1、研究背景

太陽能屬于可再生能源的一種，具有儲量大、可再生、就地可取等特點，因此成為目前人類所知可利用的較佳能源選擇。隨著全球可待續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，該技術得到了許多國家政府的大力支待，在全球范圍內廣泛使用。隨著光伏發(fā)電行業(yè)逐步邁入了“平價上網”時代，未來我國的光伏行業(yè)具有巨大的發(fā)展空間，2019年我國光伏新增裝機容量將達到43GW,累計裝機容量達到216GW。

隨著規(guī)模性的光伏電站的陸續(xù)建設和投入運行，光伏電站的建設質量問題、安全問題大量出現，設計缺陷、設備質盤缺陷施工不規(guī)范等問題都給光伏電站的質量和后期運維帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。這些問題單靠人力進行現場管理，不光是一種人力資源的浪費，而且無法及時發(fā)現和預防各種電站故障。為達到保證光伏發(fā)電系統(tǒng)質量、安全、經濟運行的目的，建設一套集實時監(jiān)控、集中管理、智能預警分析、災害防范為一體的光伏電站智能化遠程運營信息管理系統(tǒng)，來保證電站建立規(guī)范的管理機制，特別是保證電站質量管理和運維管理，顯得尤為重要。

2、現狀及目的

目前，市場上相關的光伏監(jiān)控類產品比較雜，但是基于“互聯網＋＂的光伏大數據平臺應用不多，整個行業(yè)方向尚處于探索階段。業(yè)內比較有名的監(jiān)控平臺廠家主要是針對單個電站進行智能化管理，只是簡單地運用了相關的信息技術，尚未將大數據技術融合到光伏系統(tǒng)中去。同時，這類企業(yè)在光伏行業(yè)的涉及面不廣，在光伏的整個產業(yè)鏈方面具有一定的局限性。

智能光伏電站是全數字化電站，可實現”可信、可視、可管可控”。智能光伏電站采用創(chuàng)新組網方案，打破現有設計束縛，從簡化建設、系統(tǒng)性能匹配、簡化維護等角度重新對組件、線纜逆變器、升壓變、監(jiān)控與數據采集單元等系統(tǒng)部件進行組合優(yōu)化。智能光伏電站具有主動電網自適應技術，利用智能逆變器的高速處理能力、高采樣和控制頻率、控制算法等優(yōu)勢主動適應電網的變化，實現更好的多機并聯控制、更佳的并網諧波質量，更好地滿足電網接入要求，提高在惡劣電網環(huán)境下的適應能力。建設光伏電站監(jiān)控平臺主要解決的問題及目的：

(1)提高對生產現場的實時監(jiān)控能力。

(2)實現對光伏電站的質量監(jiān)控。

(3)實現對發(fā)電生產的信息化、自動化管理。

(4)為提高管理與決策水平提供信息支撐。

(5)建設光伏電站監(jiān)控設備的統(tǒng)一管理平臺。

(6)整合各類監(jiān)測數據，實現對不同人員的差異化服務。

3、設計與實現

結合”互聯網＋光伏電站”的思想，利用互聯網技術，通過將光伏電站數字化、建立本地智能運維管理系統(tǒng)和遠程協同運維管理系統(tǒng)，將現場光伏電站中各類設備的數據實時傳輸到集團數據中心并存儲，然后對數據進行統(tǒng)計和分析，并大屏的方式實時展示，以充分滿足用戶對光伏電站的高發(fā)電量、低初始投資、低運維成本、高可靠性和安全性等需求為目的。在25年生命周期內，實現高收益、可運營、可管理、可演進。使管理人員快速、準確地了解光伏電站的發(fā)電效率和發(fā)電量，使運維人員對光伏電站中出現的設備故障做出及時的響應，對可能出現的質量問題做出預防，從而提高光伏電站的發(fā)電效率和運行質量。

