光伏监控系统在九州新能源股份有限公司3MW光伏电站的应用

0 概述 

    湖北九州方园新能源股份有限公司的独资子公司，2012年6月成立，注册资本1.69亿元。公司*从事并网光伏电站、光伏建筑一体化电站、光伏农业一体化电站的投资建设、运营维护和管理；生产、研发光伏照明、光伏充电等光伏集成应用系统。

    光伏电站必须配备自动运行、功能完善的监控系统。这种监控系统不同于传统发电厂监控系统或变电站综合自动化系统，相对来说，光伏电站内设备种类不及传统电厂丰富，生产控制流程也不太复杂。但其典型特点是装机容量大、占地面积广、维护人员很少，这就要求生产运行、设备监控、环境监测、安保技防等各环节集中统一起来，且能够适应其位置分散、配置灵活的特点。基于现场总线设计的大型光伏电站监控系统可以满足这些要求。

    由于太阳能电池板发电参数是不稳定的，而且是波动和间断的，光伏发电监控系统可对太阳能光伏电站里的电池阵列、汇流箱、逆变器、交直流配电柜、太阳跟踪控制系统等设备进行实时监控和控制。光伏电站光伏监控系统通过各种样式的图表及数据快速掌握电站的运行情况，其友好的用户界面、强大的分析功能、完善的故障报警确保了太阳能光伏发电系统的完全可靠和稳定运行。

    本项目为3MW的厂区屋顶光伏并网发电。据客户需求我司只需监控逆变器及汇流箱。客户如需实现温度、湿度、光照度、风向、风速模拟量采集，可另安装环境监控仪。

    本项目共有5台逆变器,41台汇流箱。其中厂区有4台逆变器，33台汇流箱分布在1#厂房屋面、2#厂房屋面、仓库屋面，监控室在逆变器室旁。国贸大厦有1台逆变器，8台汇流箱分布在大厦屋顶，监控室在大厦一层。

    Acrel-2000 V8.0型低压智能配电系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的*新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控和集中管理。

1  系统结构描述

    本项目共有5台逆变器,41台汇流箱。其中厂区有4台逆变器，33台汇流箱分布在1#厂房屋面、2#厂房屋面、仓库屋面，监控室在逆变器室旁。国贸大厦有1台逆变器，8台汇流箱分布在大厦屋顶，监控室在大厦一层。

    本监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层；厂区组网如下图(1)所示：

图（1）

    国贸组网如下图(2)所示：

图（2）

    间隔设备层主要为：逆变器、汇流箱、环境监测仪等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。

    网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。

    站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。

    以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据*高传输速率为10Mbps。RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，*大传输距离为1.2km。

2  光伏监控系统主要功能

2.1  数据采集与处理

    数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：逆变器相电压U、相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度EPI、等数据，汇流箱电压、各路电流等，环境监测仪温度、湿度、风速、风向、光照度等，远程设备运行状态等数据。

    数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。

2.2  人机交互

    系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等。

2.3  历时事件

    历时事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供方便友好的人机交互，通过历史事件查看平台，您可以根据自己的要求和查询条件方便定位您所要查看的历史事件，为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。

2.4  数据库建立与查询

    主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。

2.5  用户权限管理

    针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。

2.6  运行负荷曲线

    负荷趋势曲线功能主要负责定时采集进线及重要回路电流和功率负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；可以查看实时趋势曲线或历史趋势线；对所选曲线可以进行平移、缩放、量程变换等操作，帮助用户进线趋

    势分析和故障追忆，为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。

2.7  远程报表查询

    报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式，把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印或者召唤保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。

    报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计，数据导出和报表打印等功能。

3  案例分析

3.1  客户要求

    本项目共有5台逆变器,41台汇流箱。其中厂区有4台逆变器，33台汇流箱分布在1#厂房屋面、2#厂房屋面、仓库屋面，监控室在逆变器室旁。国贸大厦有1台逆变器，8台汇流箱分布在大厦屋顶，监控室在大厦一层。

