摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，文中提出了基于云平臺(tái)的光伏發(fā)電監(jiān)控體系。構(gòu)建基于B/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與推送，以SSH(struts+spring+hibernate)作為Web開(kāi)發(fā)框架，開(kāi)發(fā)基于云平臺(tái)的光伏發(fā)電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。在平臺(tái)部署過(guò)程中，通過(guò)合理設(shè)計(jì)SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和云端數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云端存儲(chǔ)、計(jì)算和調(diào)用。最終通過(guò)設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，將數(shù)據(jù)通過(guò)報(bào)表等多種可視化方式展現(xiàn)出來(lái)。實(shí)際系統(tǒng)的測(cè)試應(yīng)用說(shuō)明文中設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)光伏電站系統(tǒng)的綜合管理，提高光伏電站遠(yuǎn)程監(jiān)控的質(zhì)量和效率。

   關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；分布式光伏遠(yuǎn)程監(jiān)控；物聯(lián)網(wǎng)；光伏發(fā)電運(yùn)維；云平臺(tái)

0、引言

   隨著分布式光伏電站的大量接入，光伏電站的管理越來(lái)越困難。針對(duì)大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)接入的監(jiān)控問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者與企業(yè)開(kāi)展了大量的研究，也取得了相應(yīng)的成果和開(kāi)發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品。近年來(lái)，云計(jì)算技術(shù)逐漸興起，其應(yīng)用模式和傳統(tǒng)幾種模式不同，具有共享池化的資源、自助服務(wù)按需付費(fèi)等特點(diǎn)，通過(guò)管理中間件系統(tǒng)進(jìn)行資源的整合，提高效率。本文基于B/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與推送，以SSH為Web框架，開(kāi)發(fā)了基于云平臺(tái)的光伏發(fā)電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。為解決光伏站點(diǎn)分布不均、發(fā)電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量大等實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)云計(jì)算技術(shù)在云端實(shí)現(xiàn)對(duì)多種類(lèi)、多站點(diǎn)的電流、電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。通過(guò)合理設(shè)計(jì)SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和云端數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云端存儲(chǔ)、計(jì)算和調(diào)用，提高計(jì)算的有效性和實(shí)時(shí)性。利用友好的人機(jī)界面，將數(shù)據(jù)通過(guò)報(bào)表等多種可視化方式展現(xiàn)，提高系統(tǒng)可用性和操作方便性。

1、光伏發(fā)電系統(tǒng)

   光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種利用光伏電池元件將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。太陽(yáng)能電池板是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，它能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)利用串聯(lián)和并聯(lián)的形式提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)電壓和并網(wǎng)容量以達(dá)到并網(wǎng)的條件。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的波動(dòng)性和間歇性，為保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，光伏電站都配置一定容量的儲(chǔ)能裝置，以提高光伏電站輸出的平穩(wěn)性。因此，在實(shí)際光伏電站系統(tǒng)中需配置控制器對(duì)蓄電池的充放電情況進(jìn)行控制以保證儲(chǔ)能保障蓄電池的正常使用。光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

   光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要由光伏陣列、蓄電池、控制器和逆變器組成。

1.1電池陣列

   光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分是光伏電池，當(dāng)系統(tǒng)需要較大的輸出功率時(shí)，通常采用對(duì)光伏電池進(jìn)行并聯(lián)和串聯(lián)形成光伏陣列。目前業(yè)界常用的電池主體由硅電池組成，根據(jù)硅晶體的不同排列可分為三種不同型號(hào)。

1.2逆變器

   由于光伏電池輸出的是直流電，而目前我國(guó)以交流電網(wǎng)為主，因此，光伏電站需要將直流電轉(zhuǎn)化為交流電以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。逆變器是實(shí)現(xiàn)光伏電站并網(wǎng)的重要裝置，逆變器效率直接影響光伏電站以及儲(chǔ)能蓄電池的效率，因此，逆變器的運(yùn)行狀態(tài)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.3蓄電池組

