分布式光伏电站监控运维系统-光储充一体化管理

目前，分布式光伏发电系统变得越来越复杂，传统的智能监控系统已难以对其进行全面有效的管理。这些监控系统在准确性和效率方面普遍较低，因此开发一款高效、精准的分布式光伏电站智能监控系统显得至关重要。本次研发的系统采用了先进的技术，包括感应模块、监控模块以及计算机集群等。其中，监控模块是整个系统的核心，主要负责数据的采集与传输。这些数据涵盖了电源流量、电路状况、元件工作时间等多个方面，同时还具备安全隐患处理功能。感应模块则包括温度和光学两个子模块。温度感应模块主要用于监测电路元件的温度，确保系统在安全范围内运行；光学感应模块则实时监测当前的太阳能强度，为管理人员提供准确的数据参考。此外，软件部分还提供了基于计算机集群处理的远程监控流程图，以及基于CISC单片机传输载波的算法设计。大量实验结果显示，该系统在效率和准确性方面均达到了预期要求，为分布式光伏电站的管理提供了有力支持。综上所述，本次设计的智能监控系统在多个方面均表现出色，不仅提高了管理效率，还保证了数据的准确性，为分布式光伏电站的稳定运行奠定了坚实基础。

1、分布式光伏电站远程智能监控系统设计

1.1 总体设计分析

本次研发的智能监控系统，其核心构成包括监控、感应和计算机集群这几个模块。监控模块在光伏电站中起到了至关重要的作用，它能够实时传输各种数据，包括元件的工作时间以及电路的运行状况等，为管理人员提供详尽的电站运行信息。此外，该模块还具备隐患报警和处理功能，确保电站的安全稳定运行。感应模块则是系统的另一大亮点，它能够实时获取电站一线数据，使应用人员对光伏电站的运行情况有更加直观的了解。这些数据通过计算机集群进行处理和显示，实现了对不同电力模块的分布式管理和集群化控制。通过这种方式，整个智能监控系统得以高效构建，为光伏电站的稳定运行提供了有力保障。综上所述，本次开发的智能监控系统在数据传输、实时监控、隐患处理等方面表现出色，为光伏电站的管理和运行提供了全面的技术支持。

1.2 监控模块设计

监控模块作为本次智能监控系统的核心部分，采用了高效的CISC单片机作为核心元件。这种单片机以其zhuo越的灵敏度和丰富的指令集在工业领域得到广泛应用。在本次开发的监控系统中，CISC单片机发挥着至关重要的作用，它使系统实现了智能化运转，大大提高了工作效率，同时显著减少了人力资源的需求。该监控模块包含三个主电路和五个支路电路。主电路主要包括数据传输、流量和计时电路，而支路电路则涵盖了计算机接口、中断、显示、通信和存储装置。这些电路都受到CISC单片机的统一控制和调度，确保数据准确无误地传输至计算机进行集中处理。通过CISC单片机的精密控制，监控模块能够实时监测光伏电站的各种参数，为管理人员提供全面的运行数据。这种模块化的设计不仅提高了系统的稳定性和可靠性，还为后续的维护和升级提供了便利。

1.3感应模块设计

感应模块在本次智能监控系统中占据着举足轻重的地位，它涵盖了温度和光学两个关键部分。温度感应部分主要用于监测电路中各元件的温度，确保其在正常范围内运行。一旦发现某个元件温度异常，系统将立即启动报警机制或进行调节，以防止设备受损或发生故障。光学传感装置则专注于监测电站中的太阳能强度，并将相关数据实时传递给操作人员。这些数据对于全面了解电站运行状况至关重要，同时也有助于预测未来的经济效益。太阳能强度是决定光伏电站选址的关键因素，因此，该传感器在智能监控系统中发挥着重要的作用。光学传感装置的工作原理是：当它感应到太阳光时，会将光强转换成电信号，然后将其输入短路电路中。通过观测电流值，可以将电信号传递至计算机进行处理。通过这种方式，可以精确计算出该电站所能接收到的太阳能强度，为电站的运行和管理提供有力支持。

2、远程智能监控系统软件设计

计算机群组在本次智能监控系统中扮演着核心角色，支持数据收发、电路修正等多种功能。通过系统软件，可以实现对光伏电站的远程监控。其具体流程如下：首先，对系统硬件进行初始化设置，确保各部分正常工作。接着，对由CISC单片机产生的载波进行观测。这个载波是系统正常运行的关键标志，通过检测载波的存在与否，可以判断当前系统的运行状态。如果未能检测到载波，系统将自动重新初始化硬件部分。如果连续五次未能检测到载波，系统将生成错误日志并发出警报信息，提醒相关人员进行处理。一旦检测到载波，系统将继续进行后续工作，直至监控体系顺利构建完成。此时，可以启动远程数据收发功能，并结合系统的处理能力，对光伏电站中存在的隐患进行修复和改善。通过计算机群组的强大功能，本次设计的智能监控系统实现了对光伏电站的全面、高效的远程监控，确保电站的安全稳定运行。