監(jiān)控平臺整體布局

光伏監(jiān)控平臺采用純?yōu)g覽器和服務器(Browser/Server,B/S)結構的模式，以實現分布于不同地域的電站集中監(jiān)控管理為目標而進行開發(fā)設計，為電站提供接入服務。平臺系統(tǒng)主要由子站數據采集系統(tǒng)和遠程監(jiān)控中心兩部分組成。實時采集各光伏電站運行參數數據，通過互聯網遠程傳送到監(jiān)控平臺數據服務器內。監(jiān)控中心服務器對每個電站數據進行匯總分析、管理和展示，實現區(qū)域內所有光伏電站的狀態(tài)監(jiān)控和運行指導。數據中心支持用戶通過瀏覽器或智能手機終端遠程登錄查詢。

監(jiān)控中心提供強大的后臺數據庫服務器集群、數據磁盤陣列，以提供海量數據存儲；完備的災難恢復策略使用戶的運行數據不丟失；數據檢索、數據寫入分離設計，提高數據庫訪問速度。監(jiān)控數據服務中心的建設為實現光伏電站無人值守、投資安全、較優(yōu)運行、較佳維護提供技術保障

系統(tǒng)架構設計

光伏監(jiān)控平臺從設備端、數據服務、應用服務3方面進行設計。設備端支持光伏電站中常用的設備如逆變器、匯流箱、環(huán)境監(jiān)測儀、電表等，通過工業(yè)網關或通信管理機將不同廠家、不同型號及類型的設備進行統(tǒng)一數據管理，然后再通過不同的協議將數據上傳到數據服務端。數據服務端通過數據接入模塊、實時計算模塊、規(guī)則映射模塊將數據進行處理、統(tǒng)計、分析、分類存儲。應用服務將數據實時展示給決策管理人員及電站運維人員。

系統(tǒng)技術實現

監(jiān)控平臺可運行在Windows或Linux系統(tǒng)中，Web及APP應用接口采用PHP技術進行開發(fā)，可運行在IIS,Apache,Ngix服務器上；數據庫包含Redis,influxdb,MySQL數據庫；數據接入、實時計算、規(guī)則映射模塊采用C++開發(fā)。

系統(tǒng)展示

決策層、管理層及運維人員可以在不同地點用多種不同的方式通過監(jiān)控平臺實時了解、掌握各個電站運行的情況，可以快速響應電站出現的異常情況，減少電站的發(fā)電損失，提高運行效率。

4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)測光伏站點的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

應用場所

目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

系統(tǒng)結構

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網關將采集的數據上傳至服務器，并將數據進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

系統(tǒng)功能

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構，任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內各建筑的光伏電站的運行狀態(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、是否并網、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

1）光伏發(fā)電

（1）綜合看板

●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實時發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

（2）電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數。

●統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實時監(jiān)測現場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

（3）逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

（4）電站發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

（5）逆變器發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表

（6）配電圖

●實時展示逆變器交、直流側的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數。

●展示逆變器型號及廠商。

（7）逆變器曲線分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

2）事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內容，發(fā)生時間以及確認狀態(tài)。

3）運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現場的視頻攝像頭，可以實時監(jiān)視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

系統(tǒng)硬件配置

1）交流220V并網

交流220V并網的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。

部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

2）交流380V并網

根據國家電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網，以當地電力部門的審批意見為準。這類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。分布式光伏接入配電網前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產權分界點外，還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規(guī)定，以及相關標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足國家電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實現用電信息的遠程自動采集。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網，實現自發(fā)自用，余電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網電量，數據均應上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網電量結算。

部分光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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，需要安裝單獨的電能質量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

這種并網模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數據和儲能系統(tǒng)運行數據，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

3）10kV或35kV并網

根據《國家能源局關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網運行安全技術要求的前提下，通過內部多點接入配電系統(tǒng)。

此類分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網。由于裝機容量較大，可能對公共電網造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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，需要安裝單獨的電能質量監(jiān)測裝置。

上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置)，經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：

5、結語

通過基于互聯網技術，實現了光伏電站的智能監(jiān)控，主要解決了以下問題：

(1)多類型電站及設備統(tǒng)一的接入標準化技術，簡化電站數據接入復雜度；

(2)海量電站數據統(tǒng)計分析自動化技術，解決了常規(guī)統(tǒng)計分析從關系數據庫查詢速度慢的問題；

(3)改變光伏電站運維方式，實現無人值守遠程運維；

(4)大數據分析技術，為電站投資決策、電站設計、設備選型提供依據。

審核編輯：郭婷