   光伏電站需要配備一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，以提高光伏系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性。儲(chǔ)能一般采用蓄電池組，其能夠?qū)⒐夥嚵挟a(chǎn)生的多余電能進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)也可以向所接負(fù)載供應(yīng)電能。蓄電池是光伏系統(tǒng)并網(wǎng)控制的重要環(huán)節(jié)，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)整體輸出起到削峰填谷的作用，因此，監(jiān)控系統(tǒng)須對(duì)儲(chǔ)能蓄電池組進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.4充放電控制器

   利用儲(chǔ)能放電控制器可以保護(hù)蓄電池組，避免由于過(guò)度充放電導(dǎo)致的電池壽命縮短。另外，合理的充放電控制可以大大提高光伏系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性。在光伏監(jiān)控系統(tǒng)中，充放電控制器的運(yùn)行參數(shù)需要實(shí)時(shí)采集并監(jiān)控。

1.5交流配電柜

   光伏電站并網(wǎng)需要通過(guò)交流配電柜來(lái)完成并網(wǎng)，交流配電柜不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)備用逆變器的轉(zhuǎn)化功能，確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，還可以對(duì)線(xiàn)路傳輸?shù)碾娔苓M(jìn)行監(jiān)控。在光伏監(jiān)控系統(tǒng)中，交流配電柜的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需要及時(shí)采集并傳輸。

2、云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)

   云計(jì)算的定義較為寬泛，云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算模式，提供基于網(wǎng)絡(luò)的分布式存儲(chǔ)、計(jì)算和展示，網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)具有可行、便捷、按需的特點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)接收訪(fǎng)問(wèn)，進(jìn)入計(jì)算資源共享池，即可迅速響應(yīng)，為用戶(hù)提供服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、服務(wù)、應(yīng)用軟件等資源，在用戶(hù)和服務(wù)供應(yīng)商間僅需做少量交互從而大大減少管理的工作量。這也是云計(jì)算的主要的優(yōu)點(diǎn)所在。云計(jì)算系統(tǒng)的后臺(tái)擁有特殊的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)目龐大的服務(wù)器進(jìn)行合理組織，保證云計(jì)算穩(wěn)定運(yùn)行。本系統(tǒng)采用微軟WindowsAzurePlatform云計(jì)算平臺(tái)，提供基于微軟數(shù)據(jù)中心隨用隨付費(fèi)的靈活服務(wù)模式。該云計(jì)算平臺(tái)有一下特點(diǎn)：微軟云中的應(yīng)用開(kāi)發(fā)不需企業(yè)自身進(jìn)行部署和維護(hù)，也無(wú)需關(guān)注底層的結(jié)構(gòu)。在微軟云中，可以使用Windows和Linux兩種虛擬機(jī)，同時(shí)也支持開(kāi)源工具(PHP、Node．js等)。因此，用戶(hù)只需按自己的實(shí)際需求，靈活地部署虛擬機(jī)和調(diào)用存儲(chǔ)空間，大大減少程序的調(diào)試時(shí)間，加快程序的開(kāi)發(fā)速度。面對(duì)客戶(hù)日益增長(zhǎng)的需求，本系統(tǒng)還可以根據(jù)業(yè)務(wù)的變化向外擴(kuò)展，提供更多的資源。云計(jì)算的使用大大降低了硬件的購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)費(fèi)用，并且可以與本地的IT設(shè)施協(xié)同使用，使得用戶(hù)能夠整合式地體驗(yàn)從本地到云端的管理、虛擬化、存儲(chǔ)和開(kāi)發(fā)的過(guò)程，云平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示。

3、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

   為了使系統(tǒng)具有全局性以及能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程操作功能，將對(duì)發(fā)電站中的所有在線(xiàn)監(jiān)控測(cè)量設(shè)備，統(tǒng)一采集、分析和管理。根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型與應(yīng)用特性對(duì)電站運(yùn)行中獲取得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分門(mén)別類(lèi)地存儲(chǔ)，各層面的工作人員各司其職，只關(guān)注與自己相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)信息。另外，各個(gè)層級(jí)的數(shù)據(jù)能夠從上到下進(jìn)行追溯查詢(xún)。

