措施。運(yùn)維計劃的預(yù)防性和前瞻性。運(yùn)維工作實(shí)時可追蹤。②持續(xù)型。設(shè)備精細(xì)化管理。設(shè)備持續(xù)化管理。設(shè)備科學(xué)化管理。③精細(xì)型。標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維流程。完整有效的運(yùn)維管理平臺。精準(zhǔn)的運(yùn)維定位與管理。

（2）專家資源集中配置，提高管理效率。

（3）同類設(shè)備不同區(qū)域統(tǒng)一調(diào)度，降低庫存風(fēng)險。

（4）故障處理經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)一推廣，提高運(yùn)維效率。

圖1 光伏電站

4 光伏區(qū)設(shè)備數(shù)據(jù)接入方案

（1）光伏區(qū)配置單獨(dú)監(jiān)控后臺，實(shí)時采集光伏區(qū)逆變器、直流匯流箱等智能設(shè)備數(shù)據(jù)。光伏區(qū)監(jiān)控后臺可安裝在開關(guān)站二次設(shè)備監(jiān)控室內(nèi)。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)采用符合DL/T 860（IEC 61850）標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)。規(guī)約支持南自IEC 103、南瑞繼保IEC 103、南瑞科技103協(xié)議、IEC104 協(xié)議等。光伏區(qū)主設(shè)備及光伏區(qū)智能電氣設(shè)備滿足以上規(guī)約均可接入。

（3）光伏監(jiān)控系統(tǒng)采用的通信手段主要包括工業(yè)RS485 總線、工業(yè)以太網(wǎng)、CAN 總線、無線4G LTE 等。

（4）針對光伏區(qū)逆變器的類型，可分為組串式逆變器接入光伏電站監(jiān)控、集中式逆變器接入光伏電站監(jiān)控及混合式接入光伏電站監(jiān)控。①組串式逆變器接入光伏電站監(jiān)控，光伏區(qū)用組串式逆變器，逆變器至數(shù)據(jù)采集器可以利用電力載波技術(shù)。箱變及智能設(shè)備可以通過RS485 或以太網(wǎng)接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備。由數(shù)據(jù)采集器連成光纖環(huán)網(wǎng)接入監(jiān)控系統(tǒng)。②集中式逆變器接入光伏電站監(jiān)控，光伏區(qū)用集中式逆變器，逆變器、匯流箱等智能設(shè)備通過RS485 總線方式接入箱變測控，由箱變測控裝置連成光纖環(huán)網(wǎng)接入監(jiān)控系統(tǒng)。③混合式接入光伏電站監(jiān)控，由組串式逆變器和集中式逆變器組成，數(shù)據(jù)組環(huán)網(wǎng)時可采用箱變測控或統(tǒng)一用同一類型的光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)連成光纖環(huán)網(wǎng)接入監(jiān)控系統(tǒng)。

（5）光伏區(qū)光纜敷設(shè)路徑盡量同高壓一次電纜一致，可節(jié)省施工成本。

（6）團(tuán)隊(duì)整體工作以電站高效管理為核心，多業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息共享，同時要求保證關(guān)鍵信息安全。

光伏電站如圖1 所示。

5 光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

（1）從粗放式分散管理轉(zhuǎn)向智能集中化管理：①統(tǒng)一管理不同區(qū)域電站；②專家資源集中配置，提高管理效率；③同類設(shè)備不同區(qū)域統(tǒng)一調(diào)度，降低庫存風(fēng)險；④故障處理經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)一推廣，提高運(yùn)維效率。

（2）單個電站運(yùn)營商管理規(guī)模越來越大，精細(xì)化程度越來越高：①數(shù)據(jù)粒度分類：逆變器級、組串級電流、組串級電壓電流、組件級；②數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)量分類，包括逆變器運(yùn)行狀態(tài)和告警、組串運(yùn)行狀態(tài)及發(fā)電量、環(huán)境數(shù)據(jù)、電站及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、運(yùn)維統(tǒng)計數(shù)據(jù)、資產(chǎn)信息、設(shè)備的健康數(shù)據(jù)等。

（3）逐步實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析平臺下的業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合。一體化平臺向大數(shù)據(jù)分析平臺轉(zhuǎn)變，用戶整體工作以電站高效管理為核心，多業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息共享，同時滿足關(guān)鍵信息安全。

6 結(jié)束語

加強(qiáng)對光伏電站光伏區(qū)信息接入的研究分析，對于其取得良好實(shí)踐效果意義十分重要。可以提高電站運(yùn)行的管理效率，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。