摘要：以吉林油田新建分布式小光伏項目為背景，探討了分布式小光伏數(shù)據(jù)采集的問題和難點，并介紹了一種自主研發(fā)的分布式小光伏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過智能測控網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)了電表和逆變器不同波特率的數(shù)據(jù)采集，同時解決了多廠家逆變器協(xié)議不統(tǒng)一的問題。在軟件方面，實現(xiàn)了局級和廠級的整體展示，方便對系統(tǒng)進行實時監(jiān)測和管理。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用，驗證了其在分布式小光伏數(shù)據(jù)采集中的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：分布式小光伏；數(shù)據(jù)采集；智能測控網(wǎng)關(guān)；多廠家協(xié)議；系統(tǒng)監(jiān)測與管理

一、前言

隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨蠛铜h(huán)境保護意識的不斷增強，分布式光伏系統(tǒng)作為一種靈活、可擴展的光伏發(fā)電形式，受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。吉林油田作為一個能源企業(yè)，也意識到分布式光伏系統(tǒng)在能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展中的重要性，并引入了這一技術(shù)來應(yīng)對能源挑戰(zhàn)。分布式光伏系統(tǒng)的重要性包括以下幾方面：

第一，能源轉(zhuǎn)型的驅(qū)動力。分布式光伏系統(tǒng)作為一種可再生能源的利用形式，具有低碳、清潔、可再生的特點，可以有效減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴，促進能源轉(zhuǎn)型和減排工作的開展。吉林油田作為一個能源企業(yè)，通過引入分布式光伏系統(tǒng)，積極響應(yīng)國家能源政策，推動企業(yè)的綠色發(fā)展[1]。

第二，能源供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性。分布式光伏系統(tǒng)的分布廣泛，可以將光伏發(fā)電設(shè)備安裝在隊部屋頂或與油井緊鄰的空地，使得能源的供應(yīng)更加穩(wěn)定和可靠。吉林油田引入分布式光伏系統(tǒng)，能夠在一定程度上解決能源供應(yīng)不穩(wěn)定的問題，提高企業(yè)的能源供應(yīng)可靠性，減少潛在的能源供應(yīng)風險。

第三，降低能源成本和提高經(jīng)濟效益。分布式光伏系統(tǒng)可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，為企業(yè)提供廉價的電力資源。吉林油田通過引入分布式光伏系統(tǒng)，可以降低企業(yè)的用電成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

二、分布式光伏需要采集的數(shù)據(jù)

分布式光伏系統(tǒng)采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)主要包括以下幾個方面：

第一，光伏發(fā)電量。采集光伏系統(tǒng)的實時發(fā)電量、日發(fā)電量、月發(fā)電量等數(shù)據(jù)，用于監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)電情況和評估發(fā)電效率。

第二，太陽能輻射強度。采集太陽能輻射強度數(shù)據(jù)，用于評估光伏系統(tǒng)的輻射資源以及系統(tǒng)的運行效果。

第三，溫度和濕度。采集光伏組件、逆變器等設(shè)備的溫度和濕度數(shù)據(jù)，用于監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)和熱效應(yīng)對系統(tǒng)性能的影響。

第四，逆變器運行參數(shù)。采集逆變器的輸入電壓、輸出電壓、電流等參數(shù)，用于監(jiān)測逆變器的工作狀態(tài)和系統(tǒng)的發(fā)電效率[2]。

第五，網(wǎng)絡(luò)電壓和頻率。采集系統(tǒng)接入電網(wǎng)的電壓和頻率數(shù)據(jù)，用于監(jiān)測系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接狀態(tài)和電網(wǎng)質(zhì)量。

第六，故障和告警信息。采集系統(tǒng)的故障和告警信息，包括光伏組件故障、逆變器故障、電網(wǎng)故障等，用于及時發(fā)現(xiàn)和處理系統(tǒng)故障。

第七，能耗數(shù)據(jù)。采集光伏系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，包括逆變器的能耗、監(jiān)控系統(tǒng)的能耗等，用于評估系統(tǒng)的能效和節(jié)能效果。

以上是分布式光伏系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)的采集和分析，可以幫助實現(xiàn)對系統(tǒng)運行情況的監(jiān)測、故障診斷和性能評估，進而提高系統(tǒng)的運行效率和可靠性。

三、分布式光伏數(shù)據(jù)采集的難點

在實際數(shù)據(jù)采集開發(fā)工作中，分布式光伏數(shù)據(jù)采集有以下幾方面難點：

第一，通信與接口問題。電表和逆變器波特率不一致，電表波特率2400，逆變器波特率9600，通過一個設(shè)備分別采集存在難點。

第二，數(shù)據(jù)來源多樣化。分布式光伏系統(tǒng)涉及多個數(shù)據(jù)來源，包括光伏組件、逆變器、監(jiān)測設(shè)備等，不同廠家的設(shè)備可能采用不同的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集的統(tǒng)一性和一致性難以實現(xiàn)。

