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(yīng)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(jī)保護(hù)。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(yuǎn)傳至后臺，通過Acrel-2000 V8.0型光伏監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電所配電回路用電的管理。

關(guān)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(dú)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(shè)、運(yùn)營維護(hù)和管理；生產(chǎn)、研發(fā)光伏照明、光伏充電等光伏集成應(yīng)用系統(tǒng)。

    光伏電站配備自動運(yùn)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(shè)備種類不及傳統(tǒng)電廠豐富，生產(chǎn)控制流程也不太復(fù)雜。但其典型特點(diǎn)是裝機(jī)容量大、占地面積廣、維護(hù)人員很少，這就要求生產(chǎn)運(yùn)行、設(shè)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(yīng)其位置分散、配置靈活的特點(diǎn)?；诂F(xiàn)場總線設(shè)計(jì)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(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)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(yùn)行情況，其友好的用戶界面、強(qiáng)大的分析功能、完善的故障報(bào)警確保了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的*可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。

    本項(xiàng)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?？蛻羧缧鑼?shí)現(xiàn)溫度、濕度、光照度、風(fēng)向、風(fēng)速模擬量采集，可另安裝環(huán)境監(jiān)控儀。

    本項(xiàng)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(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進(jìn)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(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。

1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

    本項(xiàng)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(shè)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(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

    網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)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(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。

    以上網(wǎng)絡(luò)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(shí)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(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)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(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)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(fēng)速、風(fēng)向、光照度等，遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)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(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時(shí)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(jī)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(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參；畫面實(shí)時(shí)動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關(guān)量顯示；連續(xù)記錄顯示等。

2.3  歷時(shí)事件

    歷時(shí)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(jī)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報(bào)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(shè)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(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行?？梢酝ㄟ^用戶管理進(jìn)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(yùn)行負(fù)荷曲線

    負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)采集進(jìn)線及重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；可以查看實(shí)時(shí)趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨

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

2.7  遠(yuǎn)程報(bào)表查詢

    報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)報(bào)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(jì)生成用戶需要的報(bào)表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報(bào)表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶提供了對生成的報(bào)表文件管理功能。

    報(bào)表具有自由設(shè)置查詢時(shí)間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。

3  案例分析

3.1  客戶要求

    本項(xiàng)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(bào)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(bào)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(xiàng)目軟件實(shí)現(xiàn)功能

    本項(xiàng)目中監(jiān)測點(diǎn)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(gè)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(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，并對故障點(diǎn)進(jìn)行異常顯示與報(bào)警提示。如圖（3）

圖（3）光伏陣列監(jiān)測

    報(bào)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(jìn)行事故查詢；支持歷史查詢，打印等功能。如果有任何主進(jìn)線回路電流越限、通訊中斷和連接，實(shí)時(shí)報(bào)警信息中會及時(shí)展現(xiàn)哪一個(gè)回路哪一相電流和回路名稱，并會自動彈出這個(gè)窗口，直至值班員過去確認(rèn)或清除報(bào)警才會停止報(bào)警。如圖（4）

圖（4）歷史遙測報(bào)警信息查詢

    遠(yuǎn)程抄表導(dǎo)航欄的主要功能為：查看變電所中所有回路的電參量。報(bào)表可以進(jìn)行EXCEL導(dǎo)出或者打印。在主界面上點(diǎn)擊遠(yuǎn)程抄表按鈕將出現(xiàn)如圖（5）所示。設(shè)置好時(shí)間，通過點(diǎn)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(yīng)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(jì)，報(bào)表可以進(jìn)行EXCEL導(dǎo)出或者打印，棒圖只能打印。以日報(bào)表為例，報(bào)表的查詢設(shè)置好查詢時(shí)間既可查詢歷史用電量；對應(yīng)棒圖的查詢，先要查報(bào)

    表在點(diǎn)擊棒圖下面對應(yīng)的量程選擇。如圖（6）

圖（6） 電能報(bào)表

    自定義電能報(bào)表的主要功能為：查看臺逆變器的用電量，報(bào)表可以進(jìn)行EXCEL導(dǎo)出或者打印。點(diǎn)擊自定義電能報(bào)表按鈕將出現(xiàn)如圖（7）所示，設(shè)置好查詢的起始與結(jié)束時(shí)間即可查詢歷史用電量。（注意只有報(bào)表中臺逆變器起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)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(bào)表

    發(fā)電趨勢和環(huán)境關(guān)系曲線圖主要負(fù)責(zé)查看環(huán)境對臺逆變器的功率的關(guān)系，曲線可以查看實(shí)時(shí)趨勢曲線或歷史趨勢線；幫助用戶管理用電設(shè)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(fēng)向、風(fēng)速的曲線，還有光照強(qiáng)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(bào)表。如圖（8）

圖（8）發(fā)電趨勢和環(huán)境關(guān)系

    并網(wǎng)監(jiān)測界面主要負(fù)責(zé)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(shí)時(shí)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(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)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(kuò)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(jì)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)?；l(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(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)九州新能源股份有限公司3MW光伏電站發(fā)電的實(shí)時(shí)監(jiān)控和并網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等組成光伏監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示光伏電站各逆變器、匯流箱的運(yùn)行狀態(tài)，對模擬分合閘、負(fù)載越限具有彈出報(bào)警對話框及報(bào)警聲音提示，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及用電分析、研究。該系統(tǒng)運(yùn)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(shí)可靠的依據(jù)，取得了較好的社會效益。［1］

參考文獻(xiàn)：

 [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(jī)械工業(yè)出版社. 2011.10