陸曉靜 吳星亮 陳圣金 盧凱 陸川

摘 要：作為居民分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，光伏監(jiān)控系統(tǒng)可對光伏電站中主要設備及系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和控制，更有利于進行數據匯總分析，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全可靠和穩(wěn)定運行。目前，光伏電站的監(jiān)控技術仍處于發(fā)展階段，基本停留在數據的采集和上報。本文就監(jiān)控系統(tǒng)與大數據相結合構成的智能運維系統(tǒng)進行闡述，并對智能光伏運維提出一定的展望。

關鍵詞：分布式光伏；智能監(jiān)控；大數據；智能運維

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A

0 引言

光伏產業(yè)作為新興的朝陽產業(yè)，是未來全球先進產業(yè)競爭的制高點。依托光伏發(fā)電技術的革新和國家及地方補貼政策的支持，居民分布式光伏發(fā)電產業(yè)進入飛速發(fā)展階段。但是過高的補貼比例，也使得光伏成產業(yè)政策調整的重災區(qū)，加快產業(yè)升級提高智能創(chuàng)新，降低光伏系統(tǒng)的運維成本，是每一位光伏人必須思考的問題。光伏系統(tǒng)智能監(jiān)控，運用互聯網、GPRS網絡和大數據等新一代信息技術，實時采集光伏系統(tǒng)中的主要技術參數，并上傳至云平臺進行數據記錄、分析、故障檢測和報警等處理，快速實現光伏電站的集中管理與遠程管理。

1 居民分布式光伏系統(tǒng)的原理

居民分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏組件、逆變器、配電箱、固定支架、監(jiān)控系統(tǒng)和線纜及其他附件。

典型的晶硅電池是一個半導體p-n結二極管。當太陽光照射在電池片上時，束縛的高能級狀態(tài)下的電子被激發(fā)成為自由電子。帶負電的自由電子向N結定向移動和聚集，余下帶正電的空穴向P結定向移動和聚集，當外部環(huán)路被閉合，便有電流產生。

發(fā)電原理圖如圖1所示。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)通過增加適用于光伏系統(tǒng)的高效電力電子器件，同時利用自動化信息抄讀技術、信息處理和控制技術，搭建智能化光伏運維系統(tǒng)。

本系統(tǒng)中有3個主要構件：光伏逆變器、智能電表箱、Web監(jiān)控平臺。智能系統(tǒng)構架圖見表1。

逆變器：配套使用逆變器，具有一組RS485通信接口，通過RS485屏蔽線與智能電表箱中導軌表的GPRS通信接口相連，對逆變器數據進行抄讀。讀取逆變器實時數據，不經處理上傳至Web監(jiān)控平臺，逆變器與導軌表抄讀數據進行對比，保證數據的準確性。

智能電表箱：其核心部件是智能導軌表，采用DIN35mm標準導軌式安裝。將采集的系統(tǒng)電壓、電流信號送入計量Soc，Soc對采樣信號進行計算裝換為電壓、電流、功率和電能等電參量，同時將數據送入MCU。另外，同時可實時采集電表箱內溫度、元件狀態(tài)。導軌表采集數據及對逆變器抄讀的數據，可通過GPRS通信模組上傳至Web監(jiān)控平臺。電表箱一次電氣圖如圖2所示。 Web監(jiān)控平臺：接收導軌表上傳數據，根據已設定邏輯關系，實現對數據的在線分析、 故障告警、遠程智能控制等功能。

3 重要功能介紹

該系統(tǒng)中核心器件為智能導軌表，設置其內部程序，同時配合外接設備和Web監(jiān)控平臺，共同實現如下幾項重要功能。

3.1 溫度檢測與告警

外接兩組溫度傳感器，可檢測電表箱內刀閘和導軌溫度并上報Web平臺，當溫度超過設定值（60℃）時，平臺預警；若溫度繼續(xù)升高至溫度上限（75℃）時，平臺發(fā)起遠程跳閘命令并聯動運維系統(tǒng)通知運維人員現場排查。

