任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，對于光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的需求也日益迫切，“互聯(lián)網(wǎng)+"時代，“互聯(lián)網(wǎng)+"的理念已經(jīng)轉化為科技生產(chǎn)的動力，促進了產(chǎn)業(yè)的升級發(fā)展，本文結合“互聯(lián)網(wǎng)+"技術提出了一種針對分散光伏發(fā)電站運行數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)采集、分析、處理，查看實時運行情況，并通過移動APP對光伏電站運行參數(shù)進行監(jiān)控及日常管理的應用技術。

關鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+光伏發(fā)電站；遠程運維平臺；數(shù)據(jù)采集；TCP協(xié)議；UDP協(xié)議

0、前言

隨著光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，對于光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的需求也日益迫切，“互聯(lián)網(wǎng)+"時代，“互聯(lián)網(wǎng)+"的理念已經(jīng)轉化為科技生產(chǎn)的動力，促進了產(chǎn)業(yè)的升級發(fā)展，本文結合“互聯(lián)網(wǎng)+"技術提出了一種針對分散光伏發(fā)電站運行數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)采集、分析、處理，查看實時運行情況，并通過移動APP對光伏電站運行參數(shù)進行監(jiān)控及日常管理的應用技術。

1、系統(tǒng)設計

1.1總體設計思路

光伏組件在接收充分光照后產(chǎn)生的太陽能通過蓄電池存儲轉化成電能，夜晚光照度減弱，蓄電池開始對用電器進行供電，循環(huán)往復工作，節(jié)省了非可再生資源，同時光伏發(fā)電的線路結構簡單操作方便，環(huán)保無污染，更節(jié)省了大量的人工?；诨ヂ?lián)網(wǎng)+的光伏發(fā)電管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)分散的光伏發(fā)電站網(wǎng)絡化統(tǒng)一管理。

本系統(tǒng)運行中，通過數(shù)據(jù)采集傳輸單元控制光伏電站數(shù)據(jù)采集控制單元，實時監(jiān)控光伏發(fā)電站現(xiàn)場設備的運行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)等并通過多種網(wǎng)絡接入方式，接入互聯(lián)網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，將參數(shù)實時發(fā)送至后臺服務器，本地監(jiān)控控制系統(tǒng)使用光伏發(fā)電監(jiān)控主機對服務器接收到的數(shù)據(jù)分類匯總、分析、處理，生成圖表等并進行分析處理。監(jiān)控APP端可以同步監(jiān)控主機，顯示數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行整理分析、獲取運行參數(shù)、查看實時運行情況，對光伏電站進行日常管理，不僅可以做到實時、移動監(jiān)控，更可以降低運營成本，減少開支?？傮w結構如圖1所示，具體實現(xiàn)的功能包括如下幾個方面：光伏電站數(shù)據(jù)采集控制單元、數(shù)據(jù)采集傳輸單元、網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)、后臺服務器、光伏發(fā)電監(jiān)控主機、手機APP。

1.2光伏電站數(shù)據(jù)采集控制、傳輸單元硬件設計

光伏電站數(shù)據(jù)采集控制傳輸單元主要是由溫度傳感器、光傳感器、溫濕度傳感器、風速風向傳感器、數(shù)字電位器、電磁繼電器、STM32F106單片機、網(wǎng)絡接入模塊及電路的接口部分組成。數(shù)據(jù)采集監(jiān)控單元模塊將現(xiàn)場溫濕度、光照強度、風向風速以及發(fā)電單元發(fā)電參數(shù)等等通過網(wǎng)絡通信，發(fā)送至后臺服務器。同時，控制傳輸單元接收監(jiān)控主機發(fā)送的各種控制命令，能遠程控制發(fā)電模塊的運行。后臺服務器實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲、監(jiān)控和控制系統(tǒng)的部署，及連接控制端，為光伏電站數(shù)據(jù)采集單元與監(jiān)控系統(tǒng)之間建立聯(lián)系。后臺服務器主要功能模塊如圖2所示。

1.3移動監(jiān)控平臺軟件系統(tǒng)設計

監(jiān)控APP基于Android系統(tǒng)平臺進行開發(fā)，系統(tǒng)通過TCP協(xié)議及UDP協(xié)議實現(xiàn)APP與網(wǎng)絡后臺服務器監(jiān)控系統(tǒng)的APP通信控制模塊通信。APP可以實時訪問后臺服務器，對光伏電站運行進行監(jiān)控和控制操作，提供方便、快捷、實時地操作。手機APP客戶端軟件總體結構圖如圖3所示?？蛻舳塑浖ㄟ^TCP協(xié)議對遠程服務器實現(xiàn)登錄及客戶端基本參數(shù)的傳輸。在完成客戶端基本運行參數(shù)傳輸處理之后，通過UDP協(xié)議同步監(jiān)控主機參數(shù)，顯示光伏發(fā)電模塊數(shù)據(jù)，獲取運行參數(shù)查看實時運行情況，對數(shù)據(jù)進行整理分析，對光伏電站進行日常管理監(jiān)控。

2、系統(tǒng)測試分析及結論

移動監(jiān)控APP模塊，是光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)研究課題中，后臺監(jiān)控系統(tǒng)的一個子模塊，為系統(tǒng)監(jiān)控管理者提供移動監(jiān)控平臺。系統(tǒng)前端數(shù)據(jù)監(jiān)控采集模塊通過對各種傳感器對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并通過GPRS遠程傳輸模塊將采集結果傳輸至后臺服務器，移動監(jiān)控APP能實時與后臺服務器進行交互，實時顯示發(fā)電模塊運行狀態(tài)，并根據(jù)應用需要可向監(jiān)控模塊發(fā)送控制命令對現(xiàn)場監(jiān)控設備進行控制。經(jīng)過測試，移動監(jiān)控APP模塊各項參數(shù)及遠程控制的傳輸、顯示總體達到系統(tǒng)設計要求，下一步將在現(xiàn)有設計基礎上實現(xiàn)系統(tǒng)多機位實時監(jiān)控，組網(wǎng)發(fā)電調度控制研發(fā)。

3、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

3.1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。

3.2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。

3.3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。

3.4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）。

3.4.1光伏發(fā)電

3.4.1.1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

3.4.1.2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)。

3.4.1.3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。

3.4.1.4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。

3.4.1.5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

3.4.1.6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。

3.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

3.4.2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，記錄報警內容，發(fā)生時間以及確認狀態(tài)。

3.4.3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。

3.5系統(tǒng)硬件配置

3.5.1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：

3.5.2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：

3.5.3 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)、電能質量以及和調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：

【參考文獻】

1. 尹汪宏，蔣家欣.基于互聯(lián)網(wǎng)+光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)中的移動監(jiān)控平臺設計與實現(xiàn)[J].科教導刊，2020年第03期1月（下）

2. 尚德威，張麗紅，倪晉平.基于單片機控制的嵌入式低功耗調制解調器[J].電子產(chǎn)品世界，2003（01）：61-66

3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介：

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智能電網(wǎng)供配電相關的研究和應用。