任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：光伏電站，具體來說便是相連于電網(wǎng)并將電力輸送給電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，是我國重點和全力發(fā)展的綠色能源項目。其中，監(jiān)控自動化系統(tǒng)的接入，屬于光伏電站應用中的重要部分。對于光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的探究，可以使光伏電站接入自動化系統(tǒng)有相應的提升，進而強化電站的運行效率和運維效率，進一步降低運維成本。

關鍵詞：光伏監(jiān)控系統(tǒng)；光伏電站運營；作用發(fā)展

一、光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)概述

光伏電站，如圖一所示。監(jiān)控系統(tǒng)服務器屬于光伏區(qū)逆變器、匯流箱、箱逆變一體機等各類電氣設備的數(shù)據(jù)采集、存儲、網(wǎng)絡管理中心，并且也是光伏區(qū)數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)關鍵的人機對話界面，可以顯示設備圖形和相關信息報表、記錄時間順序、顯示故障報警狀態(tài)、查詢參數(shù)、操作控制命令解釋以及下達等等。運維人員借助監(jiān)控主機便可以針對電氣設備的運行情況進行監(jiān)測和操作控制，并將系統(tǒng)的維護管理、修改、軟件系統(tǒng)診斷等工作同時完成。針對光伏區(qū)后臺監(jiān)控系統(tǒng)實施的維護工作，只可以在監(jiān)控主機上開展，登陸保護有非常強的安全性。

在光伏電站接入自動化系統(tǒng)監(jiān)控后臺當中，應用的結構形式為開放式以及分層分布式，系統(tǒng)縱向包括站控層和間隔層。間隔層對電氣單元當中設置的測控單元進行了使用，但站控層對功能分布結構進行使用，兩層彼此之間的結構為單以太網(wǎng)。通信線纜，一般情況下，都會利用RS485屏蔽雙絞線帶鎧光纜，可以對速率的增加給予保障，并使其有更理想的可靠性。有些項目為了將施工以及材料成本節(jié)約，會利用LET的通信方式。

（一）間隔層

間隔層需要將升壓站設備的控制監(jiān)視工作完成，每一個測控單元都可以針對相應的設備實時采集以及控制工作。間隔層的所有設備測控單元，都需要對相應的人機接口設備進行設置，如有必要會自行將就地監(jiān)控功能完成。每個間隔設備都是獨立性的，光伏場區(qū)間隔層測控單元會對一個光伏集中監(jiān)控單元進行配置。

（二）站控層

通常根據(jù)用戶要求，會對以下設備進行配置：1、需要對兩臺控制主機進行配置，共兩套，并且要配置冗余。兩臺配置可以對分電站測數(shù)據(jù)以及光伏數(shù)據(jù)進行區(qū)分，進而使數(shù)據(jù)不會互相打擾；2、配置兩套打印機，一套為A3，另一套為A4，可以對設備運行信息實時打印，使人工操作效率有所提升。

（三）網(wǎng)絡設備

為了對網(wǎng)絡通信需求給予滿足，要結合需求對具體的傳輸介質(zhì)轉換設備進行配置，例如：傳輸介質(zhì)轉換設備、接口熔接設備等等。

二、光伏區(qū)域后臺系統(tǒng)的功能

1、設備數(shù)據(jù)采集以及處理。光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)針對光伏區(qū)逆變器、直流匯流箱箱、箱逆變一體機的遙測信號，報警以及遙信信號實時采集，可以對逆變器穩(wěn)定的運轉給予保障。其中，可以針對電站設備的所有運行情況開展集中監(jiān)控，實施故障以及專家診斷等，使故障分析的準確性提升，并使處理故障的時間縮短，進而使設備檢修質(zhì)量和相應的生產(chǎn)安全性有所提升。借助統(tǒng)一管理和指揮生產(chǎn)運營工作，可以優(yōu)化配置備品配件等相關資源，使其得到規(guī)范性管理。2、構建數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫具有數(shù)據(jù)存儲功能，并且可以對運行報表進行保存。3、可開展控制以及調(diào)節(jié)。例如針對站內(nèi)設備實施控制以及功能調(diào)節(jié)。4、可以防止誤閉鎖的操作。5、可以完成數(shù)據(jù)之間的通信。6、可針對系統(tǒng)實施診斷。7、可完成時鐘對時工作。8、可以報文并開展記錄以及分析工作。9、具有語音報警功能。10、仿真培訓并開發(fā)軟件。11、具有自恢復功能。

