王金玉 胡長(zhǎng)冬 孫麗兵

（上海太陽(yáng)能科技有限公司）

0 引言

近年來，國(guó)內(nèi)外光伏市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)大，多元化市場(chǎng)發(fā)展的步伐不斷加快。隨著一系列光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展新政策的出臺(tái)，光伏地面電站的大規(guī)模擴(kuò)建，優(yōu)質(zhì)的電站建設(shè)土地資源出現(xiàn)稀缺，分布式光伏電站的建設(shè)迎來高潮期。由于分布式應(yīng)用的特點(diǎn)是規(guī)模較小、不便管理，光伏電站相對(duì)分散和獨(dú)立。為保證每一個(gè)電站能夠正常、高效運(yùn)行，就必須在每個(gè)電站系統(tǒng)點(diǎn)配備一定的維護(hù)工作人員。然而，電站的數(shù)量越來越多，分布區(qū)域越來越廣，由此所帶來的維護(hù)成本、管理成本、人力、財(cái)力、物力將顯著地增加。因此，光伏電站遙監(jiān)控與設(shè)備管理的研究具有越來越重要的意義，如何保障大量資源分散、規(guī)模多樣、裝機(jī)規(guī)模相對(duì)較小的分布式電站高性能、高效率、低成本運(yùn)營(yíng)已成為亟待解決的問題。

1 分布式光伏電站智能遙監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在分布式光伏電站智能遙監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)所監(jiān)控的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)與底層設(shè)備之間是相對(duì)分散的。為了解決這一問題，采用了智能遙監(jiān)控的設(shè)計(jì)思想，此監(jiān)控方式能夠在線訪問并且監(jiān)測(cè)分布式電站系統(tǒng)中的全部設(shè)備，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況做出細(xì)致而全面的分析和控制，實(shí)時(shí)記錄電站中各個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)光伏電站的一體化管理?？傮w設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 分布式光伏電站遙監(jiān)控平臺(tái)總體架構(gòu)

2 遙監(jiān)控平臺(tái)的組成

分布式光伏電站遙監(jiān)控平臺(tái)主要包括遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電站運(yùn)行分析、信息配置管理、決策平臺(tái)等內(nèi)容。由電站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、數(shù)據(jù)傳輸層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層三層實(shí)現(xiàn)。

2.1 光伏電站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

作為光伏電站最基本的設(shè)備層次，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層主要由光伏陣列、逆變器、匯流箱、變壓器、各種設(shè)備傳感器和柜體等組成，是光伏電站的主要發(fā)電設(shè)備及其監(jiān)控采集設(shè)備所在區(qū)域?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層通過各類傳感器、變送器等采集光伏電站所有運(yùn)行狀態(tài)信息，包括光伏系統(tǒng)相關(guān)的光伏組串、匯流裝置、逆變器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、保護(hù)裝置、計(jì)量裝置（電量/電壓/電能質(zhì)量相關(guān)計(jì)量?jī)x器）等電力監(jiān)控信息以及攝像器采集的安防監(jiān)控信息。通信傳輸層通過有線或無線的傳輸方式將采集到的信息量傳輸至本地控制中心。

2.2 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸層是連接遠(yuǎn)程監(jiān)控層與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的紐帶。數(shù)據(jù)采集層主要將底層設(shè)備采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，上傳到數(shù)據(jù)處理層。本層主要由采集網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控層

遠(yuǎn)程監(jiān)控層是面向大型光伏電站群的智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。其功能為顯示光伏電站實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)，還需要將這些數(shù)據(jù)友好地進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)展示。將分散的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、歸納、分類、整理，然后利用數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等技術(shù)匯總集合到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，為數(shù)據(jù)分析人員和管理決策人員提供了更加合理的分析、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

3 云平臺(tái)模塊實(shí)現(xiàn)

完成光伏電站云平臺(tái)搭建，實(shí)現(xiàn)了在示范基地分布式電站的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電站運(yùn)行分析、遠(yuǎn)程信息配置管理和遙決策，總體模塊框架如圖2所示。

