吳柯霓
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：化經濟社會的快速發展,加快了傳統能源的消耗,導致能源日益短缺,與此同時還帶來了嚴重的環境污染。因此,利用沒有環境污染的太陽能進行光伏發電獲得了社會的普遍關注。本文根據傳統式光伏電站行業的發展背景及其監控系統的技術設備,給出了現代化光伏電站數據監控系統的現場數據采集過程及相應的數據監控系統方案。
關鍵詞：光伏發電；數據采集；數據監控
1、引言
能源已經成為決定當今社會發展的關鍵因素。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，并發展成為新能源領域中的一種趨勢。應運而生的光伏發電站充分利用太陽能的優勢，針對光伏電站行業進行數據采集、數據可視化及數據分析，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據參考，降低投資風險。同時光伏發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、光伏系統的數據操作
2.1 光伏系統中數據采集模塊的實現
數據采集模塊的主要流程如圖1所示，本模塊主要由數據采集器、氣象傳感器、光伏陣列傳感器、通信終端設備組成。光伏系統通過加入現代化的儀器，幫助用戶實時采集光伏電站發電和當地環境參數情況。在傳統光伏發電站的基礎上，改用更加先進的硬件通訊協議——RS485/422協議，該協議能夠更好在網絡中運輸采集的數據，這些數據主要包括逆變器數據和氣象站數據。數據采集模塊的功能實現主要是通過采集模塊平臺收發消息，進行數據傳輸等。該模塊使用的主要是市場上現有的光伏設備生產廠商的產品，例如英臻、華為、陽光、品聯、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，采用的是遠程數據采集的方式。數據采集模塊需要的材料是通信芯片、存儲芯片,實現原理則是將各個芯片集成在一塊電路板上。系統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據和氣象站數據。
圖1 數據采集模塊及流程
2.2 光伏系統中數據處理模塊的實現
數據處理模塊的實現主要流程如圖2所示。數據處理模塊主要完成對接收到的數據幀進行校驗、解析和轉換和存入數據庫等功能。
圖2 數據處理模塊的實現主要流程
數據通信模塊是采集器與數據預處理平臺之間的通信信道，主要是將設備數據使用無線網絡終端發送到目標端口。采用的TCP/UDP協議，利用面向連接的TCP協議來實現IP環境下的數據可靠傳輸。同時又采用端到端發送數據包的方式，通過為采集器獲取的數據開辟的連接通道進行傳輸，在數據預處理平臺相應端口下進行數據接收。數據預處理模塊主要流程如圖3所示：
圖3 數據預處理模塊主要流程
數據預處理模塊功能實現：首先根據逆變器、電表、氣象站等不同種數據幀格式協議，制定相應的多種解析器，獲取幀中包含的電站數據信息；再獲取傳輸到相應數據端口的幀，并將其放入正確的解析器中完成轉義。數據預處理模塊主要采用標志點匹配算法，對系統中使用到的各項幀格式進行分析，提取數據幀頭，數據幀尾的數據格式與長度和整幀數據長度等，并將其作為標志點，然后對標志點進行自動識別與匹配，將原始幀區分后交由相應解析器實現解析。
2.3 光伏系統中數據展示模塊的實現
數據展示模塊的主要實現流程如圖4所示。數據展示是指對接收到的電站數據進行數據可視化，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。數據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事件。
圖4數據展示模塊的主要實現流程
3、光伏系統的優勢
3.1為光伏電站行業運行、維護和管理問題提供解決方案
光伏電站大多建設在偏僻、環境相對惡劣的地區，派人值守可行度不高。光伏系統設計者考慮到這一問題，在光伏系統中專門增設了數據監控模塊，利用電子器件實時檢查光伏電站情況，并將數據上傳到網絡端。在網絡發達的今天，人們可以隨時通過手機、電腦等進行遠程查看數據,也可以在發現問題的時間打電話通知電站的管理者。
數據監控模塊完成自動化監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，并充分利用數字信息化技術，實現光伏電站數據共享和遠程監控。(2)建立完善的系統故障處理體系,將電站各設備在運行中出現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，使其掌握一般系統故障的產生原因,并培養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絡工作,當電站遇到機械故障時,也能時間通知維修人員進行搶修,或者在較短的時間內通知設備廠商更換設備。光伏系統通過上述措施很好實現了自動化監管功能，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和數據支持
光伏產業作為新能源產業,是我國經濟發展的重要產業之一。光伏發電投資不僅可以給經濟社會發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。再加上近些年政府對其大力支持,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電投資的風險。投資方可將第三方機構的監控數據作為投資決策的參考依據，了解各種風險因素。同時也可根據監控數據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避風險的方案。
3.3為光伏養老、光伏脫貧、電站交易等提供數據共享和決策支持
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展戰略，而且也符合以扶貧為工作重點的農村幫扶計劃。光伏扶貧可以幫助農村解決用電問題,同時也可以利用農村的勞動力,利用光能來獲得收入。
光伏系統為農民脫貧提供途徑。光伏系統為實現光伏脫貧的具體措施有：(1)在政府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老政策。(2)在政府鼓勵的基礎之上，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,光伏發電所得投資收益也由村集體分發給各戶。(3)給當地老百姓做光伏電站管理方面的相關培訓，解決部分貧困百姓就業問題。同時教會農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：站點監測，逆變器監測，發電統計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環境監測，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，及時掌握光伏發電效率和發電收益。
4.2應用場所
