摘要：為解決光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)光伏陣列監(jiān)控不足、故障定位困難等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了集數(shù)據(jù)采集和處理于一體的智能光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)企業(yè)光伏電站布局，提出了光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)方案，完成了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件選擇和軟件開(kāi)發(fā)。仿真結(jié)果表明，監(jiān)控系統(tǒng)具有光伏電站運(yùn)行參數(shù)分析、光伏設(shè)備實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)控和報(bào)警功能，保證了光伏電站的可靠運(yùn)行和集中管理。

關(guān)鍵詞：光伏電站；智能監(jiān)控系統(tǒng)；分布式光伏運(yùn)維；實(shí)時(shí)在線(xiàn)

引言

隨著世界能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和人類(lèi)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的重視，太陽(yáng)能以其豐富的資源和靈活的布局成為當(dāng)今新能源發(fā)展的主流，越來(lái)越多的光伏電站投入運(yùn)營(yíng)。光伏電站的可靠運(yùn)行要求匯流箱、逆變器等設(shè)備在wu故障狀態(tài)下運(yùn)行，這對(duì)光伏設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)非常重要。目前，光伏電站主要采用人工定期檢查和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。由于人力資源有限，傳統(tǒng)光伏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化不足，光伏陣列監(jiān)測(cè)不足，故障時(shí)無(wú)法快速定位。

在此背景下，本文對(duì)企業(yè)屋頂光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了智能化設(shè)計(jì)。監(jiān)控系統(tǒng)為光伏電站匯流箱、逆變器等設(shè)備配備通信模塊，利用RS485總線(xiàn)與各通信模塊連接，將運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，利用上位機(jī)組態(tài)軟件建立監(jiān)控界面，分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。設(shè)備故障時(shí)，上位機(jī)通過(guò)監(jiān)控界面發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提高了光伏電站的安全性。

一光伏電站布局

企業(yè)廠(chǎng)區(qū)四個(gè)屋頂分為A、B、C、D四個(gè)光伏發(fā)電區(qū)域采用集中式和分布式相結(jié)合的方式發(fā)電。C區(qū)工廠(chǎng)面積大，自用電少。因此，C區(qū)工廠(chǎng)采用集中式結(jié)構(gòu)，根據(jù)工廠(chǎng)屋頂面積配置相應(yīng)的光伏面板，20路連接直流匯流箱，匯流箱電流輸入集中式逆變器。A、B、D區(qū)采用分布式結(jié)構(gòu)，直流轉(zhuǎn)換為交流，直接并入電網(wǎng)，最后通過(guò)交流電纜將四個(gè)區(qū)域的電流輸送到并網(wǎng)柜。

二智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

為了在光伏設(shè)備故障時(shí)快速定位故障點(diǎn)，在硬件上選擇智能匯流箱和逆變器；使用組態(tài)軟件構(gòu)建界面，在界面上顯示每個(gè)智能元件。通過(guò)RS485總線(xiàn)將數(shù)據(jù)匯總到機(jī)柜串口后，通過(guò)光纖與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單直觀(guān)的人機(jī)交互，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控。其中，數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析由各種智能元件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；在組態(tài)軟件中建立監(jiān)控界面，導(dǎo)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。兩者之間的連接通過(guò)基于C區(qū)的串口機(jī)柜實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖1所示。

設(shè)備故障報(bào)警設(shè)計(jì)方案如下：監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)有報(bào)警裝置，當(dāng)光伏面板發(fā)電量低于正常值時(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。晴天，軟件系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)所有故障報(bào)警信號(hào)；雨天，軟件屏蔽逆變器島保護(hù)和回流0A電流輸入報(bào)警，但響應(yīng)其他報(bào)警；晚上不響應(yīng)任何故障報(bào)警。

根據(jù)上述設(shè)置，使用通過(guò)GPS校時(shí)的上位機(jī)計(jì)算機(jī)，查詢(xún)當(dāng)?shù)貧v史平均每月或每10天、日出和日落時(shí)間。超出日出和日落范圍的時(shí)間被認(rèn)為是晚上，不響應(yīng)故障報(bào)警；在此范圍內(nèi)，時(shí)間被認(rèn)為是晴天，以響應(yīng)所有故障報(bào)警。此外，由于軟件算法難以計(jì)算雨天、多云和低光強(qiáng)度的天氣，該工作由值班人員完成。軟件提供功能開(kāi)關(guān)，值班人員可在雨天關(guān)閉島嶼保護(hù)和0A電流輸入報(bào)警。

三硬件選型

1直流匯流箱

DC匯流箱需要監(jiān)控每個(gè)光伏面板的輸出電流。當(dāng)任何電路發(fā)生電流故障時(shí)，模塊提供報(bào)警信號(hào)。此外，匯流箱應(yīng)采集保護(hù)斷路器的接觸信號(hào)，了解斷路器的位置，跳閘后應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)。因此，DC匯流箱采用常熟開(kāi)關(guān)制造有限公司生產(chǎn)的CXPV-16/ZDC匯流箱。

2逆變器

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，逆變器需要提供遠(yuǎn)程控制功能，發(fā)生故障時(shí)可以及時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。因此，選擇兩種類(lèi)型的逆變器，一種是CS1并網(wǎng)光伏逆變器。該逆變器通信接口多，遠(yuǎn)程控制功能多，輸入電壓范圍廣，適用于小型串低壓設(shè)備。另一種選擇SUN2000-60KTL-M0串逆變器。該類(lèi)型的串逆變器基于模塊化設(shè)計(jì)，可以減少電池組件工作點(diǎn)不匹配逆變器的情況，大大增加發(fā)電量。

四軟件開(kāi)發(fā)

