淺析運維平臺在實現(xiàn)光伏發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)控的應用

 摘要：全球化經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,加快了傳統(tǒng)能源的消耗,導致能源日益短缺,與此同時還帶來了嚴重的環(huán)境污染。因此,利用沒有環(huán)境污染的太陽能進行光伏發(fā)電獲得了社會的普遍關注。本文根據(jù)傳統(tǒng)式光伏電站行業(yè)的發(fā)展背景及其監(jiān)控系統(tǒng)的技術設備,給出了現(xiàn)代化光伏電站數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集過程及相應的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)方案。

   關鍵詞：光伏發(fā)電；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)監(jiān)控

1、引言

   能源已經(jīng)成為決定當今社會發(fā)展的關鍵因素。一個國家能否高效、合理的利用隨處可見的新能源，直接決定著這個國家未來的發(fā)展方向。太陽能作為新能源中不可忽視的重要一員，逐漸走入大眾視野。其具有顯著特點主要包括清潔、無污染、易獲得。正是這些顯著的特點使得太陽能的使用逐步流行，并發(fā)展成為新能源領域中的一種趨勢。應運而生的光伏發(fā)電站充分利用太陽能的優(yōu)勢，針對光伏電站行業(yè)進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)可視化及數(shù)據(jù)分析，著力于為光伏設備安裝商、運營商及民用商、光伏用戶提供線上工具支持；為光伏電站投資人提供數(shù)據(jù)參考，降低投資風險。同時光伏發(fā)電站的高度智能化也使得設備的檢查變得簡單，由最開始的安排人員現(xiàn)場檢查逐步變成自動化檢查，較大程度提高人力物力，提高檢查效率。

2、光伏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)操作

2.1光伏系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊的實現(xiàn)

   數(shù)據(jù)采集模塊的主要流程如圖1所示，本模塊主要由數(shù)據(jù)采集器、氣象傳感器、光伏陣列傳感器、通信終端設備組成。光伏系統(tǒng)通過加入現(xiàn)代化的儀器，幫助用戶實時采集光伏電站發(fā)電和當?shù)丨h(huán)境參數(shù)情況。在傳統(tǒng)光伏發(fā)電站的基礎上，改用更加先進的硬件通訊協(xié)議——RS485/422協(xié)議，該協(xié)議能夠更好在網(wǎng)絡中運輸采集的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要包括逆變器數(shù)據(jù)和氣象站數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊的功能實現(xiàn)主要是通過采集模塊平臺收發(fā)消息，進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。該模塊使用的主要是市場上現(xiàn)有的光伏設備生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品，例如英臻、華為、陽光、品聯(lián)、暢洋、淘科等。這些廠商的采集器模塊主要是由傳感器、控制器等單元構成，采用的是遠程數(shù)據(jù)采集的方式。數(shù)據(jù)采集模塊需要的材料是通信芯片、存儲芯片,實現(xiàn)原理則是將各個芯片集成在一塊電路板上。系統(tǒng)通過上述器件集成的電路芯片，來快速獲取光伏電站的變器數(shù)據(jù)和氣象站數(shù)據(jù)。

圖1數(shù)據(jù)采集模塊及流程

2.2光伏系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理模塊的實現(xiàn)

   數(shù)據(jù)處理模塊的實現(xiàn)主要流程如圖2所示。數(shù)據(jù)處理模塊主要完成對接收到的數(shù)據(jù)幀進行校驗、解析和轉換和存入數(shù)據(jù)庫等功能。

圖2數(shù)據(jù)處理模塊的實現(xiàn)主要流程

   數(shù)據(jù)通信模塊是采集器與數(shù)據(jù)預處理平臺之間的通信信道，主要是將設備數(shù)據(jù)使用無線網(wǎng)絡終端發(fā)送到目標端口。采用的TCP/UDP協(xié)議，利用面向連接的TCP協(xié)議來實現(xiàn)IP環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠傳輸。同時又采用端到端發(fā)送數(shù)據(jù)包的方式，通過為采集器獲取的數(shù)據(jù)開辟的連接通道進行傳輸，在數(shù)據(jù)預處理平臺相應端口下進行數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)預處理模塊主要流程如圖3所示：

圖3數(shù)據(jù)預處理模塊主要流程

   數(shù)據(jù)預處理模塊功能實現(xiàn)：首先根據(jù)逆變器、電表、氣象站等不同種數(shù)據(jù)幀格式協(xié)議，制定相應的多種解析器，獲取幀中包含的電站數(shù)據(jù)信息；再獲取傳輸?shù)较鄳獢?shù)據(jù)端口的幀，并將其放入正確的解析器中完成轉義。數(shù)據(jù)預處理模塊主要采用標志點匹配算法，對系統(tǒng)中使用到的各項幀格式進行分析，提取數(shù)據(jù)幀頭，數(shù)據(jù)幀尾的數(shù)據(jù)格式與長度和整幀數(shù)據(jù)長度等，并將其作為標志點，然后對標志點進行自動識別與匹配，將原始幀區(qū)分后交由相應解析器實現(xiàn)解析。

2.3光伏系統(tǒng)中數(shù)據(jù)展示模塊的實現(xiàn)

   數(shù)據(jù)展示模塊的主要實現(xiàn)流程如圖4所示。數(shù)據(jù)展示是指對接收到的電站數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)可視化，展示部分主要分為電站中心，運維中心，展示中心和報表中心。數(shù)據(jù)展示模塊通過對光伏電站的四大中心的展示，給用戶提供詳盡的光伏電站信息，幫助用戶及時了解光伏電站信息和處理光伏電站的突發(fā)事件。

