分布式光伏電站的智能監控技術及平臺開發研究

李婷婷

摘要：為了實現碳達峰及碳中和的目標，需要大力發展新能源，提高新能源在電力能源體系中的占比。其中以光伏為代表的新能源裝機容量提升較快，已經成為電力系統中的重要能源類型。其中分布式光伏由于建設場景較為靈活，總裝機容量較大，需要對眾多分布式光伏電站加強監控，以保證分布式光伏電站的穩定運行。本文系統分析了分布式光伏電站的智能監控技術，并介紹了分布式光伏電站管控平臺的開發原理。

關鍵詞：分布式? 光伏電站 智能監控? 平臺開發

Development of Intelligent Monitoring Technology and Platform for Distributed Photovoltaic Power Stations Research and Development

LI? Tingting

（National Grid Gansu Electric Power Company， Gannan Power Supply Company， Gannan， Gansu Province， 747000 China ）

Abstract： In order to achieve the goal of carbon peak and carbon neutrality， it is necessary to vigorously develop new energy sources， increasing the proportion of new energy in the power energy system. Among them， the installed capacity of new energy， represented by photovoltaic， increases rapidly， and has become an important type of energy in power system. Because of the flexible construction scene and large total installed capacity， it is necessary to monitor and control many distributed PV power plants to ensure the stable operation of distributed PV power plants. In this paper， the intelligent monitoring technology of distributed pv power station is analyzed， and the development principle of management and control platform of distributed pv power station is introduced.

Key Words： Distributed; Photovoltaic power station; Intelligent monitoring; Platform development

分布式光伏電站在地理位置分布上較為復雜，包括屋頂、山區等場合，采用傳統的監控平臺難以實現對分布式光伏電站的有效監視及控制，并且監控的效率及準確度相對都不高。為此有必要構建高效的分布式光伏電站監控平臺，實現對光伏電站內不同廠商、不同類別、不同型號的逆變器及其他設備的有效管理，并實現對區域內所有光伏電站的完整、統一的實時監測和控制，更好地保障分布式光伏電站的穩定運行[1]。本文首先分析了分布式光伏的發展現狀及發電特性，其次闡述了具體的分布式光伏電站智能監控的實現原理及監控系統所具備的功能，最后分析了分布式光伏電站管控平臺的開發技術，包括網絡通信技術及網絡安防技術等。

1 分布式光伏的發電特性

1.1 分布式光伏的發展現狀

當前無論是分布式光伏還是集中式光伏，裝機容量都在快速增加，發展形勢較好，光伏發電在電力消費中的占比也在顯著提升。分布式光伏一般接入配電網，使得配電網中的功率具備雙向流動的特征，今后還將有大量的分布式光伏電站接入系統。但當大規模的分布式光伏接入系統之后，需要對這些分布式光伏電站進行監控，才能夠掌握光伏電站的具體運行信息，從而指導電網調度運行人員，優化系統的運行方式。

1.2 分布式光伏的發電特性

光伏發電系統主要是依靠太陽能電池板接受太陽光照強度，并將太陽能轉化為電能，故其出力大小和光伏陣列中所接受到的光照強度具有直接的關系。在發電特性上，表現為白天的出力較大，而晚上沒有太陽光照的時段則出力為零。光伏出力除了具有這一波動性之外，還具有隨機性，要求電力系統具備一定的正旋轉備用容量和負旋轉備用容量，以滿足系統功率實時平衡的要求。

2 分布式光伏電站的智能監控技術

2.1 分布式光伏電站智能監控的原理

為了實現對分布式光伏電站的智能監控，在光伏電站監控系統中需要用到監控功能模塊、感應功能模塊和計算功能模塊等。其中利用監控功能模塊，可以對分布式光伏電站中的逆變器等元件及電路進行實時監控。感應功能模塊主要是由溫度傳感器及光學傳感器等組成。溫度傳感器用來采集光伏電站設備的運行溫度信息，當溫度超過了所設定的閾值時，應可靠發出告警信息[2]。光學傳感器可以用來監控光伏電站中的太陽光強度，從而更好地對分布式光伏電站進行管理。計算功能模塊則可以對所采集到的光伏電站運行數據進行分析和處理，得出具體的光伏電站運行狀態結果。同時在分布式光伏電站的智能監控系統中，可以分為子站和主站兩個層級，通過統一的通信規約和通信程序，實現數據的采集上送及運行控制指令下發。

