劉細鳳

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+"時代，“互聯(lián)網+"的理念已經轉化為科技生產的動力，促進了產業(yè)的升級發(fā)展，本文結合“互聯(lián)網+"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+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+"時代，“互聯(lián)網+"的理念已經轉化為科技生產的動力，促進了產業(yè)的升級發(fā)展，本文結合“互聯(lián)網+"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+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)等并通過多種網絡接入方式，接入互聯(lián)網絡通信系統(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。手機監(jiān)測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。總體結構如圖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

手機監(jiān)測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，實時顯示特定發(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、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

交流220V并網的光伏發(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

根據(jù)國家電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網，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。分布式光伏接入配電網前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產權分界點外，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，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網。在380V并網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)電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網電量，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)電補貼和上網電量結算。

部分光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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，避免往電網輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

這種并網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

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，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網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。由于裝機容量較大，可能對公共電網造成比較大的干擾，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。

光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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)，最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。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+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].電子產品世界，2003（01）：61-66

3. 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介：

劉細鳳，女，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事智能電網供配電相關的研究和應用