摘要：為解決光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)光伏陣列監(jiān)控不足、故障定位困難等問題，設(shè)計了集數(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發(fā)。仿真結(jié)果表明，監(jiān)控系統(tǒng)具有光伏電站運行參數(shù)分析、光伏設(shè)備實時在線監(jiān)控和報警功能，保證了光伏電站的可靠運行和集中管理。

關(guān)鍵詞：光伏電站；智能監(jiān)控系統(tǒng)；分布式光伏運維；實時在線

引言

隨著世界能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和人類對環(huán)境問題的重視，太陽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，越來越多的光伏電站投入運營。光伏電站的可靠運行要求匯流箱、逆變器等設(shè)備在wu故障狀態(tài)下運行，這對光伏設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測非常重要。目前，光伏電站主要采用人工定期檢查和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的方式對設(shè)備進行監(jiān)控。由于人力資源有限，傳統(tǒng)光伏監(jiān)測系統(tǒng)智能化不足，光伏陣列監(jiān)測不足，故障時無法快速定位。

在此背景下，本文對企業(yè)屋頂光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)進行了智能化設(shè)計。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總線與各通信模塊連接，將運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C，利用上位機組態(tài)軟件建立監(jiān)控界面，分析運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)光伏電站運行狀態(tài)的實時動態(tài)監(jiān)控。設(shè)備故障時，上位機通過監(jiān)控界面發(fā)出報警信號，提高了光伏電站的安全性。

一光伏電站布局

企業(yè)廠區(qū)四個屋頂分為A、B、C、D四個光伏發(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)工廠面積大，自用電少。因此，C區(qū)工廠采用集中式結(jié)構(gòu)，根據(jù)工廠屋頂面積配置相應(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)，最后通過交流電纜將四個區(qū)域的電流輸送到并網(wǎng)柜。

二智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

為了在光伏設(shè)備故障時快速定位故障點，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，在界面上顯示每個智能元件。通過RS485總線將數(shù)據(jù)匯總到機柜串口后，通過光纖與上位機連接，實現(xiàn)監(jiān)控功能。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)簡單直觀的人機交互，同時實現(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)控和簡單的數(shù)據(jù)分析由各種智能元件實現(xiàn)，通過組態(tài)軟件實現(xiàn)人機交互；在組態(tài)軟件中建立監(jiān)控界面，導(dǎo)入實時數(shù)據(jù)進行分析處理。兩者之間的連接通過基于C區(qū)的串口機柜實現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖1所示。

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

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

三硬件選型

1直流匯流箱

DC匯流箱需要監(jiān)控每個光伏面板的輸出電流。當(dāng)任何電路發(fā)生電流故障時，模塊提供報警信號。此外，匯流箱應(yīng)采集保護斷路器的接觸信號，了解斷路器的位置，跳閘后應(yīng)及時發(fā)出信號。因此，DC匯流箱采用常熟開關(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)計要求，逆變器需要提供遠程控制功能，發(fā)生故障時可以及時輸出報警信號。因此，選擇兩種類型的逆變器，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。該類型的串逆變器基于模塊化設(shè)計，可以減少電池組件工作點不匹配逆變器的情況，大大增加發(fā)電量。

四軟件開發(fā)

利用Riyear-Powernet系統(tǒng)設(shè)計光伏電站的工業(yè)現(xiàn)場信息。采集到的元器件數(shù)據(jù)RiyearPowernet系統(tǒng)存儲，建立歷史和實時數(shù)據(jù)庫，利用存儲的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)故障進行分析定位。

1軟件結(jié)構(gòu)

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

2軟件設(shè)計與實現(xiàn)

首先，添加配置，選擇常熟開關(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；第三，定義中間變量。在定義數(shù)據(jù)庫變量之前，需要確定設(shè)備類型和模塊。數(shù)據(jù)由Modbus標(biāo)準(zhǔn)命令收集，存儲在各種存儲器中，便于軟件讀取數(shù)據(jù)。設(shè)備地址、串口號和相關(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)庫變量的功能范圍包括整個應(yīng)用程序。定義數(shù)據(jù)庫是定義地址，將變量與相應(yīng)的設(shè)備連接起來。此時，在連接過程中，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，及時切換到設(shè)備故障界面，同時播放報警聲。當(dāng)逆變器發(fā)生故障時，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)故障報警顯示如圖3所示。

3軟件運行流程

首先啟動軟件，加載軟件基本環(huán)境后，TCP/IP進行網(wǎng)絡(luò)連接，連接完成后初始化每個串口，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；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。軟件接收數(shù)據(jù)后，存儲在實時數(shù)據(jù)庫中，并在人機界面讀取數(shù)據(jù)。將每個串口連接并通信，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)備的故障類型，并在界面上顯示報警區(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維云平臺介紹

1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)控光伏站點的逆變器設(shè)備、氣象設(shè)備和攝像頭設(shè)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)控、逆變器監(jiān)控、發(fā)電統(tǒng)計、逆變器一次圖、操作日志、報警信息、環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備檔案、運維管理、角色管理。用戶可以通過WEB和APP訪問平臺及時掌握光伏發(fā)電的效率和收益。

2應(yīng)用場所

目前，我國的兩種分布式應(yīng)用場景是：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量儀器，通過網(wǎng)關(guān)將收集到的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，并集中存儲和管理數(shù)據(jù)。用戶可以通過PC訪問平臺及時獲取分布式光伏電站和各逆變器的運行情況。平臺的整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

4系統(tǒng)功能

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構(gòu)。任何有權(quán)限的用戶都可以通過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、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

毫無疑問，設(shè)備監(jiān)控對光伏電站的安全運行和管理具有重要意義。為了方便電站的智能化和精細化管理，本文設(shè)計開發(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總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C；然后，利用RiyearPowernet軟件將電站的歷史和實時運行數(shù)據(jù)建立成數(shù)據(jù)庫?；诖?，該軟件實現(xiàn)了電站的實時在線監(jiān)控。當(dāng)光伏設(shè)備發(fā)生故障時，監(jiān)控系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)庫數(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行和集中管理。

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