淺析互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在分布式光伏發(fā)電運維平臺的設計與實(shí)現

摘要：隨著(zhù)光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，對于光伏發(fā)電監控系統的需求也日益迫切，“互聯(lián)網(wǎng)+"時(shí)代，“互聯(lián)網(wǎng)+"的理念已經(jīng)轉化為科技生產(chǎn)的動(dòng)力，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的升級發(fā)展，本文結合“互聯(lián)網(wǎng)+"技術(shù)提出了一種針對分散光伏發(fā)電站運行數據進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集、分析、處理，查看實(shí)時(shí)運行情況，并通過(guò)移動(dòng)APP對光伏電站運行參數進(jìn)行監控及日常管理的應用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+光伏發(fā)電站；遠程運維平臺；數據采集；TCP協(xié)議；UDP協(xié)議

0、前言

隨著(zhù)光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，對于光伏發(fā)電監控系統的需求也日益迫切，“互聯(lián)網(wǎng)+"時(shí)代，“互聯(lián)網(wǎng)+"的理念已經(jīng)轉化為科技生產(chǎn)的動(dòng)力，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的升級發(fā)展，本文結合“互聯(lián)網(wǎng)+"技術(shù)提出了一種針對分散光伏發(fā)電站運行數據進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集、分析、處理，查看實(shí)時(shí)運行情況，并通過(guò)移動(dòng)APP對光伏電站運行參數進(jìn)行監控及日常管理的應用技術(shù)。

1、系統設計

1.1總體設計思路

光伏組件在接收充分光照后產(chǎn)生的太陽(yáng)能通過(guò)蓄電池存儲轉化成電能，夜晚光照度減弱，蓄電池開(kāi)始對用電器進(jìn)行供電，循環(huán)往復工作，節省了非可再生資源，同時(shí)光伏發(fā)電的線(xiàn)路結構簡(jiǎn)單操作方便，環(huán)保無(wú)污染，更節省了大量的人工?；诨ヂ?lián)網(wǎng)+的光伏發(fā)電管理系統，可以實(shí)現分散的光伏發(fā)電站網(wǎng)絡(luò )化統一管理。

本系統運行中，通過(guò)數據采集傳輸單元控制光伏電站數據采集控制單元，實(shí)時(shí)監控光伏發(fā)電站現場(chǎng)設備的運行參數和環(huán)境參數等并通過(guò)多種網(wǎng)絡(luò )接入方式，接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )通信系統，將參數實(shí)時(shí)發(fā)送至后臺服務(wù)器，本地監控控制系統使用光伏發(fā)電監控主機對服務(wù)器接收到的數據分類(lèi)匯總、分析、處理，生成圖表等并進(jìn)行分析處理。監控APP端可以同步監控主機，顯示數據，對數據進(jìn)行整理分析、獲取運行參數、查看實(shí)時(shí)運行情況，對光伏電站進(jìn)行日常管理，不僅可以做到實(shí)時(shí)、移動(dòng)監控，更可以降低運營(yíng)成本，減少開(kāi)支?？傮w結構如圖1所示，具體實(shí)現的功能包括如下幾個(gè)方面：光伏電站數據采集控制單元、數據采集傳輸單元、網(wǎng)絡(luò )通訊系統、后臺服務(wù)器、光伏發(fā)電監控主機、手機APP。

1.2光伏電站數據采集控制、傳輸單元硬件設計

光伏電站數據采集控制傳輸單元主要是由溫度傳感器、光傳感器、溫濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、數字電位器、電磁繼電器、STM32F106單片機、網(wǎng)絡(luò )接入模塊及電路的接口部分組成。數據采集監控單元模塊將現場(chǎng)溫濕度、光照強度、風(fēng)向風(fēng)速以及發(fā)電單元發(fā)電參數等等通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通信，發(fā)送至后臺服務(wù)器。同時(shí)，控制傳輸單元接收監控主機發(fā)送的各種控制命令，能遠程控制發(fā)電模塊的運行。后臺服務(wù)器實(shí)現采集數據的存儲、監控和控制系統的部署，及連接控制端，為光伏電站數據采集單元與監控系統之間建立聯(lián)系。后臺服務(wù)器主要功能模塊如圖2所示。

1.3移動(dòng)監控平臺軟件系統設計

監控APP基于A(yíng)ndroid系統平臺進(jìn)行開(kāi)發(fā)，系統通過(guò)TCP協(xié)議及UDP協(xié)議實(shí)現APP與網(wǎng)絡(luò )后臺服務(wù)器監控系統的APP通信控制模塊通信。APP可以實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)后臺服務(wù)器，對光伏電站運行進(jìn)行監控和控制操作，提供方便、快捷、實(shí)時(shí)地操作。手機APP客戶(hù)端軟件總體結構圖如圖3所示?？蛻?hù)端軟件通過(guò)TCP協(xié)議對遠程服務(wù)器實(shí)現登錄及客戶(hù)端基本參數的傳輸。在完成客戶(hù)端基本運行參數傳輸處理之后，通過(guò)UDP協(xié)議同步監控主機參數，顯示光伏發(fā)電模塊數據，獲取運行參數查看實(shí)時(shí)運行情況，對數據進(jìn)行整理分析，對光伏電站進(jìn)行日常管理監控。

