光伏監(jiān)控系統(tǒng)在九州新能源股份有限公司3MW光伏電站的應用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；

摘要：介紹九州新能源股份有限公司3MW光伏電站電力監(jiān)控軟件，采用匯流箱、逆變器、環(huán)境監(jiān)測儀采集配電現(xiàn)場的各種電參量、微機保護。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-2000 V8.0型光伏監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)變電所配電回路用電的管理。

關鍵詞：九州方圓新能源;變電所;匯流箱；逆變器；環(huán)境監(jiān)測儀；Acrel-2000 V8.0；光伏監(jiān)控系統(tǒng)

0 概述 

    湖北九州方園新能源股份有限公司的獨資子公司，2012年6月成立，注冊資本1.69億元。公司從事并網(wǎng)光伏電站、光伏建筑一體化電站、光伏農(nóng)業(yè)一體化電站的投資建設、運營維護和管理；生產(chǎn)、研發(fā)光伏照明、光伏充電等光伏集成應用系統(tǒng)。

    光伏電站配備自動運行、功能完善的監(jiān)控系統(tǒng)。這種監(jiān)控系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)或變電站綜合自動化系統(tǒng)，相對來說，光伏電站內(nèi)設備種類不及傳統(tǒng)電廠豐富，生產(chǎn)控制流程也不太復雜。但其典型特點是裝機容量大、占地面積廣、維護人員很少，這就要求生產(chǎn)運行、設備監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安保技防等各環(huán)節(jié)集中統(tǒng)一起來，且能夠適應其位置分散、配置靈活的特點。基于現(xiàn)場總線設計的大型光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)可以滿足這些要求。

    由于太陽能電池板發(fā)電參數(shù)是不穩(wěn)定的，而且是波動和間斷的，光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)可對太陽能光伏電站里的電池陣列、匯流箱、逆變器、交直流配電柜、太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設備進行實時監(jiān)控和控制。光伏電站光伏監(jiān)控系統(tǒng)通過各種樣式的圖表及數(shù)據(jù)快速掌握電站的運行情況，其友好的用戶界面、強大的分析功能、完善的故障報警確保了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的*可靠和穩(wěn)定運行。

    本項目為3MW的廠區(qū)屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電。據(jù)客戶需求我司只需監(jiān)控逆變器及匯流箱。客戶如需實現(xiàn)溫度、濕度、光照度、風向、風速模擬量采集，可另安裝環(huán)境監(jiān)控儀。

    本項目共有5臺逆變器,41臺匯流箱。其中廠區(qū)有4臺逆變器，33臺匯流箱分布在1#廠房屋面、2#廠房屋面、倉庫屋面，監(jiān)控室在逆變器室旁。國貿(mào)大廈有1臺逆變器，8臺匯流箱分布在大廈屋頂，監(jiān)控室在大廈一層。

    Acrel-2000 V8.0型低壓智能配電系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設備進行組網(wǎng)，通過計算機和通訊網(wǎng)絡，將分散的配電所的現(xiàn)場設備連接為一個有機的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠程監(jiān)控和集中管理。

1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

    本項目共有5臺逆變器,41臺匯流箱。其中廠區(qū)有4臺逆變器，33臺匯流箱分布在1#廠房屋面、2#廠房屋面、倉庫屋面，監(jiān)控室在逆變器室旁。國貿(mào)大廈有1臺逆變器，8臺匯流箱分布在大廈屋頂，監(jiān)控室在大廈一層。

    本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；廠區(qū)組網(wǎng)如下圖(1)所示：

圖（1）

    國貿(mào)組網(wǎng)如下圖(2)所示：

圖（2）

    間隔設備層主要為：逆變器、匯流箱、環(huán)境監(jiān)測儀等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

    網(wǎng)絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

    站控管理層：設有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機、報警蜂鳴器等設備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

    以上網(wǎng)絡儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)zui高傳輸速率為10Mbps。RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，zui大傳輸距離為1.2km。

2  光伏監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

2.1  數(shù)據(jù)采集與處理

    數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡儀表采集完成，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。需要完成采集的信號包括：逆變器相電壓U、相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度EPI、等數(shù)據(jù)，匯流箱電壓、各路電流等，環(huán)境監(jiān)測儀溫度、濕度、風速、風向、光照度等，遠程設備運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

    數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。

2.2  人機交互

    系統(tǒng)提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設備狀態(tài)及相應實時運行參；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續(xù)記錄顯示等。

2.3  歷時事件

    歷時事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過歷史事件查看平臺，您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個系統(tǒng)的運行情況提供了良好的軟件支持。

2.4  數(shù)據(jù)庫建立與查詢

    主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。

2.5  用戶權(quán)限管理

    針對不同級別的用戶，設置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行。可以通過用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改。

2.6  運行負荷曲線

    負荷趨勢曲線功能主要負責定時采集進線及重要回路電流和功率負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況。點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進線趨