3.2 電壓檢測與告警

具有3組電壓檢測功能，分別檢測進線斷路器負載端、自動重合閘負載端和浪涌保護開關出線端電壓，判斷電表箱中幾個重要元器件的運行狀態(tài)是否正常，出現異常則Web平臺進行告警并聯動運維系統(tǒng)通知運維人員現場排查。

3.3 遠程控制功能

具有一組自動重合閘斷路器控制接口，可接受主站的命令，當出現異常或其他需人為關斷、合閘的情況時，可遠程對自動重合閘斷路器進行控制。

3.4 電參量測量功能

能測量當前的電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數等運行參數。當上報數據超過設定值時，Web平臺告警或平臺發(fā)起遠程跳閘命令并聯動運維系統(tǒng)通知運維人員現場排查。

3.5 計量功能

導軌表可對系統(tǒng)的正向有功、反向有功電能進行計量，并可以據此設置為組合有功電能，同時具有一定時間的日凍結數據存儲功能。精度等級為1.0級，解決了逆變器發(fā)電量計量不準確的痛點。另外，導軌表內設有超級電容，當市電停電可上報停電信息。

3.6 其他功能

除此之外，可對逆變器進行抄讀與設置，支持導軌表自身及外掛逆變器的遠程升級，實現戶用光伏電站的遠程監(jiān)控。

4 優(yōu)勢分析

如圖3所示，目前監(jiān)控系統(tǒng)主要停留在故障記錄、數據記錄和簡單的數據分析階段，在故障發(fā)生之前無法提前進行預警避免故障發(fā)生，同時由于逆變器對發(fā)電量的計量存在誤差，導致對系統(tǒng)真實發(fā)電性能的評估存在難度。針對以上問題進行探討，研發(fā)出這套智能系統(tǒng)，有如下幾點優(yōu)勢。

4.1 故障預警與處理

實時檢測上傳系統(tǒng)數據，當偏離正常范圍是，平臺進行預警或者關斷操作，將事故扼殺在發(fā)生之前。

4.2 精準發(fā)電量

導軌表發(fā)電量計量，相對逆變器精度有明顯提高，誤差可控制在千分級，使數據更加有可信度。

4.3 故障點定位

由于導軌表可實時監(jiān)測各電氣元件的運行狀態(tài)和電壓等參數，當故障發(fā)生之后，可通過歷史記錄查詢故障時間段內，系統(tǒng)中各元件的參數，精確分析故障原因和故障點。

4.4 節(jié)省運維成本

系統(tǒng)后端可準確進行故障預警和故障分析處理，同時可實現遠程升級功能。避免依靠人工反復趕往現場進行維護和管理，減少了大量的人力和物力的浪費，節(jié)省了運維成本。安能寶監(jiān)控界面展示如圖3所示。

5 應用實例

目前，此智能監(jiān)控系統(tǒng)已在浙江部分地區(qū)投產試用。同時，在實際應該過程中，也發(fā)現一定問題需要繼續(xù)改進。

5.1 協議兼容

要求系統(tǒng)中逆變器和導軌表通信協議需滿足兼容要求，同時多個平臺接口對接穩(wěn)定。

5.2 硬件要求

要求核心部件—導軌表的穩(wěn)定性非常高，對數據的采集上報需準確及時。

電表箱內接線如圖4所示。

5.3 Web平臺開發(fā)

要求Web平臺開發(fā)滿足系統(tǒng)要求的控制邏輯，可根據導軌表上報數據進行準確告警或其他關斷操作。

上報數據曲線如圖5所示：其中兩條趨勢線分別表示逆變器、電表箱內刀閘開關、電表箱內導軌溫度。

結語

在光伏電站25年的運營期內，故障情況不可避免。后期運維耗費大量人力、物力和財力，運維成本在整個系統(tǒng)中占比較大。智能監(jiān)控系統(tǒng)的應用，使故障點的判斷更加精準，甚至在故障發(fā)生之前就能進行預警和聯動處理。同時，更加準確計量光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，對光伏電站的性能評估和優(yōu)化電站設計起到很好的指導作用。

參考文獻

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