利用Riyear-Powernet系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏電站的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信息。采集到的元器件數(shù)據(jù)RiyearPowernet系統(tǒng)存儲(chǔ)，建立歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行分析定位。

1軟件結(jié)構(gòu)

智能硬件系統(tǒng)通過(guò)Modbus驅(qū)動(dòng)程序與上位機(jī)連接，人機(jī)界面可顯示設(shè)備數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)報(bào)警等，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

首先，添加配置，選擇常熟開(kāi)關(guān)設(shè)備制造有限公司的兩種I/O配置；其次，為了讀取數(shù)據(jù)，需要定義數(shù)據(jù)庫(kù)；第三，定義中間變量。在定義數(shù)據(jù)庫(kù)變量之前，需要確定設(shè)備類(lèi)型和模塊。數(shù)據(jù)由Modbus標(biāo)準(zhǔn)命令收集，存儲(chǔ)在各種存儲(chǔ)器中，便于軟件讀取數(shù)據(jù)。設(shè)備地址、串口號(hào)和相關(guān)通信參數(shù)應(yīng)根據(jù)相關(guān)要求設(shè)置在設(shè)備配置中。數(shù)據(jù)庫(kù)變量的功能范圍包括整個(gè)應(yīng)用程序。定義數(shù)據(jù)庫(kù)是定義地址，將變量與相應(yīng)的設(shè)備連接起來(lái)。此時(shí)，在連接過(guò)程中，可以依靠事先設(shè)置的地址準(zhǔn)確找到所需的數(shù)據(jù)。

當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障，軟件判斷需要響應(yīng)時(shí)，及時(shí)切換到設(shè)備故障界面，同時(shí)播放報(bào)警聲。當(dāng)逆變器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)主界面顯示區(qū)域閃爍，使值班人員能夠快速定位故障區(qū)域。系統(tǒng)故障報(bào)警顯示如圖3所示。

3軟件運(yùn)行流程

首先啟動(dòng)軟件，加載軟件基本環(huán)境后，TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，連接完成后初始化每個(gè)串口，根據(jù)地址將數(shù)據(jù)發(fā)送給硬件設(shè)備。如果發(fā)送失敗，嘗試連續(xù)發(fā)送三次。如果發(fā)送失敗，則判斷設(shè)備離線(xiàn)；如果成功，在智能設(shè)備接收數(shù)據(jù)信息后，將自己的數(shù)據(jù)返回到上位機(jī)。軟件接收數(shù)據(jù)后，存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在人機(jī)界面讀取數(shù)據(jù)。將每個(gè)串口連接并通信，并加載和讀取歷史數(shù)據(jù)。如果智能設(shè)備出現(xiàn)故障，將故障數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)定義的算法判斷設(shè)備的故障類(lèi)型，并在界面上顯示報(bào)警區(qū)域。故障解除后，軟件系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。流程圖如圖4所示。

五安科瑞分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)介紹

1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)通過(guò)監(jiān)控光伏站點(diǎn)的逆變器設(shè)備、氣象設(shè)備和攝像頭設(shè)備，幫助用戶(hù)管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括:站點(diǎn)監(jiān)控、逆變器監(jiān)控、發(fā)電統(tǒng)計(jì)、逆變器一次圖、操作日志、報(bào)警信息、環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備檔案、運(yùn)維管理、角色管理。用戶(hù)可以通過(guò)WEB和APP訪(fǎng)問(wèn)平臺(tái)及時(shí)掌握光伏發(fā)電的效率和收益。

2應(yīng)用場(chǎng)所

目前，我國(guó)的兩種分布式應(yīng)用場(chǎng)景是：農(nóng)村屋頂?shù)募彝ス夥凸ど唐髽I(yè)的屋頂光伏。這兩種分布式光伏電站今年發(fā)展迅速。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在光伏變電站安裝逆變器和多功能電源計(jì)量?jī)x器，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將收集到的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，并集中存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。用戶(hù)可以通過(guò)PC訪(fǎng)問(wèn)平臺(tái)及時(shí)獲取分布式光伏電站和各逆變器的運(yùn)行情況。平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

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)。任何有權(quán)限的用戶(hù)都可以通過(guò)WEB瀏覽器監(jiān)控分布在區(qū)域內(nèi)各建筑物的光伏電站的運(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(xiàn)、并網(wǎng)、當(dāng)前發(fā)電量、總發(fā)電量等）。

光伏發(fā)電；綜合看板；事件記錄；運(yùn)行環(huán)境；

5系統(tǒng)硬件配置

(1)220V并網(wǎng)交流

(2)380V并網(wǎng)交流

(3)10kV或35kV并網(wǎng)

六結(jié)束語(yǔ)

毫無(wú)疑問(wèn)，設(shè)備監(jiān)控對(duì)光伏電站的安全運(yùn)行和管理具有重要意義。為了方便電站的智能化和精細(xì)化管理，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了光伏電站的智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)收集光伏電站設(shè)備的數(shù)據(jù)，然后利用RS485總線(xiàn)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；然后，利用RiyearPowernet軟件將電站的歷史和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)建立成數(shù)據(jù)庫(kù)?；诖?，該軟件實(shí)現(xiàn)了電站的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)控。當(dāng)光伏設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)分析快速準(zhǔn)確地定位故障位置。監(jiān)控系統(tǒng)保證了光伏電站的可靠運(yùn)行和集中管理。

【參考文獻(xiàn)】

[1]顧超，宋樹(shù)平，方凱.智能化光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].交流園地，2022年3月上

[2]丁坤，陳富東，翁帥等．基于I-V特性灰色關(guān)聯(lián)分析的光伏陣列健康狀態(tài)評(píng)估[J].電網(wǎng)技術(shù)，2021，45（8）:3087-3095

[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