   本文設(shè)計(jì)一種采用WindowsAzure和Web相結(jié)合的新型光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)。主要特點(diǎn)有：①應(yīng)用層采用友好的用戶(hù)界面，讓不同客戶(hù)都可以快捷方面的操作本系統(tǒng)；②采用B/S體系結(jié)構(gòu)，充分利用B/S的優(yōu)點(diǎn)，減少用戶(hù)的工作量，可以隨時(shí)進(jìn)行操作；③利用SSH集成開(kāi)發(fā)框架，從表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層和與模塊層將系統(tǒng)各層分離，便于開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)和后期維護(hù)；④利用云計(jì)算的存儲(chǔ)和較強(qiáng)的計(jì)算能力，將系統(tǒng)部署到WindowsAzure中，減少設(shè)備的花費(fèi)和維護(hù)的費(fèi)用；⑤使用前端ECharts插件將數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化處理，對(duì)某一時(shí)間段同類(lèi)數(shù)據(jù)或不同類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，分析光伏電站的運(yùn)行情況。

   系統(tǒng)分為四層：應(yīng)用層、服務(wù)層、設(shè)備驅(qū)動(dòng)層、數(shù)據(jù)層，不同層處理不同數(shù)據(jù)，各層彼此結(jié)合形成面向用戶(hù)的系統(tǒng)功能。用戶(hù)與系統(tǒng)的交互主要在應(yīng)用層進(jìn)行，用戶(hù)的需求在應(yīng)用層都會(huì)直觀的形式展示，用戶(hù)操作指令和信息會(huì)錄入到應(yīng)用層，再將這些信息交由服務(wù)層處理。整個(gè)業(yè)務(wù)的信息數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算和控制是在服務(wù)層進(jìn)行。與設(shè)備間的通訊由驅(qū)動(dòng)層完成，并獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換格式的操作，保證系統(tǒng)能夠正常識(shí)別?？蛻?hù)端現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息通信是雙向的，即將信息以設(shè)備能夠辨識(shí)的格式發(fā)送給設(shè)備，保證系統(tǒng)能夠正常向下層設(shè)備傳遞信息，如圖3所示。

3.2光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)模塊

   本監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)采集到的各類(lèi)電站數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，系統(tǒng)模塊主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)控終端四個(gè)模塊。

3.2.1數(shù)據(jù)采集模塊

   數(shù)據(jù)采集模塊采集光伏電站實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，光伏電站運(yùn)行過(guò)程中涉及各類(lèi)數(shù)據(jù)，包括：光伏陣列、逆變器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、計(jì)量器等。另外，除了設(shè)備本身直接獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)外，還有部分?jǐn)?shù)據(jù)需要通過(guò)基本數(shù)據(jù)衍生計(jì)算。數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2.2數(shù)據(jù)通信模塊

   在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中，采集數(shù)據(jù)信息需要安全、穩(wěn)定的上傳至上位機(jī)以及服務(wù)器，因此，通信不僅需要完成數(shù)據(jù)傳送的基本功能，還需要保證所傳送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和安全性。本系統(tǒng)采用ＲS－485串行通信標(biāo)準(zhǔn)和Modbus通信協(xié)議，該協(xié)議規(guī)定了主機(jī)與從機(jī)之間通信的規(guī)則，獨(dú)立于物理層，配合ＲS－485總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定可靠的傳輸。

3.2.3數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

   數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)前端界面對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)用和后臺(tái)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)關(guān)系到數(shù)據(jù)的安全性、完整性和可維護(hù)性。本系統(tǒng)采用SQLServer關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的記錄、篩選、編輯、刪除、排序和分組統(tǒng)計(jì)等功能。云端SQLAzure數(shù)據(jù)庫(kù)與SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQLServerExpress工具實(shí)現(xiàn)同步管理。同時(shí)，在系統(tǒng)中利用Hibernate框架將數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)邏輯層分離，減少程度代碼的復(fù)雜度。

3.2.4監(jiān)控終端

   現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控主要由數(shù)據(jù)采集模塊、上位機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸通道、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成。光伏組件上裝有各類(lèi)的傳感器，電壓、電流等數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器送到數(shù)據(jù)集中模塊，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路濾波處理后將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類(lèi)分析，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)ＲS－485接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控顯示各種元器件數(shù)據(jù)、發(fā)電量、報(bào)警、報(bào)表等信息。同時(shí)，也可以通過(guò)命令實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的控制，比如：模塊參數(shù)、分合閘信息等?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控結(jié)構(gòu)如圖5所示。

