江蘇安科瑞電器制造有限公司 范宏博

目前，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)變得越來越復雜，傳統(tǒng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)已難以對其進行全面有效的管理。這些監(jiān)控系統(tǒng)在準確性和效率方面普遍較低，因此開發(fā)一款高效、精準的分布式光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)顯得至關重要。本次研發(fā)的系統(tǒng)采用了先進的技術，包括感應模塊、監(jiān)控模塊以及計算機集群等。其中，監(jiān)控模塊是整個系統(tǒng)的核心，主要負責數據的采集與傳輸。這些數據涵蓋了電源流量、電路狀況、元件工作時間等多個方面，同時還具備安全隱患處理功能。感應模塊則包括溫度和光學兩個子模塊。溫度感應模塊主要用于監(jiān)測電路元件的溫度，確保系統(tǒng)在安全范圍內運行；光學感應模塊則實時監(jiān)測當前的太陽能強度，為管理人員提供準確的數據參考。此外，軟件部分還提供了基于計算機集群處理的遠程監(jiān)控流程圖，以及基于CISC單片機傳輸載波的算法設計。大量實驗結果顯示，該系統(tǒng)在效率和準確性方面均達到了預期要求，為分布式光伏電站的管理提供了有力支持。綜上所述，本次設計的智能監(jiān)控系統(tǒng)在多個方面均表現(xiàn)出色，不僅提高了管理效率，還保證了數據的準確性，為分布式光伏電站的穩(wěn)定運行奠定了堅實基礎。

1、分布式光伏電站遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)設計

1.1 總體設計分析

本次研發(fā)的智能監(jiān)控系統(tǒng)，其核心構成包括監(jiān)控、感應和計算機集群這幾個模塊。監(jiān)控模塊在光伏電站中起到了至關重要的作用，它能夠實時傳輸各種數據，包括元件的工作時間以及電路的運行狀況等，為管理人員提供詳盡的電站運行信息。此外，該模塊還具備隱患報警和處理功能，確保電站的安全穩(wěn)定運行。感應模塊則是系統(tǒng)的另一大亮點，它能夠實時獲取電站一線數據，使應用人員對光伏電站的運行情況有更加直觀的了解。這些數據通過計算機集群進行處理和顯示，實現(xiàn)了對不同電力模塊的分布式管理和集群化控制。通過這種方式，整個智能監(jiān)控系統(tǒng)得以高效構建，為光伏電站的穩(wěn)定運行提供了有力保障。綜上所述，本次開發(fā)的智能監(jiān)控系統(tǒng)在數據傳輸、實時監(jiān)控、隱患處理等方面表現(xiàn)出色，為光伏電站的管理和運行提供了全面的技術支持。

1.2 監(jiān)控模塊設計

監(jiān)控模塊作為本次智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，采用了高效的CISC單片機作為核心元件。這種單片機以其zhuo越的靈敏度和豐富的指令集在工業(yè)領域得到廣泛應用。在本次開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)中，CISC單片機發(fā)揮著至關重要的作用，它使系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化運轉，大大提高了工作效率，同時顯著減少了人力資源的需求。該監(jiān)控模塊包含三個主電路和五個支路電路。主電路主要包括數據傳輸、流量和計時電路，而支路電路則涵蓋了計算機接口、中斷、顯示、通信和存儲裝置。這些電路都受到CISC單片機的統(tǒng)一控制和調度，確保數據準確無誤地傳輸至計算機進行集中處理。通過CISC單片機的精密控制，監(jiān)控模塊能夠實時監(jiān)測光伏電站的各種參數，為管理人員提供全面的運行數據。這種模塊化的設計不僅提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還為后續(xù)的維護和升級提供了便利。

1.3感應模塊設計

感應模塊在本次智能監(jiān)控系統(tǒng)中占據著舉足輕重的地位，它涵蓋了溫度和光學兩個關鍵部分。溫度感應部分主要用于監(jiān)測電路中各元件的溫度，確保其在正常范圍內運行。一旦發(fā)現(xiàn)某個元件溫度異常，系統(tǒng)將立即啟動報警機制或進行調節(jié)，以防止設備受損或發(fā)生故障。光學傳感裝置則專注于監(jiān)測電站中的太陽能強度，并將相關數據實時傳遞給操作人員。這些數據對于全面了解電站運行狀況至關重要，同時也有助于預測未來的經濟效益。太陽能強度是決定光伏電站選址的關鍵因素，因此，該傳感器在智能監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。光學傳感裝置的工作原理是：當它感應到太陽光時，會將光強轉換成電信號，然后將其輸入短路電路中。通過觀測電流值，可以將電信號傳遞至計算機進行處理。通過這種方式，可以精確計算出該電站所能接收到的太陽能強度，為電站的運行和管理提供有力支持。

2、遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

計算機群組在本次智能監(jiān)控系統(tǒng)中扮演著核心角色，支持數據收發(fā)、電路修正等多種功能。通過系統(tǒng)軟件，可以實現(xiàn)對光伏電站的遠程監(jiān)控。其具體流程如下：首先，對系統(tǒng)硬件進行初始化設置，確保各部分正常工作。接著，對由CISC單片機產生的載波進行觀測。這個載波是系統(tǒng)正常運行的關鍵標志，通過檢測載波的存在與否，可以判斷當前系統(tǒng)的運行狀態(tài)。如果未能檢測到載波，系統(tǒng)將自動重新初始化硬件部分。如果連續(xù)五次未能檢測到載波，系統(tǒng)將生成錯誤日志并發(fā)出警報信息，提醒相關人員進行處理。一旦檢測到載波，系統(tǒng)將繼續(xù)進行后續(xù)工作，直至監(jiān)控體系順利構建完成。此時，可以啟動遠程數據收發(fā)功能，并結合系統(tǒng)的處理能力，對光伏電站中存在的隱患進行修復和改善。通過計算機群組的強大功能，本次設計的智能監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對光伏電站的全面、高效的遠程監(jiān)控，確保電站的安全穩(wěn)定運行。