第三，數(shù)據(jù)質(zhì)量和準確性。光伏系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集可能受到環(huán)境影響，如天氣條件、光照強度等，這些因素可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準確性存在一定的偏差，需要進行數(shù)據(jù)清洗和校正[3]。

第四，數(shù)據(jù)安全和隱私保護。光伏系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集涉及企業(yè)的運營和生產(chǎn)信息，需要確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私保護，防止數(shù)據(jù)泄露或被惡意篡改。

第五，數(shù)據(jù)管理和分析需求。大規(guī)模的分布式光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量龐大，如何有效地管理和處理這些數(shù)據(jù)，以及如何進行數(shù)據(jù)分析和利用，對于企業(yè)來說是一個挑戰(zhàn)。

針對以上難點，采取一系列的措施，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集和管理平臺、制定數(shù)據(jù)標準和通信協(xié)議、加強網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘?，以提高?shù)據(jù)采集的效率和準確性，實現(xiàn)對分布式光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠管理和有效利用。

四、分布式小光伏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

通過對上述問題進行技術(shù)攻關(guān)，提出了以下落地的解決方案：

第一，為解決電表和逆變器不同波特率的采集問題，研發(fā)了智能測控網(wǎng)關(guān)解決現(xiàn)場同時采集電表和逆變器數(shù)據(jù)的問題。該網(wǎng)關(guān)具備了RS485、4-20ma、開關(guān)量等數(shù)據(jù)采集和控制功能，并通過內(nèi)置程序?qū)崿F(xiàn)了波特率自由切換。同時，針對多廠家逆變器協(xié)議不統(tǒng)一的問題，研發(fā)團隊進行了需求分析，抽取需要的多項協(xié)議進行分類別軟件開發(fā)，從而實現(xiàn)了多廠家逆變器數(shù)據(jù)的采集和管理。

第二，對于分布式光伏分布廣、難于安裝與維護問題，吉林油田采取在建設(shè)期由信息技術(shù)公司統(tǒng)一現(xiàn)場安裝，并負責培訓(xùn)采油廠進行維護培訓(xùn)的方法，解決了安裝和維護的難題。

第三，為了解決分布式光伏系統(tǒng)中不同廠家設(shè)備采用不同通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式的問題，采用軟件面向?qū)ο蠊S類的方式進行數(shù)據(jù)采集的統(tǒng)一性和一致性處理。這種方式可以通過定義一個工廠類，用于創(chuàng)建和管理各個設(shè)備的對象，并提供統(tǒng)一的接口來處理數(shù)據(jù)采集和管理?？梢远x一個基礎(chǔ)設(shè)備類，包括光伏組件、逆變器、監(jiān)測設(shè)備等。每個設(shè)備類都實現(xiàn)相應(yīng)的接口，用于數(shù)據(jù)采集和處理。接下來，可以定義一個工廠類，用于根據(jù)設(shè)備的類型和廠家信息創(chuàng)建相應(yīng)的設(shè)備對象。工廠類可以根據(jù)設(shè)備的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，選擇合適的數(shù)據(jù)采集方式和處理方法。在工廠類中，可以定義一個通用的接口或抽象類，用于定義設(shè)備對象的數(shù)據(jù)采集和管理方法。每個設(shè)備類都實現(xiàn)這個接口或繼承這個抽象類，并根據(jù)自身的特點進行具體實現(xiàn)。這樣，無論設(shè)備來自哪個廠家或采用何種通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，都可以通過統(tǒng)一的接口進行數(shù)據(jù)采集和管理。

在軟件方面，吉林油田實現(xiàn)了局級和廠級的整體展示。局級展示了智能網(wǎng)關(guān)上線率、電表日讀數(shù)、累積電能、逆變器在線數(shù)量、停機數(shù)量、故障、告警等信息的實時和歷史數(shù)據(jù)，方便在宏觀上進行系統(tǒng)分析。廠級展示了容量、電表號、日電能、累積電能、變比、逆變器廠家、主站ID、開關(guān)機狀態(tài)、逆變器狀態(tài)、故障描述、告警描述、發(fā)電量、累積電量、效率、內(nèi)部溫度、絕緣阻抗、輸入功率、有功功率、無功功率、電網(wǎng)電壓、電流、頻率、組串等各類信息的集中展示，并且還開發(fā)了線路電能管理、日電能對標等功能模塊，方便技術(shù)人員查找問題和短板以及進行管控分析。

（一）典型界面展示

新立采油廠2023年9月19日停電檢修，光伏展示平臺能夠集中顯示物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備斷電告警信息，輔助安全管控如圖1所示。