2.2 分布式光伏電站智能監控的功能

構建分布式光伏電站智能監控平臺，對于優化分布式光伏電站的運行也具有重要作用。當分布式光伏電站的裝機容量較大時，會給電網的運行帶來一定的影響，甚至會對電網的穩定運行帶來一定的挑戰。而采用分布式光伏電站智能監控平臺，可以對轄區內各個分布式光伏電站的運行情況進行有效的控制，如圖1所示為光伏電站的功率控制指令發送基本流程圖。

從圖1中可以看出，分布式光伏電站監控平臺可以根據當前的各電站出力情況、日前計劃、調峰約束、光伏接納能力等數據信息，進行整體的功率分配計算，并給各個分布式光伏電站下達發電計劃。各個電站的實際出力數據需要在計劃值的范圍內，這樣就能夠正常在整個電網全局范圍內，對各個分布式光伏電站進行統籌調度，從而優化電網的運行。

3 分布式光伏電站管控平臺的開發技術

3.1 分布式光伏電站管控平臺的結構

在開發分布式光伏電站管控平臺之前，首先需要設計好分布式光伏電站管控平臺的結構，并評估該架構是否能夠滿足監控的需求，同時在網絡通信安全性能上是否也滿足要求[3]。由于分布式光伏電站在地理位置分布上較為分散，難以采用有線通信的方式，一般都是采用無線通信系統，將各個分散的分布式光伏電站相互之間連接起來，而有線通信方式一般應用在集中式光伏電站的通信場合中，如圖2所示為分布式光伏電站集中監控系統架構圖。

從圖2中可以看出，分布式光伏電站集控系統負責對若干個地理位置分散的光伏電站子站群進行統計集中監視和控制。集中監控平臺起到上傳下控的作用，既能夠接受子站系統所上傳的數據信息，同時也能夠下發相應的控制指令給各個分布式光伏子站群，達到對分布式光伏電站運行控制的目的。在分布式光伏電站集中監控主站系統的網絡組網方式上，可以采用千兆以太網組網，并構建雙網冗余配置，以提高主站網絡系統的通信可靠性。

3.2 分布式光伏電站管控平臺中的網絡通信技術

根據圖2中的光伏電站集控系統架構，各個分布式光伏子站群要和集控中心進行通信，需要借助無線通信網絡才能實現。而無線通信網絡系統除了具備應用靈活方便的優點外，也存在易遭受網絡攻擊等安全性問題。為了保證分布式光伏電站管控平臺中的通信系統運行穩定，首先需要保證通信系統中的光纖等鏈路運行可靠，其次是需要在通信系統中配置相應的網絡安全防護技術措施，提高分布式光伏電站數據在子站和監控主站之間通信過程中的安全性[4-6]。如可在分布式光伏子站群和集控主站之間部署信息加密裝置，根據數據通信吞吐量的大小，來決定選擇相應容量的信息加密裝置。此外，在分布式光伏監控主站系統中，應部署惡意代碼防護程序和安全審計系統，以便能夠及時發現監控主站系統中所存在的異常進程等，并對各個網絡訪問行為進行安全審計，保障分布式光伏電站監控主站系統的網絡安全。

4 結語

分布式光伏電站由于分布較廣，對其進行統一監控的難度較高，而這也是發展分布式光伏、實現大規模工業化應用所需要克服的關鍵技術。通過實現分布式光伏電站的智能監控，可以提高優化分布式光伏出力和運行，提升分布式光伏的消納能力。本文所分析的分布式光伏電站的智能監控平臺開發技術，對于提高分布式光伏電站的運行穩定性具有一定的價值。

參考文獻

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