2、系統測試分析及結論

移動(dòng)監控APP模塊，是光伏發(fā)電監控系統研究課題中，后臺監控系統的一個(gè)子模塊，為系統監控管理者提供移動(dòng)監控平臺。系統前端數據監控采集模塊通過(guò)對各種傳感器對現場(chǎng)數據采集并通過(guò)GPRS遠程傳輸模塊將采集結果傳輸至后臺服務(wù)器，移動(dòng)監控APP能實(shí)時(shí)與后臺服務(wù)器進(jìn)行交互，實(shí)時(shí)顯示發(fā)電模塊運行狀態(tài)，并根據應用需要可向監控模塊發(fā)送控制命令對現場(chǎng)監控設備進(jìn)行控制。經(jīng)過(guò)測試，移動(dòng)監控APP模塊各項參數及遠程控制的傳輸、顯示總體達到系統設計要求，下一步將在現有設計基礎上實(shí)現系統多機位實(shí)時(shí)監控，組網(wǎng)發(fā)電調度控制研發(fā)。

3、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

3.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過(guò)監測光伏站點(diǎn)的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶(hù)管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監測，逆變器監測，發(fā)電統計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶(hù)可通過(guò)WEB端以及APP端訪(fǎng)問(wèn)平臺，及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

3.2應用場(chǎng)所

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

3.3系統結構

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量?jì)x表，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將采集的數據上傳至服務(wù)器，并將數據進(jìn)行集中存儲管理。用戶(hù)可以通過(guò)PC訪(fǎng)問(wèn)平臺，及時(shí)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。

3.4系統功能

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(hù)都可以通過(guò)WEB瀏覽器根據權限范圍監視分布在區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(xiàn)、是否并網(wǎng)、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

3.4.1光伏發(fā)電

3.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會(huì )效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

3.4.1.2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(jià)，峰值功率等基本參數。

●統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(shí)時(shí)監測現場(chǎng)環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)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。

3.4.1.3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(guò)曲線(xiàn)圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線(xiàn)。

●直流側電壓電流查詢(xún)。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢(xún)。

3.4.1.4電站發(fā)電統計

●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統計報表。

3.4.1.5逆變器發(fā)電統計

●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統計報表

3.4.1.6配電圖

●實(shí)時(shí)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(fēng)速等環(huán)境參數。

●展示逆變器型號及廠(chǎng)商。

3.4.1.7逆變器曲線(xiàn)分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線(xiàn)。

3.4.2事件記錄

●操作日志：用戶(hù)登錄情況查詢(xún)。

●短信日志：查詢(xún)短信推送時(shí)間、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線(xiàn)狀況。

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

3.4.3運行環(huán)境

●視頻監控：通過(guò)安裝在現場(chǎng)的視頻攝像頭，可以實(shí)時(shí)監視光伏站運行情況。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。

3.5系統硬件配置

3.5.1交流220V并網(wǎng)

交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統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(wǎng)模式，這種類(lèi)型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺來(lái)管理此類(lèi)光伏電站非常有必要，安科瑞在這類(lèi)光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

3.5.2交流380V并網(wǎng)

根據國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點(diǎn)380V并網(wǎng)，以當地電力部門(mén)的審批意見(jiàn)為準。這類(lèi)分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應明確計量點(diǎn)，計量點(diǎn)設置除應考慮產(chǎn)權分界點(diǎn)外，還應考慮分布式電源出口與用戶(hù)自用電線(xiàn)路處。每個(gè)計量點(diǎn)均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規定，以及相關(guān)標準、規程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應滿(mǎn)足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統，實(shí)現用電信息的遠程自動(dòng)采集。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過(guò)匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時(shí)在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數據均應上傳供電部門(mén)用電信息采集系統，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結算。

部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、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、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類(lèi)型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統圖如下。

這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規模適中，可通過(guò)云平臺采用光伏發(fā)電數據和儲能系統運行數據。

3.5.3 10kV或35kV并網(wǎng)

根據《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設有關(guān)事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿(mǎn)足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶(hù)用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下，通過(guò)內部多點(diǎn)接入配電系統。

此類(lèi)分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過(guò)升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門(mén)對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質(zhì)量以及和調度的通信要求都比較高。

光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、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、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。

上圖為一個(gè)1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。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：

【參考文獻】

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3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版