    客户提供的配电监测需求表：

    客户对报表的要求：对逆变器输出和输入率的电流、电压、功率、功率因数和环境温湿度光照的报表并支持查询历史数据打印功能，逆变器日月年电能以棒图的形式显示。

3.2  针对本项目软件实现功能

    本项目中监测点分布广，采用光纤组网方式，以减少数据传输中的干扰。

光伏阵列监测功能，主要完成对各个汇流箱，单路直流电流、光伏电压、光伏总电流、汇流箱温度监测，各汇流箱运行状态的监测，并对故障点进行异常显示与报警提示。如图（3）

图（3）光伏阵列监测

    报警事件主要用于查看电流越限信息和汇流箱、逆变器、环境监测仪通讯连接信息；帮助用户进行事故查询；支持历史查询，打印等功能。如果有任何主进线回路电流越限、通讯中断和连接，实时报警信息中会及时展现哪一个回路哪一相电流和回路名称，并会自动弹出这个窗口，直至值班员过去确认或清除报警才会停止报警。如图（4）

图（4）历史遥测报警信息查询

    远程抄表导航栏的主要功能为：查看变电所中所有回路的电参量。报表可以进行EXCEL导出或者打印。在主界面上点击远程抄表按钮将出现如图（5）所示。设置好时间，通过点击1#厂房屋面、2#厂房屋面和仓库屋面按钮，就可以看到相应回路的历史数据。。

图（5） 参数抄表

    发电日棒图的主要功能为：是对四台逆变器的用电量年、月、日统计，报表可以进行EXCEL导出或者打印，棒图只能打印。以日报表为例，报表的查询设置好查询时间既可查询历史用电量；对应棒图的查询，先要查报

    表在点击棒图下面对应的量程选择。如图（6）

图（6） 电能报表

    自定义电能报表的主要功能为：查看台逆变器的用电量，报表可以进行EXCEL导出或者打印。点击自定义电能报表按钮将出现如图（7）所示，设置好查询的起始与结束时间即可查询历史用电量。（注意只有报表中台逆变器起始时间和结束时间都有数据的情况下，总的发电量才正确。）

图（7） 自定义报表

    发电趋势和环境关系曲线图主要负责查看环境对台逆变器的功率的关系，曲线可以查看实时趋势曲线或历史趋势线；帮助用户管理用电设备。本界面曲线显示的环境监测仪的环境温度、环境湿度、风向、风速的曲线，还有光照强度和四台逆变器的功率对比图，曲线的查询方法和并网监测中逆变器曲线查询方法一样。左边是环境监测仪的数据报表。如图（8）

图（8）发电趋势和环境关系

    并网监测界面主要负责查看逆变器的工作情况，逆变器有功功率和无功功率曲线图，逆变器的实时输出和输入电压、电流功率、发电效率发电量以及逆变器运行状态的实时监测。如图（9）

图（9）并网监测

4  结束语

    随着国内光伏产业规模逐步扩大、技术逐步提升，光伏发电成本会逐步下降，未来国内光伏容量将大幅增加。中国已将新能源产业上升为国家战略产业，未来10年拟加大对包括太阳能在内的新能源产业投资，以减少经济对石化能源依赖和降低碳排放。未来五到十年中国光伏发电有望规模化发展。本文介绍的Acrel-2000 V8.0光伏监控系统在九州新能源股份有限公司3MW光伏电站的应用，可以实现九州新能源股份有限公司3MW光伏电站发电的实时监控和并网的实时监控，不仅能显示回路用电状况，还具有网络通讯功能，可以与串口服务器、计算机等组成光伏监控系统。系统实现对采集数据的分析、处理，实时显示光伏电站各逆变器、汇流箱的运行状态，对模拟分合闸、负载越限具有弹出报警对话框及报警声音提示，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及用电分析、研究。该系统运行安全、可靠、稳定，为变电所用户解决用电问题提供了真实可靠的依据，取得了较好的社会效益。