目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業企業屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發展迅速。
4.3系統結構
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據上傳至服務器，并將數據進行集中存儲管理。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瀏覽器根據權限范圍監視分布在區域內各建筑的光伏電站的運行狀態(如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態、發電功率曲線、是否并網、當前發電量、總發電量等信息)。
4.4.1光伏發電
4.4.1.1綜合看板
●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實時發電功率。
●累計日、月、年發電量及發電收益。
●累計社會效益。
●柱狀圖展示月發電量
4.4.1.2電站狀態
●電站狀態展示當前光伏電站發電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數。
●統計當前光伏電站的日、月、年發電量及發電收益。
●攝像頭實時監測現場環境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環境參數。
●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。
4.4.1.3逆變器狀態
●逆變器基本參數顯示。
●日、月、年發電量及發電收益顯示。
●通過曲線圖顯示逆變器功率、環境輻照度曲線。
●直流側電壓電流查詢。
●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。
4.4.1.4電站發電統計
●展示所選電站的時、日、月、年發電量統計報表。
4.4.1.5逆變器發電統計
●展示所選逆變器的時、日、月、年發電量統計報表
4.4.1.6配電圖
●實時展示逆變器交、直流側的數據。
●展示當前逆變器接入組件數量。
●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環境參數。
●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、內容、發送結果、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，發生時間以及確認狀態。
4.4.3運行環境
●視頻監控：通過安裝在現場的視頻攝像頭，可以實時監視光伏站運行情況。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系統硬件配置
4.5.1 交流220V并網
交流220V并網的光伏發電系統多用于居民屋頂光伏發電，裝機功率在8kW左右。
部分小型光伏電站為自發自用，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
根據Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》，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，以當地電力部門的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業企業屋頂光伏，自發自用，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的相關規定，以及相關標準、規程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足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，實現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380V電網，實現自發自用，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電量，同時在企業電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業上網電量，數據均應上傳供電部門用電信息采集系統，用于光伏發電補貼和上網電量結算。
部分光伏電站并網點需要監測并網點電能質量，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測裝置。部分光伏電站為自發自用，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，系統圖如下。
這種并網模式單體光伏電站規模適中，可通過云平臺采用光伏發電數據和儲能系統運行數據，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
根據《國家關于2019年風電、光伏發電項目建設有關事項通知》(國發新能〔2019〕49號)，對于需要國家補貼的新建工商業分布式光伏發電項目，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。
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模的分布式光伏電站穩控系統、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：
5、結論
隨著太陽能等清潔能源的使用領域越來越廣,光伏發電技術也在不斷普及，數據采集和遠程監控也變得越來越重要。數據采集對于后期的科研分析具有重要的實際意義。而遠程監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。在光伏系統大力度發展下，越來越多的人從眾受益。電力公司可以使用遠程監控系統替代員工的值守，投資人員可借助光伏系統獲取更將詳盡的電站信息，為后期的投資提供決策依據，農民也可在光伏系統的幫助下脫貧。
【參考文獻】
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[2]李春曦，王佳，葉學民，喻橋.我國新能源發展現狀及前景[J].電力科學與工程，2012,28(04)
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版
作者簡介：
吳柯霓，女，本科，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
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更新時間：2023-05-11
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