關(guān)于光伏監(jiān)控系統(tǒng)在光伏電站運(yùn)營(yíng)中的作用及發(fā)展

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：光伏電站，具體來(lái)說(shuō)便是相連于電網(wǎng)并將電力輸送給電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，是我國(guó)重點(diǎn)和全力發(fā)展的綠色能源項(xiàng)目。其中，監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的接入，屬于光伏電站應(yīng)用中的重要部分。對(duì)于光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的探究，可以使光伏電站接入自動(dòng)化系統(tǒng)有相應(yīng)的提升，進(jìn)而強(qiáng)化電站的運(yùn)行效率和運(yùn)維效率，進(jìn)一步降低運(yùn)維成本。

關(guān)鍵詞：光伏監(jiān)控系統(tǒng)；光伏電站運(yùn)營(yíng)；作用發(fā)展

一、光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)概述

光伏電站，如圖一所示。監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器屬于光伏區(qū)逆變器、匯流箱、箱逆變一體機(jī)等各類電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)管理中心，并且也是光伏區(qū)數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵的人機(jī)對(duì)話界面，可以顯示設(shè)備圖形和相關(guān)信息報(bào)表、記錄時(shí)間順序、顯示故障報(bào)警狀態(tài)、查詢參數(shù)、操作控制命令解釋以及下達(dá)等等。運(yùn)維人員借助監(jiān)控主機(jī)便可以針對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和操作控制，并將系統(tǒng)的維護(hù)管理、修改、軟件系統(tǒng)診斷等工作同時(shí)完成。針對(duì)光伏區(qū)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施的維護(hù)工作，只可以在監(jiān)控主機(jī)上開(kāi)展，登陸保護(hù)有非常強(qiáng)的安全性。

在光伏電站接入自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控后臺(tái)當(dāng)中，應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式為開(kāi)放式以及分層分布式，系統(tǒng)縱向包括站控層和間隔層。間隔層對(duì)電氣單元當(dāng)中設(shè)置的測(cè)控單元進(jìn)行了使用，但站控層對(duì)功能分布結(jié)構(gòu)進(jìn)行使用，兩層彼此之間的結(jié)構(gòu)為單以太網(wǎng)。通信線纜，一般情況下，都會(huì)利用RS485屏蔽雙絞線帶鎧光纜，可以對(duì)速率的增加給予保障，并使其有更理想的可靠性。有些項(xiàng)目為了將施工以及材料成本節(jié)約，會(huì)利用LET的通信方式。

（一）間隔層

間隔層需要將升壓站設(shè)備的控制監(jiān)視工作完成，每一個(gè)測(cè)控單元都可以針對(duì)相應(yīng)的設(shè)備實(shí)時(shí)采集以及控制工作。間隔層的所有設(shè)備測(cè)控單元，都需要對(duì)相應(yīng)的人機(jī)接口設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，如有必要會(huì)自行將就地監(jiān)控功能完成。每個(gè)間隔設(shè)備都是獨(dú)立性的，光伏場(chǎng)區(qū)間隔層測(cè)控單元會(huì)對(duì)一個(gè)光伏集中監(jiān)控單元進(jìn)行配置。

（二）站控層

通常根據(jù)用戶要求，會(huì)對(duì)以下設(shè)備進(jìn)行配置：1、需要對(duì)兩臺(tái)控制主機(jī)進(jìn)行配置，共兩套，并且要配置冗余。兩臺(tái)配置可以對(duì)分電站測(cè)數(shù)據(jù)以及光伏數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而使數(shù)據(jù)不會(huì)互相打擾；2、配置兩套打印機(jī)，一套為A3，另一套為A4，可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行信息實(shí)時(shí)打印，使人工操作效率有所提升。

（三）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

為了對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信需求給予滿足，要結(jié)合需求對(duì)具體的傳輸介質(zhì)轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行配置，例如：傳輸介質(zhì)轉(zhuǎn)換設(shè)備、接口熔接設(shè)備等等。