    勢分析和故障追憶，為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

2.7  遠程報表查詢

    報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。

    報表具有自由設置查詢時間實現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。

3  案例分析

3.1  客戶要求

    本項目共有5臺逆變器,41臺匯流箱。其中廠區(qū)有4臺逆變器，33臺匯流箱分布在1#廠房屋面、2#廠房屋面、倉庫屋面，監(jiān)控室在逆變器室旁。國貿(mào)大廈有1臺逆變器，8臺匯流箱分布在大廈屋頂，監(jiān)控室在大廈一層。

    客戶提供的配電監(jiān)測需求表：

    客戶對報表的要求：對逆變器輸出和輸入率的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和環(huán)境溫濕度光照的報表并支持查詢歷史數(shù)據(jù)打印功能，逆變器日月年電能以棒圖的形式顯示。

3.2  針對本項目軟件實現(xiàn)功能

    本項目中監(jiān)測點分布廣，采用光纖組網(wǎng)方式，以減少數(shù)據(jù)傳輸中的干擾。

光伏陣列監(jiān)測功能，主要完成對各個匯流箱，單路直流電流、光伏電壓、光伏總電流、匯流箱溫度監(jiān)測，各匯流箱運行狀態(tài)的監(jiān)測，并對故障點進行異常顯示與報警提示。如圖（3）

圖（3）光伏陣列監(jiān)測

    報警事件主要用于查看電流越限信息和匯流箱、逆變器、環(huán)境監(jiān)測儀通訊連接信息；幫助用戶進行事故查詢；支持歷史查詢，打印等功能。如果有任何主進線回路電流越限、通訊中斷和連接，實時報警信息中會及時展現(xiàn)哪一個回路哪一相電流和回路名稱，并會自動彈出這個窗口，直至值班員過去確認或清除報警才會停止報警。如圖（4）

圖（4）歷史遙測報警信息查詢

    遠程抄表導航欄的主要功能為：查看變電所中所有回路的電參量。報表可以進行EXCEL導出或者打印。在主界面上點擊遠程抄表按鈕將出現(xiàn)如圖（5）所示。設置好時間，通過點擊1#廠房屋面、2#廠房屋面和倉庫屋面按鈕，就可以看到相應回路的歷史數(shù)據(jù)。。

圖（5） 參數(shù)抄表

    發(fā)電日棒圖的主要功能為：是對四臺逆變器的用電量年、月、日統(tǒng)計，報表可以進行EXCEL導出或者打印，棒圖只能打印。以日報表為例，報表的查詢設置好查詢時間既可查詢歷史用電量；對應棒圖的查詢，先要查報

    表在點擊棒圖下面對應的量程選擇。如圖（6）

圖（6） 電能報表

    自定義電能報表的主要功能為：查看臺逆變器的用電量，報表可以進行EXCEL導出或者打印。點擊自定義電能報表按鈕將出現(xiàn)如圖（7）所示，設置好查詢的起始與結(jié)束時間即可查詢歷史用電量。（注意只有報表中臺逆變器起始時間和結(jié)束時間都有數(shù)據(jù)的情況下，總的發(fā)電量才正確。）

圖（7） 自定義報表

    發(fā)電趨勢和環(huán)境關系曲線圖主要負責查看環(huán)境對臺逆變器的功率的關系，曲線可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；幫助用戶管理用電設備。本界面曲線顯示的環(huán)境監(jiān)測儀的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、風向、風速的曲線，還有光照強度和四臺逆變器的功率對比圖，曲線的查詢方法和并網(wǎng)監(jiān)測中逆變器曲線查詢方法一樣。左邊是環(huán)境監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)報表。如圖（8）

圖（8）發(fā)電趨勢和環(huán)境關系

    并網(wǎng)監(jiān)測界面主要負責查看逆變器的工作情況，逆變器有功功率和無功功率曲線圖，逆變器的實時輸出和輸入電壓、電流功率、發(fā)電效率發(fā)電量以及逆變器運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。如圖（9）

圖（9）并網(wǎng)監(jiān)測

4  結(jié)束語

    隨著光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴大、技術(shù)逐步提升，光伏發(fā)電成本會逐步下降，未來光伏容量將大幅增加。中國已將新能源產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，未來10年擬加大對包括太陽能在內(nèi)的新能源產(chǎn)業(yè)投資，以減少經(jīng)濟對石化能源依賴和降低碳排放。未來五到十年中國光伏發(fā)電有望規(guī)模化發(fā)展。本文介紹的Acrel-2000 V8.0光伏監(jiān)控系統(tǒng)在九州新能源股份有限公司3MW光伏電站的應用，可以實現(xiàn)九州新能源股份有限公司3MW光伏電站發(fā)電的實時監(jiān)控和并網(wǎng)的實時監(jiān)控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成光伏監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示光伏電站各逆變器、匯流箱的運行狀態(tài)，對模擬分合閘、負載越限具有彈出報警對話框及報警聲音提示，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠程抄表以及用電分析、研究。該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實可靠的依據(jù)，取得了較好的社會效益。［1］

參考文獻：

 [1].周中等編著. 智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與光伏監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業(yè)出版社. 2011.10