（二）對標展示

新木采油廠容量為42.12的分布式光伏逆變器共17臺，2023年10月2日最小發(fā)電量172.2Kw，最大發(fā)電量為277.8Kw，相差105.6Kw，如圖2所示。

（三）對逆變器日電能趨勢展示

通過此功能可對電能展示功能的監(jiān)測，用戶可以及時發(fā)現(xiàn)逆變器性能的異常情況，如電能輸出的突變或不穩(wěn)定等，有助于用戶及時調(diào)查并解決問題，確保逆變器的正常運行，提高能源利用效率，如圖3所示。分布式光伏線路管理界面如圖4所示。

（四）逆變器半小時電能展示。

通這個功能可以實時顯示逆變器的電能輸出情況，幫助用戶了解自己的能源消耗情況。通過對電能趨勢的觀察，用戶可以發(fā)現(xiàn)能源使用的高峰和低谷時段，以及電能的波動情況，從而更好地規(guī)劃能源使用策略，如圖5所示。

五、數(shù)據(jù)采集程序應(yīng)用到的技術(shù)

吉林油田現(xiàn)有逆變器包括華為、禾望、英威騰、陽光等逆變器，存在應(yīng)用廠家多接入數(shù)據(jù)量大等特點，所以分布式數(shù)據(jù)采集與管理使用了多種技術(shù)來實現(xiàn)高效、準確和穩(wěn)定的光伏數(shù)據(jù)采集與管理過程。包括采集技術(shù)、隊列技術(shù)、重定向技術(shù)和Socket技術(shù)等。

首先是應(yīng)用采集技術(shù)，利用各種傳感器設(shè)備收集實時數(shù)據(jù)，如光照強度、溫度、濕度等，用于分布式光伏系統(tǒng)的運行監(jiān)測和性能評估。采用Modbus通信協(xié)議和技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在分布式光伏系統(tǒng)各個組件之間的傳輸和交換。對采集到的原始數(shù)據(jù)進行解析和處理，將其轉(zhuǎn)化為可讀性強、易于分析的格式，方便后續(xù)數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用。

其次是使用消息隊列技術(shù)，通過RabbitMQ實現(xiàn)數(shù)據(jù)的異步傳輸和處理。通過將數(shù)據(jù)存儲在消息隊列中，可以實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸和處理，提高系統(tǒng)的并發(fā)性和可靠性。對消息隊列進行管理和調(diào)度，確保數(shù)據(jù)的有序性和可靠性，包括隊列分區(qū)、負載均衡、消息確認機制等，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

最后是使用數(shù)據(jù)重定向技術(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)重定向到指定的存儲設(shè)備或數(shù)據(jù)庫中，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的長期保存和管理。常用的技術(shù)包括數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的配置和管理、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機制等，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。在數(shù)據(jù)量較大的情況下，通過對數(shù)據(jù)流進行重定向，將數(shù)據(jù)流從一個節(jié)點傳輸?shù)搅硪粋€節(jié)點，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸和處理。常用的技術(shù)包括流分片、數(shù)據(jù)壓縮和加密等，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎桶踩訹4]。

同時，采用Socket技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)分布式系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互。通過建立Socket連接，可以實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)同步，方便分布式數(shù)據(jù)采集與管理。

通過上述技術(shù)，最終實現(xiàn)了吉林油田分布式小光伏數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采集與數(shù)據(jù)入庫。

六、結(jié)語

分布式光伏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅為各個采油廠帶來了顯著的經(jīng)濟效益，還展示了良好的推廣應(yīng)用前景。隨著全球?qū)α闾嫁D(zhuǎn)型的需求日益增長和技術(shù)的不斷進步，該系統(tǒng)有望在更多領(lǐng)域和地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，為推動全球能源轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護事業(yè)做出更大貢獻。未來，可以進一步完善系統(tǒng)的功能和性能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為分布式小光伏系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用提供更好的支持。

參考文獻

[1]姜慶林，孔丹軍.提高分布式光伏用戶全量數(shù)據(jù)采集成功率分析[J].農(nóng)村電工，2021，29（02）：35-36.

[2]陳國杰.屋頂分布式光伏電站在油田計量間的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2024，60（01）：45-48+79.

[3]盛慶博，王濤，鄒林，等.模塊化光伏電站參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2023（01）：67-71.

[4]王婧驊，張娟，趙婉茹，等.基于時間序列的分布式光伏電站發(fā)電數(shù)據(jù)采集方法[J].電網(wǎng)與清潔能源，2022，38（06）：137-142.

作者單位：蔡曉冬、劉慶發(fā)，吉林油田數(shù)智技術(shù)公司；王偉峰，中國石油吉林油田新能源事業(yè)部

■ 責任編輯：張津平、尚丹