胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：光伏電站，具體來(lái)說(shuō)便是相連于電網(wǎng)并將電力輸送給電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統，是我國重點(diǎn)和全力發(fā)展的綠色能源項目。其中，監控自動(dòng)化系統的接入，屬于光伏電站應用中的重要部分。對于光伏區監控系統的探究，可以使光伏電站接入自動(dòng)化系統有相應的提升，進(jìn)而強化電站的運行效率和運維效率，進(jìn)一步降低運維成本。

關(guān)鍵詞：光伏監控系統；光伏電站運營(yíng)；作用發(fā)展

一、光伏區監控系統概述

光伏電站，如圖一所示。監控系統服務(wù)器屬于光伏區逆變器、匯流箱、箱逆變一體機等各類(lèi)電氣設備的數據采集、存儲、網(wǎng)絡(luò )管理中心，并且也是光伏區數據采集傳輸系統關(guān)鍵的人機對話(huà)界面，可以顯示設備圖形和相關(guān)信息報表、記錄時(shí)間順序、顯示故障報警狀態(tài)、查詢(xún)參數、操作控制命令解釋以及下達等等。運維人員借助監控主機便可以針對電氣設備的運行情況進(jìn)行監測和操作控制，并將系統的維護管理、修改、軟件系統診斷等工作同時(shí)完成。針對光伏區后臺監控系統實(shí)施的維護工作，只可以在監控主機上開(kāi)展，登陸保護有非常強的安全性。

在光伏電站接入自動(dòng)化系統監控后臺當中，應用的結構形式為開(kāi)放式以及分層分布式，系統縱向包括站控層和間隔層。間隔層對電氣單元當中設置的測控單元進(jìn)行了使用，但站控層對功能分布結構進(jìn)行使用，兩層彼此之間的結構為單以太網(wǎng)。通信線(xiàn)纜，一般情況下，都會(huì )利用RS485屏蔽雙絞線(xiàn)帶鎧光纜，可以對速率的增加給予保障，并使其有更理想的可靠性。有些項目為了將施工以及材料成本節約，會(huì )利用LET的通信方式。

（一）間隔層

間隔層需要將升壓站設備的控制監視工作完成，每一個(gè)測控單元都可以針對相應的設備實(shí)時(shí)采集以及控制工作。間隔層的所有設備測控單元，都需要對相應的人機接口設備進(jìn)行設置，如有必要會(huì )自行將就地監控功能完成。每個(gè)間隔設備都是獨立性的，光伏場(chǎng)區間隔層測控單元會(huì )對一個(gè)光伏集中監控單元進(jìn)行配置。

（二）站控層

通常根據用戶(hù)要求，會(huì )對以下設備進(jìn)行配置：1、需要對兩臺控制主機進(jìn)行配置，共兩套，并且要配置冗余。兩臺配置可以對分電站測數據以及光伏數據進(jìn)行區分，進(jìn)而使數據不會(huì )互相打擾；2、配置兩套打印機，一套為A3，另一套為A4，可以對設備運行信息實(shí)時(shí)打印，使人工操作效率有所提升。

（三）網(wǎng)絡(luò )設備

為了對網(wǎng)絡(luò )通信需求給予滿(mǎn)足，要結合需求對具體的傳輸介質(zhì)轉換設備進(jìn)行配置，例如：傳輸介質(zhì)轉換設備、接口熔接設備等等。

二、光伏區域后臺系統的功能

1、設備數據采集以及處理。光伏區監控系統針對光伏區逆變器、直流匯流箱箱、箱逆變一體機的遙測信號，報警以及遙信信號實(shí)時(shí)采集，可以對逆變器穩定的運轉給予保障。其中，可以針對電站設備的所有運行情況開(kāi)展集中監控，實(shí)施故障以及專(zhuān)家診斷等，使故障分析的準確性提升，并使處理故障的時(shí)間縮短，進(jìn)而使設備檢修質(zhì)量和相應的生產(chǎn)安全性有所提升。借助統一管理和指揮生產(chǎn)運營(yíng)工作，可以?xún)?yōu)化配置備品配件等相關(guān)資源，使其得到規范性管理。2、構建數據庫。數據庫具有數據存儲功能，并且可以對運行報表進(jìn)行保存。3、可開(kāi)展控制以及調節。例如針對站內設備實(shí)施控制以及功能調節。4、可以防止誤閉鎖的操作。5、可以完成數據之間的通信。6、可針對系統實(shí)施診斷。7、可完成時(shí)鐘對時(shí)工作。8、可以報文并開(kāi)展記錄以及分析工作。9、具有語(yǔ)音報警功能。10、仿真培訓并開(kāi)發(fā)軟件。11、具有自恢復功能。