3、分布式太阳能光伏电站监控系统实验验证

为了验证本次开发的远程监控系统在准确性和效率性能上是否满足需求，我们将其与传统监控系统进行了对比分析。实验对象选择了某市的分布式光伏电站。实验结果显示，传统的基于SCAD分布式智能监控系统的泰勒逼近误差曲线波动较大，而本次开发的系统在误差表现上更为稳定，仅为0.21350。此外，电压误差均值仅为0.14560，显著低于国际标准，说明本次开发的系统在准确性方面具有较高水平。从数据传输效率角度来看，本次开发的系统的计算机接口数据传输效率值为84.750%，远高于传统SCADA远程智能监控系统的传输效率。这进一步证明了本次开发的系统在速度方面具有显著优势。从功能角度来看，监控模块能够全面监管分布式光伏电站的传输信息、电路以及相关部件的运行时间等关键数据。感应模块则通过温度和光学传感装置，既可分析光伏电站中各元件的健康状况，又能实时监测太阳能强度，为管理人员提供有力支持，从而实现对光伏电站的更高效管控。综上所述，本次开发的远程监控系统在准确性和效率性能方面均表现出色，明显优于传统监控系统，为分布式光伏电站的管理和运行提供了有力保障。

4、安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

4.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备，气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括：站点监测，逆变器监测，发电统计，逆变器一次图，操作日志，告警信息，环境监测，设备档案，运维管理，角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台，及时掌握光伏发电效率和发电收益。

4.2应用场所

目前我国的两种分布式应用场景分别是：广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

4.3系统结构

在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表，通过网关将采集的数据上传至服务器，并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台，及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

4.4系统功能

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构，任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息）。

4.4.1光伏发电

4.4.1.1综合看板

●显示所有光伏电站的数量，装机容量，实时发电功率。

●累计日、月、年发电量及发电收益。

●累计社会效益。

●柱状图展示月发电量

4.4.1.2电站状态

●电站状态展示当前光伏电站发电功率，补贴电价，峰值功率等基本参数。

●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

●摄像头实时监测现场环境，并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

4.4.1.3逆变器状态

●逆变器基本参数显示。

●日、月、年发电量及发电收益显示。

●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

●直流侧电压电流查询。

●交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

4.4.1.4电站发电统计

●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

4.4.1.5逆变器发电统计

●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

4.4.1.6配电图

●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

●展示当前逆变器接入组件数量。

●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●展示逆变器型号及厂商。

4.4.1.7逆变器曲线分析

●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

4.4.2事件记录

●操作日志：用户登录情况查询。

●短信日志：查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

●平台运行日志：查看仪表、网关离线状况。

●报警信息：将报警分进行分级处理，记录报警内容，发生时间以及确认状态。

4.4.3运行环境

●视频监控：通过安装在现场的视频摄像头，可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头，还支持录像回放以及云台控制功能。

4.5系统硬件配置

4.5.1交流220V并网

交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电，装机功率在8kW左右。

部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。光伏电站规模较小，而且比较分散，对于光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

4.5.2交流380V并网

根据国家电网发布的Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，8kW至400kW的分布式光伏电站可选择以380V电压并网。对于超出400kW的光伏电站，其并网方式应根据实际情况进行多点380V并网，具体操作需遵循当地电力部门的审批意见。这类分布式光伏电站主要位于工商业企业的屋顶，采用自发自用的模式，余电则上网销售。在接入配电网之前，必须明确计量点的位置。除了考虑产权分界点外，还需特别关注分布式电源出口与用户自用电线路的交汇点。每个选定的计量点均需配备双向电能计量装置，设备的技术要求和配置需遵循DL/T448的相关规定以及相关标准、规程。电能表应采用智能型，其技术性能需满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置，需安装相应的采集设备，并接入用电信息采集系统，实现远程自动采集用电信息的功能。综上，为确保分布式光伏电站的顺利并网和高效运行，必须严格遵循国家电网的相关规定和技术要求。

光伏阵列通过组串式光伏逆变器或经由汇流箱接入企业380V电网。这种并网方式实现了自发自用、余电上网的模式。在380V并网点前，需要安装计量电表来精确计量光伏发电量。同时，在企业电网与公共电网的连接处，也应安装双向计量电表，用于准确统计企业上网电量。这些数据应自动上传至供电部门的用电信息采集系统，以便进行光伏发电补贴和上网电量的结算。

对于部分并网点的电能质量，需要进行严密监测。这包括电源频率、电压大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD以及闪变等情况。为确保电能质量，需在并网点安装专门的电能质量监测装置。

另外，对于采用自发自用、余电不上网模式的光伏电站，为防止电能逆流至电网，需安装防逆流保护装置。这种装置能有效避免不必要的电能损失，确保光伏电站的安全与稳定运行。

这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

4.5.310kV或35kV并网

根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》（国发新能〔2019〕49号），新建工商业分布式光伏发电项目若需享受国家补贴，必须满足特定条件：单点并网装机容量不得超过6兆瓦，且该项目的非户用性质。在确保电网运行安全的前提下，项目可采用多点接入配电系统的方式。

此类分布式光伏发电项目的装机容量通常较大，因此需要使用升压变压器将其升压后接入电网。由于规模较大，其对公共电网的干扰可能较为显著，因此供电部门对于此类分布式光伏电站的稳控系统、电能质量以及与调度系统的通信稳定性要求较高。

为确保并网点运行的稳定性和可靠性，光伏电站需对电能质量进行严密监测，包括电源频率、电压大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD以及闪变等关键指标。为此，需配备专门的电能质量监测装置，以确保并网点的高效、安全运行。

上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图，光伏阵列接入光伏汇流箱，经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置)，最后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，主要如下表：