光伏电站监控系统结构与布局

第２ｌ卷　

Ｖｏ１．２１　第１９期　

Ｎｏ．１９　电子设计工程　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１３年ｌＯ月　０ｃｔ．２０１３　

光伏电站监控系统的研究与开发　

李旭阳　，马亮　，林锥　，穆娜　，梁海　

（１．北京京仪绿能电力系统工程有限公司北京１００００９；２．北京市光伏核心装备工程研究中心北京１０２１００）　

摘要：根据光伏并网电站的组成和特点，设计了一个监控系统。该系统提供了远程维护所需要的本地功能，实现了对　

光伏电站的运行状态进行实时和定时的监测．能够记录和随时显示这些信息，能够对系统的参数进行设置，能够将接　

收来自远程控制中心的命令以及将记录数据传输给远程控制中心。　

关键词：光伏电站：监控系统；远程监控；ＲＳ－－４８５　

中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—６２３６（２０１３）１９－００６９—０３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｐｌａｎｔ’Ｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　

ＬＩ　Ｘｕ—ｙａｎｇ　，ＭＡ　Ｌｉａｎｇ　，ＬＩＮ　Ｚｈｕｉ。，ＭＵ　Ｎａ　，ＬＩＡＮＧ　Ｈａｉ　

（１．Ｂｅｏ＇ｉｎｇ　Ｊｉａｇｙｉ　Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｏ＇ｉｎｇ　１００００９，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｃｉｔｙｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２１００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｐｌａｎｔ，ａ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｉｔ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓ　

ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ　ｐｌａｎｔ　ｄａｔａ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｔｉｍｉｎｇ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｒｅｃｏｒｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｔｈｅｓｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　

光伏电站数据采集系统与远程通讯系统

一、项目简介

1、项目名称:巨力新能源10MW太阳能光伏屋顶发电项目

2、建设单位:中国巨力集团有限公司

3、建设规模:10MWp屋顶光伏发电项目

4、项目地址:中国巨力集团

5、电站范围:中国巨力集团厂区

6、单位屋顶:8处

二、监控系统说明

如图2.1所示,光伏综合监控系统具备就地和远程监控功能,监控软件由本地监控与远程监控相结合。本地监控由中央控制器(包括数据采集、控制算法、网关等功能、通讯链路、本地显示组成,主要功能是负责本地发电设备数据采集、控制、数据存储、能量调度、通讯等功能。远程监控由广域网通讯链路、路由器、数据库服务器、网络服务器、上位机展示平台组成,主要功能是负责将各个电站数据进行收集,电站状况调查,数据存储、处理、分析,发电经济性分析等等。

传统光伏电站监控系统主要由逆变器厂商随设备提供,从本厂逆变器出发,对电站运行的一些参数进行监测,难以或不能直接控制逆变器的运行状态,无法获取电站中的其它设备的信息及控制这些设备,也无法满足电网调度系统对电站的实时监控要求。而且该项目将采用不同厂商的设备,电源厂商自有的监控系统一般对其他厂家的设备兼容性差,容易造成一个个“孤岛”系统,无法形成统一的监控体系。

大型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,大型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(10MW以上、占地面积广(150亩以上,且地理位置偏僻、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。

因此,需要搭建一个统一的本地集中监控中心,该监控中心位于巨力索具园区,能够对不同厂商、不同类别、不同型号的光伏发电电源设备及计量表计、直/交流柜及其它电力设备进行统一监控,实现对该项目所包含的光伏电站完整、统一的实时监测和控制。