三、光伏區設備數據監視的作用

其一，實(shí)時(shí)對光伏區設備數據進(jìn)行監控，可以使運維管理模式提升。1、主動(dòng)性。對主動(dòng)型的應用，是一種預防維護性措施，使運維計劃有較強的前瞻性以及預防性，進(jìn)而針對工作開(kāi)展實(shí)時(shí)追蹤。2、持續性。針對設備開(kāi)展精細化管理，持續化以及科學(xué)化管。3、精細型。將運維流程實(shí)現標準化，對運維管理平臺的完整構建，可以使運維定位以及管理更加準確。其二，針對專(zhuān)家資源開(kāi)展集中配置，會(huì )將管理效率進(jìn)一步提升。其三，相同種類(lèi)的設備，在不同區域中可實(shí)現調度統一，使庫存風(fēng)險有所降低。其四，統一推廣故障處理經(jīng)驗，可以使運維效率有相應的提升。

四、發(fā)展趨勢分析

1、由之前的粗放式分散管理向智能集中化管理進(jìn)行轉變。其一，針對不同區域的電站實(shí)施統一管理；其二，集中配置專(zhuān)家資源，可以使管理效率提升。相同種類(lèi)的設備在不同區域可以完成調度的統一性，并使庫存風(fēng)險有所降低，統一推廣故障處理經(jīng)驗，可以使運維效率有相應的提升。2、單個(gè)電站運營(yíng)商管理，如果有非常大的規模，那么要有非常高的精細化管理程度。在未來(lái)，需要完善的精細化管理包括：其一，分類(lèi)數據力度，例如：逆變器級、組串級電流、組串級電壓電流以及組件級別；其二，分類(lèi)數據類(lèi)型以及數據量，其中包括逆變器的運行情況以及告警、環(huán)境數據、電站和各關(guān)鍵節點(diǎn)、設備的健康數據等等；其三，逐步將大數據分析平臺當中的各項業(yè)務(wù)系統進(jìn)行融合，之前一體化的平臺逐漸轉變?yōu)榇髷祿治銎脚_，可以使用戶(hù)整體工作將管理電站作為核心內容，融合多業(yè)務(wù)系統，共享業(yè)務(wù)系統信息，還可以對關(guān)鍵信息安全要求給予滿(mǎn)足。

五、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

5.1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。

5.2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。

5.3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。

5.4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）。

5.4.1光伏發(fā)電

5.4.1.1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

5.4.1.2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。

5.4.1.3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)。

5.4.1.4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。

5.4.1.5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

5.4.1.6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。

5.4.1.7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)。

5.4.2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)。

5.4.3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監控功能。

5.5系統硬件裝置

5.5.1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：

5.5.2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，安科瑞在這類(lèi)光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

5.5.310kV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：

六、結語(yǔ)

總之，針對光伏電站光伏區信息接入研究的深入開(kāi)展，效果和意義非常突出。因為光伏電站屬于國家重點(diǎn)以及全力開(kāi)發(fā)的綠色能源項目，實(shí)現光伏區監控系統在光伏電站運營(yíng)的應用，可以將電站運行的管理效率的提升，強化生產(chǎn)運行管理水平，進(jìn)而使生產(chǎn)運行以及相應的設備維護成本有所降低。

參考文獻：

[1] 雷鵬.研究光伏區監控系統在光伏電站運營(yíng)中的作用及發(fā)展趨勢[J].新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)建設與研究，2020.46.074

[2] 徐艷華.光伏區監控系統在光伏電站運營(yíng)中的作用及發(fā)展趨勢[J].設備管理與維修，2020（22）：120-122

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

[4] 分布式光伏發(fā)電監測系統解決方案.2021.09版