   現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控終端可以向工作人員提供電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息和歷史數(shù)據(jù)信息，展示電站的運(yùn)行狀態(tài)，終端監(jiān)控功能如圖6所示。

   本地?cái)?shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī)接收存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，利用Eclipse平臺(tái)配置和部署云環(huán)境，將本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)移至云存儲(chǔ)中，實(shí)現(xiàn)云端數(shù)據(jù)庫(kù)和前臺(tái)界面的數(shù)據(jù)交互，用戶(hù)可以在瀏覽器上方便地查詢(xún)各地站點(diǎn)的信息。遠(yuǎn)程B/S服務(wù)體系結(jié)構(gòu)圖7所示。

4、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1登錄模塊

   登錄模塊是系統(tǒng)的門(mén)戶(hù)，本系統(tǒng)界面設(shè)置有新用戶(hù)登錄、注冊(cè)、賬號(hào)身份等功能。為了實(shí)現(xiàn)前端頁(yè)面和后端的數(shù)據(jù)交互，需要下載和配置Struts2文件。登錄模塊接收用戶(hù)登陸信號(hào)，利用判斷機(jī)制，確認(rèn)登錄的安全性，同時(shí)使用攔截器對(duì)賬號(hào)進(jìn)行攔截，主界面包含電站運(yùn)行概況信息及其他功能選項(xiàng)。

4.2管理員模塊

   管理員利用權(quán)限設(shè)置不僅可以對(duì)自身信息進(jìn)行修改，對(duì)用戶(hù)資料進(jìn)行管理、修改，還可發(fā)送系統(tǒng)通告。當(dāng)公司或電站有重大事情或通知時(shí)，逐一通知是不可行的，管理人員可以上傳公告、修改公告和刪除公告，而普通用戶(hù)可以瀏覽和下載公告。工作人員是該系統(tǒng)的主要對(duì)象，主要負(fù)責(zé)光伏電站平臺(tái)的運(yùn)行和維護(hù)，需要及時(shí)監(jiān)察電站的基本設(shè)備狀態(tài)信息、告警系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、故障信息數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)和警報(bào)信息。

4.3監(jiān)控功能模塊

   本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控功能主要分為兩大類(lèi)：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)監(jiān)控。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控主要展現(xiàn)出電站實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，用戶(hù)可以按照自身需求對(duì)電站相關(guān)信息進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由采集設(shè)備得到并寫(xiě)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)用戶(hù)發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)再對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用。歷史數(shù)據(jù)監(jiān)控是指系統(tǒng)可以調(diào)用歷史云端數(shù)據(jù)，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析。設(shè)備信息表查詢(xún)主要顯示子系統(tǒng)并網(wǎng)電站設(shè)備的信息，顯示站內(nèi)直流柜、逆變器、高壓柜等設(shè)備信息運(yùn)行信息，其界面如圖8所示。

   另外，系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)圖形化功能，從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出功率數(shù)據(jù)，由相關(guān)的圖形設(shè)備接口和Java插件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。比如：將功率信息處理后生成功率曲線(xiàn)圖，觀察和分析并網(wǎng)發(fā)電所輸出的功率隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。該功能不僅可查詢(xún)當(dāng)天的數(shù)據(jù)，也可以查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)，用戶(hù)可根據(jù)日歷表來(lái)選擇想要查詢(xún)的時(shí)間和站點(diǎn)，如圖9所示。

   圖10為2016年8月的月發(fā)電功率柱狀圖，以天為單位統(tǒng)計(jì)月功率輸出情況。通過(guò)月功率曲線(xiàn)進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)日、月、年的功率對(duì)比分析，以提高系統(tǒng)的分析和顯示能力。總站信息匯集了所有接入子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并提供進(jìn)入分站信息的接口，其顯示如圖11所示。

   報(bào)警查詢(xún)主要以表格的形式顯示報(bào)警時(shí)間、位置、是否解決、故障等信息，可以分別按報(bào)警信息和報(bào)警狀態(tài)查詢(xún)。針對(duì)設(shè)備的電流過(guò)大或發(fā)電功率驟然下降等情況，給出報(bào)警提示。

