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(lái)，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(lái)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(lái)越多，分布區(qū)域越來(lái)越廣，由此所帶來(lái)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(lái)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(guò)有線或無(wú)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(wèn)具體的電站信息可直接從地圖上點(diǎn)擊進(jìn)入訪問(wèn)。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(lái)。

3.2 電站運(yùn)行分析

電站運(yùn)行過(guò)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(guò)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

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