二、光伏區(qū)域后臺(tái)系統(tǒng)的功能

1、設(shè)備數(shù)據(jù)采集以及處理。光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)光伏區(qū)逆變器、直流匯流箱箱、箱逆變一體機(jī)的遙測(cè)信號(hào)，報(bào)警以及遙信信號(hào)實(shí)時(shí)采集，可以對(duì)逆變器穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)給予保障。其中，可以針對(duì)電站設(shè)備的所有運(yùn)行情況開(kāi)展集中監(jiān)控，實(shí)施故障以及專家診斷等，使故障分析的準(zhǔn)確性提升，并使處理故障的時(shí)間縮短，進(jìn)而使設(shè)備檢修質(zhì)量和相應(yīng)的生產(chǎn)安全性有所提升。借助統(tǒng)一管理和指揮生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)工作，可以優(yōu)化配置備品配件等相關(guān)資源，使其得到規(guī)范性管理。2、構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，并且可以對(duì)運(yùn)行報(bào)表進(jìn)行保存。3、可開(kāi)展控制以及調(diào)節(jié)。例如針對(duì)站內(nèi)設(shè)備實(shí)施控制以及功能調(diào)節(jié)。4、可以防止誤閉鎖的操作。5、可以完成數(shù)據(jù)之間的通信。6、可針對(duì)系統(tǒng)實(shí)施診斷。7、可完成時(shí)鐘對(duì)時(shí)工作。8、可以報(bào)文并開(kāi)展記錄以及分析工作。9、具有語(yǔ)音報(bào)警功能。10、仿真培訓(xùn)并開(kāi)發(fā)軟件。11、具有自恢復(fù)功能。

三、光伏區(qū)設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)視的作用

其一，實(shí)時(shí)對(duì)光伏區(qū)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，可以使運(yùn)維管理模式提升。1、主動(dòng)性。對(duì)主動(dòng)型的應(yīng)用，是一種預(yù)防維護(hù)性措施，使運(yùn)維計(jì)劃有較強(qiáng)的前瞻性以及預(yù)防性，進(jìn)而針對(duì)工作開(kāi)展實(shí)時(shí)追蹤。2、持續(xù)性。針對(duì)設(shè)備開(kāi)展精細(xì)化管理，持續(xù)化以及科學(xué)化管。3、精細(xì)型。將運(yùn)維流程實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)運(yùn)維管理平臺(tái)的完整構(gòu)建，可以使運(yùn)維定位以及管理更加準(zhǔn)確。其二，針對(duì)專家資源開(kāi)展集中配置，會(huì)將管理效率進(jìn)一步提升。其三，相同種類的設(shè)備，在不同區(qū)域中可實(shí)現(xiàn)調(diào)度統(tǒng)一，使庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)有所降低。其四，統(tǒng)一推廣故障處理經(jīng)驗(yàn)，可以使運(yùn)維效率有相應(yīng)的提升。

四、發(fā)展趨勢(shì)分析

1、由之前的粗放式分散管理向智能集中化管理進(jìn)行轉(zhuǎn)變。其一，針對(duì)不同區(qū)域的電站實(shí)施統(tǒng)一管理；其二，集中配置專家資源，可以使管理效率提升。相同種類的設(shè)備在不同區(qū)域可以完成調(diào)度的統(tǒng)一性，并使庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)有所降低，統(tǒng)一推廣故障處理經(jīng)驗(yàn)，可以使運(yùn)維效率有相應(yīng)的提升。2、單個(gè)電站運(yùn)營(yíng)商管理，如果有非常大的規(guī)模，那么要有非常高的精細(xì)化管理程度。在未來(lái)，需要完善的精細(xì)化管理包括：其一，分類數(shù)據(jù)力度，例如：逆變器級(jí)、組串級(jí)電流、組串級(jí)電壓電流以及組件級(jí)別；其二，分類數(shù)據(jù)類型以及數(shù)據(jù)量，其中包括逆變器的運(yùn)行情況以及告警、環(huán)境數(shù)據(jù)、電站和各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、設(shè)備的健康數(shù)據(jù)等等；其三，逐步將大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)當(dāng)中的各項(xiàng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行融合，之前一體化的平臺(tái)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇髷?shù)據(jù)分析平臺(tái)，可以使用戶整體工作將管理電站作為核心內(nèi)容，融合多業(yè)務(wù)系統(tǒng)，共享業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息，還可以對(duì)關(guān)鍵信息安全要求給予滿足。