三、光伏區(qū)設備數(shù)據(jù)監(jiān)視的作用

其一，實時對光伏區(qū)設備數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，可以使運維管理模式提升。1、主動性。對主動型的應用，是一種預防維護性措施，使運維計劃有較強的前瞻性以及預防性，進而針對工作開展實時追蹤。2、持續(xù)性。針對設備開展精細化管理，持續(xù)化以及科學化管。3、精細型。將運維流程實現(xiàn)標準化，對運維管理平臺的完整構建，可以使運維定位以及管理更加準確。其二，針對專家資源開展集中配置，會將管理效率進一步提升。其三，相同種類的設備，在不同區(qū)域中可實現(xiàn)調(diào)度統(tǒng)一，使庫存風險有所降低。其四，統(tǒng)一推廣故障處理經(jīng)驗，可以使運維效率有相應的提升。

四、發(fā)展趨勢分析

1、由之前的粗放式分散管理向智能集中化管理進行轉變。其一，針對不同區(qū)域的電站實施統(tǒng)一管理；其二，集中配置專家資源，可以使管理效率提升。相同種類的設備在不同區(qū)域可以完成調(diào)度的統(tǒng)一性，并使庫存風險有所降低，統(tǒng)一推廣故障處理經(jīng)驗，可以使運維效率有相應的提升。2、單個電站運營商管理，如果有非常大的規(guī)模，那么要有非常高的精細化管理程度。在未來，需要完善的精細化管理包括：其一，分類數(shù)據(jù)力度，例如：逆變器級、組串級電流、組串級電壓電流以及組件級別；其二，分類數(shù)據(jù)類型以及數(shù)據(jù)量，其中包括逆變器的運行情況以及告警、環(huán)境數(shù)據(jù)、電站和各關鍵節(jié)點、設備的健康數(shù)據(jù)等等；其三，逐步將大數(shù)據(jù)分析平臺當中的各項業(yè)務系統(tǒng)進行融合，之前一體化的平臺逐漸轉變?yōu)榇髷?shù)據(jù)分析平臺，可以使用戶整體工作將管理電站作為核心內(nèi)容，融合多業(yè)務系統(tǒng)，共享業(yè)務系統(tǒng)信息，還可以對關鍵信息安全要求給予滿足。

五、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

5.1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。

5.2應用場所

目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(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。

5.3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(wǎng)關將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務器，并將數(shù)據(jù)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。

5.4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(jù)權限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)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(wǎng)、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

5.4.1光伏發(fā)電

5.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數(shù)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

5.4.1.2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(shù)。

●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(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。

5.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數(shù)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(shù)查詢。

5.4.1.4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。

5.4.1.5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

5.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、直流側的數(shù)據(jù)。

●展示當前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號及廠商。

5.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

5.4.2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(nèi)容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關離線狀況。

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

5.4.3運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現(xiàn)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監(jiān)控功能。

5.5系統(tǒng)硬件裝置

5.5.1交流220V并網(wǎng)

交流220V并網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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：

5.5.2交流380V并網(wǎng)

根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網(wǎng)，以當?shù)仉娏Σ块T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(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產(chǎn)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(wǎng)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(xiàn)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(wǎng)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)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(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)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(wǎng)電量結算。

部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)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(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)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(wǎng)輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

這種并網(wǎng)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(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

5.5.310kV或35kV并網(wǎng)

根據(jù)《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(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術要求的前提下，通過內(nèi)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(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)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(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。

光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)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(zhì)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(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設置)，最后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。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：

六、結語

總之，針對光伏電站光伏區(qū)信息接入研究的深入開展，效果和意義非常突出。因為光伏電站屬于國家重點以及全力開發(fā)的綠色能源項目，實現(xiàn)光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)在光伏電站運營的應用，可以將電站運行的管理效率的提升，強化生產(chǎn)運行管理水平，進而使生產(chǎn)運行以及相應的設備維護成本有所降低。

【參考文獻】

1. 雷鵬.研究光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)在光伏電站運營中的作用及發(fā)展趨勢[J].新一代信息技術產(chǎn)業(yè)建設與研究，2020.46.074

2. 徐艷華.光伏區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)在光伏電站運營中的作用及發(fā)展趨勢[J].設備管理與維修，2020（22）：120-122

3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

4. 分布式光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)解決方案.2021.09版

作者簡介：

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智能電網(wǎng)供配電相關的研究和應用。