圖4數(shù)據(jù)展示模塊的主要實現(xiàn)流程

3、光伏系統(tǒng)的優(yōu)勢

3.1為光伏電站行業(yè)運行、維護和管理問題提供解決方案

   光伏電站大多建設在偏僻、環(huán)境相對惡劣的地區(qū)，派人值守可行度不高。光伏系統(tǒng)設計者考慮到這一問題，在光伏系統(tǒng)中專門增設了數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊，利用電子器件實時檢查光伏電站情況，并將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡端。在網(wǎng)絡發(fā)達的今天，人們可以隨時通過手機、電腦等進行遠程查看數(shù)據(jù),也可以在發(fā)現(xiàn)問題的第一時間打電話通知電站的管理者。

   數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊完成自動化監(jiān)控的具體解決措施主要有：（1）建立相關的光伏電站管理機制，并充分利用數(shù)字信息化技術，實現(xiàn)光伏電站數(shù)據(jù)共享和遠程監(jiān)控。（2）建立完善的系統(tǒng)故障處理體系,將電站各設備在運行中出現(xiàn)的故障進行整理分類,并記錄下相關故障的處理方法。（3）組織技術人員參加各種培訓，使其掌握一般系統(tǒng)故障的產(chǎn)生原因,并培養(yǎng)其妥善解決故障的能力。同時安排操作人員負責與設備廠商的聯(lián)絡工作,當電站遇到機械故障時,也能第一時間通知維修人員進行搶修,或者在較短的時間內(nèi)通知設備廠商更換設備。光伏系統(tǒng)通過上述措施很好實現(xiàn)了自動化監(jiān)管功能，幫助公司減少了人力資源的浪費。

3.2為光伏電站投資人的投資行為提供決策依據(jù)和數(shù)據(jù)支持

   光伏產(chǎn)業(yè)作為新能源產(chǎn)業(yè),是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一。光伏發(fā)電投資不僅可以給經(jīng)濟社會發(fā)展提供清潔的能源與電力,而且還可以給投資者帶來豐厚的收益。再加上近些年對其大力支持,所以光伏電站逐漸成為投資熱點。投資者在確定光伏發(fā)電是否為一個正確的投資項目之前,可以先對光伏投資項目的特征進行一定的了解,幫助其正確理解和把握光伏發(fā)電投資的風險。投資方可將第三方機構的監(jiān)控數(shù)據(jù)作為投資決策的參考依據(jù)，了解各種風險因素。同時也可根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)實時的查看投資和收益狀況，并在之后的合同中制定相應規(guī)避風險的方案。

3.3為光伏養(yǎng)老、光伏脫貧、電站交易等提供數(shù)據(jù)共享和決策支持

   光伏扶貧是國家大力倡導的,不僅符合以低碳為理念的能源發(fā)展戰(zhàn)略，而且也符合以扶貧為工作重點的農(nóng)村幫扶計劃。光伏扶貧可以幫助農(nóng)村解決用電問題,同時也可以利用農(nóng)村的勞動力,利用光能來獲得收入。

   光伏系統(tǒng)為農(nóng)民脫貧提供途徑。光伏系統(tǒng)為實現(xiàn)光伏脫貧的具體措施有：（1）在指導支持下確定合適的光伏扶貧模式，建立光伏電站，進行資金投入，同時確定相應的光伏養(yǎng)老政策。（2）在鼓勵的基礎之上，選擇有技術手段、有技術實力的光伏脫貧實施單位，同時以村集體為單位進行光伏電站管理,光伏發(fā)電所得投資收益也由村集體分發(fā)給各戶。（3）給當?shù)乩习傩兆龉夥娬竟芾矸矫娴南嚓P培訓，解決部分貧困百姓就業(yè)問題。同時教會農(nóng)村的青壯年一些電站交易的知識,用相對豐厚的待遇留住人才。

4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

4.1概述

          AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)測光伏站點的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

4.2應用場所

   目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

4.3系統(tǒng)結構

   在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網(wǎng)關將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務器，并將數(shù)據(jù)進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

4.4系統(tǒng)功能

          AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構，任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運行狀態(tài)（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網(wǎng)、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

4.4.1光伏發(fā)電

4.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機容量，實時發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

4.4.1.2電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。

4.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數(shù)顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。

4.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表

4.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、直流側的數(shù)據(jù)。

●展示當前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號及廠商。

4.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

4.4.2事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內(nèi)容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內(nèi)容，發(fā)生時間以及確認狀態(tài)。

4.4.3運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭，可以實時監(jiān)視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

4.5系統(tǒng)硬件配置

4.5.1 交流220V并網(wǎng)

   交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。

   部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.2 交流380V并網(wǎng)

   根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網(wǎng)，以當?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產(chǎn)權分界點外，還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規(guī)定，以及相關標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足國家電網(wǎng)公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息的遠程自動采集。

   光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結算。

   部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

   這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.3 10kV或35kV并網(wǎng)

   根據(jù)《國家能源局關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術要求的前提下，通過內(nèi)部多點接入配電系統(tǒng)。

   此類分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。

   光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。

   上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設置)，最后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：

5、結論

   隨著太陽能等清潔能源的使用領域越來越廣,光伏發(fā)電技術也在不斷普及，數(shù)據(jù)采集和遠程監(jiān)控也變得越來越重要。數(shù)據(jù)采集對于后期的科研分析具有重要的實際意義。而遠程監(jiān)控不僅可以降低運營成本,而且也有利于光伏電站的日常運行管理、設備維護等。在光伏系統(tǒng)大力度發(fā)展下，越來越多的人從眾受益。電力公司可以使用遠程監(jiān)控系統(tǒng)替代員工的值守，投資人員可借助光伏系統(tǒng)獲取更將詳盡的電站信息，為后期的投資提供決策依據(jù)，農(nóng)民也可在光伏系統(tǒng)的幫助下脫貧。