五、安科瑞分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)介紹

5.1概述

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

5.2應(yīng)用場(chǎng)所

目前我國(guó)的兩種分布式應(yīng)用場(chǎng)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。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計(jì)量?jī)x表，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)管理。用戶可以通過(guò)PC訪問(wèn)平臺(tái)，及時(shí)獲取分布式光伏電站的運(yùn)行情況以及各逆變器運(yùn)行狀況。平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

5.4系統(tǒng)功能

AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)軟件采用B/S架構(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶都可以通過(guò)WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運(yùn)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(dāng)前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

5.4.1光伏發(fā)電

5.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機(jī)容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。

●累計(jì)日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計(jì)社會(huì)效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

5.4.1.2電站狀態(tài)

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

●統(tǒng)計(jì)當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

●顯示當(dāng)前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。

5.4.1.3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(guò)曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側(cè)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。

5.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)

●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

5.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)

●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表

5.4.1.6配電圖

●實(shí)時(shí)展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號(hào)及廠商。

5.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

5.4.2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(shí)間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。

●平臺(tái)運(yùn)行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。

●報(bào)警信息：將報(bào)警分進(jìn)行分級(jí)處理，記錄報(bào)警內(nèi)容，發(fā)生時(shí)間以及確認(rèn)狀態(tài)。

5.4.3運(yùn)行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過(guò)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的視頻攝像頭，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視光伏站運(yùn)行情況。對(duì)于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺(tái)監(jiān)控功能。

5.5系統(tǒng)硬件裝置

5.5.1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(jī)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(hù)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(duì)于光伏電站的管理者來(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺(tái)來(lái)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：

5.5.2交流380V并網(wǎng)

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)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(diǎn)380V并網(wǎng)，以當(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見(jiàn)為準(zhǔn)。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(yīng)明確計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個(gè)計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集。

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

部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(hù)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(guò)云平臺(tái)采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)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：

5.5.310kV或35kV并網(wǎng)

根據(jù)《國(guó)家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)通知》（國(guó)發(fā)新能〔2019〕49號(hào)），對(duì)于需要國(guó)家補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，需要滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)要求的前提下，通過(guò)內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。

此類分布式光伏裝機(jī)容量一般比較大，需要通過(guò)升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機(jī)容量較大，可能對(duì)公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對(duì)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(diǎn)需要監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。

上圖為一個(gè)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(guò)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(shè)置)，最后經(jīng)過(guò)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(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測(cè)控設(shè)備比較多，主要如下表：

六、結(jié)語(yǔ)

總之，針對(duì)光伏電站光伏區(qū)信息接入研究的深入開(kāi)展，效果和意義非常突出。因?yàn)楣夥娬緦儆趪?guó)家重點(diǎn)以及全力開(kāi)發(fā)的綠色能源項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)在光伏電站運(yùn)營(yíng)的應(yīng)用，可以將電站運(yùn)行的管理效率的提升，強(qiáng)化生產(chǎn)運(yùn)行管理水平，進(jìn)而使生產(chǎn)運(yùn)行以及相應(yīng)的設(shè)備維護(hù)成本有所降低。

【參考文獻(xiàn)】

1. 雷鵬.研究光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)在光伏電站運(yùn)營(yíng)中的作用及發(fā)展趨勢(shì)[J].新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)建設(shè)與研究，2020.46.074

2. 徐艷華.光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)在光伏電站運(yùn)營(yíng)中的作用及發(fā)展趨勢(shì)[J].設(shè)備管理與維修，2020（22）：120-122

3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版

4. 分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案.2021.09版