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

圖2 云管理平臺(tái)模塊設(shè)計(jì)圖

包括地圖導(dǎo)航、光電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如圖3和圖4所示。在地圖導(dǎo)航模塊中，各電站根據(jù)其經(jīng)緯度以標(biāo)記形式展現(xiàn)在地圖上，并且可以靈活地向地圖上添加新加入的電站。同時(shí)如果訪問具體的電站信息可直接從地圖上點(diǎn)擊進(jìn)入訪問。在光電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊中，有四個(gè)分支模塊，分別為：逆變器狀態(tài)監(jiān)測(cè)、匯流箱狀態(tài)監(jiān)測(cè)、太陽(yáng)能板狀態(tài)監(jiān)測(cè)、氣象站監(jiān)測(cè)。這四個(gè)部分分別監(jiān)測(cè)四個(gè)核心硬件設(shè)備的狀態(tài)，并把接收解析到的傳感器數(shù)據(jù)以可視化的形式顯示出來。

3.2 電站運(yùn)行分析

電站運(yùn)行過程中需要進(jìn)行光電運(yùn)行分析、光電指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。這兩個(gè)模塊包括了電量輻射量對(duì)比，電量和輻射量的日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)、年數(shù)據(jù)，如圖5所示。

3.3 信息配置管理

信息配置管理包括電站信息、逆變器信息、匯流箱信息、太陽(yáng)能板信息、氣象站信息五個(gè)部分模塊?？蓪?duì)電站及電站中的設(shè)備進(jìn)行“增刪改查”的操作。管理員可以把新增的設(shè)備添加到云平臺(tái)上進(jìn)行監(jiān)控，也可以根據(jù)設(shè)備情況，靈活修改設(shè)備信息。如圖6所示。

3.4 智能決策平臺(tái)設(shè)計(jì)

電站運(yùn)行決策平臺(tái)主要用于了解當(dāng)前電站運(yùn)行的整體情況，是一個(gè)對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的模塊，通過與歷史數(shù)據(jù)比對(duì)，分析電站運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)行管理。如圖7所示，智能決策平臺(tái)數(shù)據(jù)分析包括當(dāng)前電站和其他電站的日月年發(fā)電量的對(duì)比、電站累計(jì)發(fā)電量的對(duì)比、本年度的年發(fā)電量和當(dāng)月發(fā)電量對(duì)比、電站發(fā)電數(shù)據(jù)排行等部分，并智能繪制成數(shù)據(jù)餅圖、折線圖及數(shù)據(jù)匯總表，方便電站運(yùn)行維護(hù)人員清晰地掌握電站運(yùn)行狀態(tài)。

4 電站新增硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

云平臺(tái)為光伏電站提供了硬件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的服務(wù)。目前新增接入的硬件數(shù)據(jù)有兩大類，12路光纖數(shù)據(jù)和傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

項(xiàng)目的新增的硬件設(shè)備有匯流箱、氣象站、12路光纖設(shè)備；GPRS傳感器數(shù)據(jù)接收硬件模塊；Ispy攝像頭；服務(wù)器主機(jī)。圖8為項(xiàng)目的主要硬件框架結(jié)構(gòu)圖。

基于UDP協(xié)議設(shè)計(jì)的解析程序如圖9所示，其中傳感器數(shù)據(jù)包含12路光纖溫度值，以及氣象站和匯流箱傳感數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

電站智能遙監(jiān)控是分布式光伏電站檢測(cè)和建設(shè)遠(yuǎn)程診斷分析平臺(tái)的先決條件和基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，本文根據(jù)分布式光伏電站特點(diǎn)，基于UDP協(xié)議設(shè)計(jì)了分布式光伏電站就地?cái)?shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)端集中監(jiān)控的多級(jí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集方案，能夠?qū)Ψ植际焦夥娬镜母鱾€(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)分類采集和監(jiān)控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)分布式光伏電站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

圖3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息頁(yè)面

圖4 地圖導(dǎo)航頁(yè)面

圖5 電站數(shù)據(jù)分析頁(yè)面

圖6 電站信息配置頁(yè)面圖

圖7 電站運(yùn)行智能決策平臺(tái)

圖8 主要硬件框架結(jié)構(gòu)圖

[1]宋詩(shī)，錢辰辰. 基于云平臺(tái)的光伏電站運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電器與能效管理技術(shù), 2015(24): 93-97.

[2]Xiangwan Du.Energy revolution：for a sustainable future[J].Chinese Journal of Population Resources and Environment，2015（132）.

[3]馮子陵，俞建新.RS485總線通信仂、議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2012（20）：215-218.

[4]陳琦，丁天懷，李成，等.基于GPRS／GSM的低功耗無線遠(yuǎn)程測(cè)控終端設(shè)計(jì)[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009（2）：223-225,231.

[5]A.Djafour，M.S.Aida，B.Azoui.Photovoltaic Assisted Fuel Cell Power Systems[J].Energy Procedia，2014（50）.