3、分布式太陽能光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)實驗驗證

為了驗證本次開發(fā)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)在準確性和效率性能上是否滿足需求，我們將其與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)進行了對比分析。實驗對象選擇了某市的分布式光伏電站。實驗結果顯示，傳統(tǒng)的基于SCAD分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)的泰勒逼近誤差曲線波動較大，而本次開發(fā)的系統(tǒng)在誤差表現(xiàn)上更為穩(wěn)定，僅為0.21350。此外，電壓誤差均值僅為0.14560，顯著低于國際標準，說明本次開發(fā)的系統(tǒng)在準確性方面具有較高水平。從數據傳輸效率角度來看，本次開發(fā)的系統(tǒng)的計算機接口數據傳輸效率值為84.750%，遠高于傳統(tǒng)SCADA遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸效率。這進一步證明了本次開發(fā)的系統(tǒng)在速度方面具有顯著優(yōu)勢。從功能角度來看，監(jiān)控模塊能夠全面監(jiān)管分布式光伏電站的傳輸信息、電路以及相關部件的運行時間等關鍵數據。感應模塊則通過溫度和光學傳感裝置，既可分析光伏電站中各元件的健康狀況，又能實時監(jiān)測太陽能強度，為管理人員提供有力支持，從而實現(xiàn)對光伏電站的更高效管控。綜上所述，本次開發(fā)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)在準確性和效率性能方面均表現(xiàn)出色，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，為分布式光伏電站的管理和運行提供了有力保障。

4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

4.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)測光伏站點的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、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)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

4.2應用場所

目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

4.3系統(tǒng)結構

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網關將采集的數據上傳至服務器，并將數據進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

4.4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，任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內各建筑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、是否并網、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

4.4.1光伏發(fā)電

4.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實時發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

4.4.1.2電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數。

●統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

4.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

4.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表

4.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、直流側的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數。

●展示逆變器型號及廠商。

4.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

4.4.2事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內容，發(fā)生時間以及確認狀態(tài)。

4.4.3運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭，可以實時監(jiān)視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

4.5系統(tǒng)硬件配置

4.5.1交流220V并網

交流220V并網的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。

部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.2交流380V并網

根據國家電網發(fā)布的Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規(guī)定》，8kW至400kW的分布式光伏電站可選擇以380V電壓并網。對于超出400kW的光伏電站，其并網方式應根據實際情況進行多點380V并網，具體操作需遵循當地電力部門的審批意見。這類分布式光伏電站主要位于工商業(yè)企業(yè)的屋頂，采用自發(fā)自用的模式，余電則上網銷售。在接入配電網之前，必須明確計量點的位置。除了考慮產權分界點外，還需特別關注分布式電源出口與用戶自用電線路的交匯點。每個選定的計量點均需配備雙向電能計量裝置，設備的技術要求和配置需遵循DL/T448的相關規(guī)定以及相關標準、規(guī)程。電能表應采用智能型，其技術性能需滿足國家電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，需安裝相應的采集設備，并接入用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程自動采集用電信息的功能。綜上，為確保分布式光伏電站的順利并網和高效運行，必須嚴格遵循國家電網的相關規(guī)定和技術要求。

光伏陣列通過組串式光伏逆變器或經由匯流箱接入企業(yè)380V電網。這種并網方式實現(xiàn)了自發(fā)自用、余電上網的模式。在380V并網點前，需要安裝計量電表來精確計量光伏發(fā)電量。同時，在企業(yè)電網與公共電網的連接處，也應安裝雙向計量電表，用于準確統(tǒng)計企業(yè)上網電量。這些數據應自動上傳至供電部門的用電信息采集系統(tǒng)，以便進行光伏發(fā)電補貼和上網電量的結算。

對于部分并網點的電能質量，需要進行嚴密監(jiān)測。這包括電源頻率、電壓大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD以及閃變等情況。為確保電能質量，需在并網點安裝專門的電能質量監(jiān)測裝置。

另外，對于采用自發(fā)自用、余電不上網模式的光伏電站，為防止電能逆流至電網，需安裝防逆流保護裝置。這種裝置能有效避免不必要的電能損失，確保光伏電站的安全與穩(wěn)定運行。

這種并網模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數據和儲能系統(tǒng)運行數據，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.310kV或35kV并網

根據《國家能源局關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目若需享受國家補貼，必須滿足特定條件：單點并網裝機容量不得超過6兆瓦，且該項目的非戶用性質。在確保電網運行安全的前提下，項目可采用多點接入配電系統(tǒng)的方式。

此類分布式光伏發(fā)電項目的裝機容量通常較大，因此需要使用升壓變壓器將其升壓后接入電網。由于規(guī)模較大，其對公共電網的干擾可能較為顯著，因此供電部門對于此類分布式光伏電站的穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質量以及與調度系統(tǒng)的通信穩(wěn)定性要求較高。

為確保并網點運行的穩(wěn)定性和可靠性，光伏電站需對電能質量進行嚴密監(jiān)測，包括電源頻率、電壓大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD以及閃變等關鍵指標。為此，需配備專門的電能質量監(jiān)測裝置，以確保并網點的高效、安全運行。

上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置)，最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：