5、安科瑞分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)介紹

5.1概述

           AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)通過(guò)監(jiān)測(cè)光伏站點(diǎn)的逆變器設(shè)備，氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)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(jiān)測(cè)，逆變器監(jiān)測(cè)，發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測(cè)，設(shè)備檔案，運(yùn)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(tái)，及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

5.2應(yīng)用場(chǎng)所

   目前我國(guó)的兩種分布式應(yīng)用場(chǎng)景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽?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(tǒng)結(jié)構(gòu)

   在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計(jì)量?jī)x表，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)管理。用戶(hù)可以通過(guò)PC訪(fǎng)問(wèn)平臺(tái)，及時(shí)獲取分布式光伏電站的運(yùn)行情況以及各逆變器運(yùn)行狀況。平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

5.4系統(tǒng)功能

           AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)軟件采用B/S架構(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶(hù)都可以通過(guò)WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運(yùn)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(dāng)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(shù)量，裝機(jī)容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。

●累計(jì)日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計(jì)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(dāng)前光伏電站發(fā)電功率，補(bǔ)貼電價(jià)，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計(jì)當(dāng)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(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

●顯示當(dāng)前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。

5.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數(shù)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(cè)電壓電流查詢(xún)。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢(xún)。

5.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)

●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

5.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)

●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表

5.4.1.6配電圖

●實(shí)時(shí)展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號(hào)及廠(chǎng)商。

5.4.1.7逆變器曲線(xiàn)分析

●展示交、直流側(cè)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(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。

●平臺(tái)運(yùn)行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線(xiàn)狀況。

●報(bào)警信息：將報(bào)警分進(jìn)行分級(jí)處理，記錄報(bào)警內(nèi)容，發(fā)生時(shí)間以及確認(rèn)狀態(tài)。

5.4.3運(yùn)行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過(guò)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的視頻攝像頭，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視光伏站運(yùn)行情況。對(duì)于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺(tái)控制功能。

5.5系統(tǒng)硬件配置

5.5.1交流220V并網(wǎng)

   交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機(jī)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(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對(duì)于光伏電站的管理者來(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺(tái)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(jù)國(guó)家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)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(dāng)?shù)仉娏Σ块T(mén)的審批意見(jiàn)為準(zhǔn)。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(yīng)明確計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶(hù)自用電線(xiàn)路處。每個(gè)計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)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(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)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(jì)量電表，用于計(jì)量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門(mén)用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

   部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

   這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過(guò)云平臺(tái)采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，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(jù)《國(guó)家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)通知》（國(guó)發(fā)新能〔2019〕49號(hào)），對(duì)于需要國(guó)家補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，需要滿(mǎn)足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)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(yùn)行安全技術(shù)要求的前提下，通過(guò)內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。

   此類(lèi)分布式光伏裝機(jī)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(jī)容量較大，可能對(duì)公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門(mén)對(duì)于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。

   光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(jù)情況可不設(shè)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(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測(cè)控設(shè)備比較多，主要如下表：

6、結(jié)束語(yǔ)

   針對(duì)目前的光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)在大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)監(jiān)控方面存在的不足，本文提出了基于云平臺(tái)的光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。通過(guò)分析現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)采用的技術(shù)架構(gòu)，充分利用云技術(shù)的集中處理和存儲(chǔ)擴(kuò)展性，降低了硬件設(shè)施的經(jīng)濟(jì)成本，有利于后期系統(tǒng)的維護(hù)等特點(diǎn)。通過(guò)分析光伏監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊、研究光伏電站逆變器通訊、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、數(shù)據(jù)集中器等硬件結(jié)構(gòu)以及通信連接方法，設(shè)計(jì)了基于Modbus通信協(xié)議的上位機(jī)與各設(shè)備間的主從控制系統(tǒng)，達(dá)到將采集模塊采集的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)以及云平臺(tái)的目的。最后基于實(shí)際光伏電站的應(yīng)用驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性與可靠性

【參考文獻(xiàn)】

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[2]金紅光，隋軍．可再生能源的熱利用與綜合利用[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2016,31（2）：208-215

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版