Power Technology

︱114︱2016年09期 光伏电站远程监控系统的设计 刘马军 中电投新疆能源化工集团哈密有限公司，新疆 哈密 839000 摘要：光伏发电技术是将太阳能直接转换为电能的一项技术，它在当今社会起到了很好的能源结构优化作用。现阶段，光伏电站的广泛投运极大地解决了我国的用电难题。然而，以我国目前现有的技术来看，要整体提高国内光伏电站的自动化程度水平，光伏电站远程监控系统还需要不断进行设计方面的优化和完善，以此来实现社会需求的功能，达到“无人值班、少人值守”的水平”。 关键词：光伏电站；监控系统；设计 中图分类号：TU271.1 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）09-0114-01 21世纪，人类生活和经济发展的方方面面都离不开能源，它已经成为人类生活和生存的必需品之一。而太阳能作为一种可再生资源，是取之不尽、用之不竭的一种清洁能源，当前该能源的开发与利用越来越受到人们的重视，其中光伏发电最受瞩目，它具有不枯竭、不消耗化石燃料、无污染、安全性能好、能够实现分散供电等诸多优点。 1 光伏电站发电的原理简述 光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电技术的关键元件是光伏电池，光伏电池是一种半导体材料，在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能。太阳能电池经过串联后再封装形成大面积的太阳能电池组件，数块组件再经过串、并联达到较高的电压和较大的电流后，通过逆变器将组件产生的直流电逆变为交流电，再经过升压变压器将交流电的电压升至与当地电网一致的电压等级送出。 2 光伏电站监控技术的现状分析 当前，针对光伏电站所设计的远程监控系统可以分为两类：无线远程监控系统和有线远程监控系统。在前一种监控系统中，由于不受地域和距离的限制，它通常适用于比较偏远地区的太阳能光伏发电系统的远程监控。而后一种监控系统其数据是通过通讯总线进行信息传输的，然而由于信号的逐渐衰减，在监控中心与监测站点距离较远的时候，就不能通过通讯总线直接把数据发送到中心。 近年来，我国已经逐步展开对光伏技术的研究，尤其是在数据采集以及监控技术等方面的研究已经得到较快的发展。早在2014年，我国就有公司开发出新型百万瓦级光伏电站监测系统，且已经投入使用，该系统可以把百万瓦级光伏电站用来传输600V～1kV以上直流高压电的供电电缆直接作为通信布线使用。在信息通信等领域，把供电电缆作为通信布线使用的电力线通信已经投入了使用。但是，要想应用于输出功率达到兆瓦规模的大规模光伏发电系统，还需要解决直流高压电和电力噪声等课题，因此任重道远。 3 光伏发电系统监控的必要性 不得不承认，近年来光伏发电技术发展迅猛，人们为了优化设计光伏电站，不断加深了对光伏电站系统监控技术的研究，在国外，约90年代就对监控系统进行了研究，基本形成了比较成熟的思路。在实际生活中，太阳能光伏电站常常用在某些距公共电网较远的无电地区以及部分特殊场所，很多太阳能光伏电站都是在无人值守的情况下进行的。同时，由于同一地区光伏电站的站点多且相对分散，也急需对其进行集中监控和管理，因此实现对太阳能光伏电站的远程监控势在必行。 4 光伏电站远程监控系统的设计 实际上，光伏电站远程监控系统的设计主要包括两个方面：一是通信软件的设计，它是通过在内部调用各传感器件的驱动程序来得到数据，并通过控制总线把数据发送出去，这一设计是光伏电站远程监控系统的一大要点；二是上位机软件的设计，它能够较好地完成与片机之间的通信，进而接收、显示并处理总线上的数据。下面本文对这两个方面进行详细阐述： （1）通信软件设计 对于通信软件而言，其应当完成的功能包括两个方面：一方面是要定期读取各监控参数的值，如系统环境的温度、光伏电池组自身的温度、逆变器的输出电压及电流等；另一方面是将读取的各数值通过总线输送到上位机。在光伏发电系统中，其所处环境的温度一般是恒定的，变化较小。同样，对于光伏电池组来说，通常也不会出现巨大的温度变化，可以满足系统实时性的要求。 实际上，通信软件工作需要3-4个环节，首先通信软件系统在工作开始之前须进行复位操作，接着就是进行初始化操作，比如对串行口、定时器以及485芯片的初始化操作。在完成初始化操作之后，就需要调用各检测元件的驱动程序，以此来读取相应参数的值，并通过总线传输相关数据，比如读取环境温度值并发给上位机、读取电压值并发给上位机、读取电流值并发给上位机、读取电流值并发给上位机。最后延时1000毫秒重复初始化的操作步骤。 （2）上位机通信软件设计 上位机通信软件主要负责接收下位机发送的数据，同时要对数据做一些处理，接着把处理结果通过图形化的界面显示出来，这样以便值班人员能更直观、易于监控整个电站和设备的运行状态。在上位机通信软件中，它是通过VS应用平台，利用C#编程技术进行开发利用的。VS是美国微软公司的开发工具包系列产品，它是一个相对完整的开发工具集，包括了光伏电站远程监控系统中所需要的多数工具。除此之外，光伏电站远程监控系统的设计中还用到了事件、进程和线程等。这里的事件是由某个对象发出的消息，它相当重要。当一个事件被触发之后，程序会调用一个线程来对各个任务进行处理。而该上位机软件执行其功能的过程叫做一个进程，而这个进程又可以分成两个线程，分别完成不同的任务。上位机通信软件的工作四个环节：一是监测有无串口事件触发，二是读取串口缓冲区的数据并赋值给已定义的变量，三是进行数值处理，四是在界面显示处理结果及其画面。 5 结束语 21世纪，太阳能光伏产业正在如火如荼地发展，光伏电站的远程控制和管理也将成为大势所趋。当前，我们要将远程监控技术较好地融入到光伏电站的控制和管理当中，这样可以降低电站的运行陈本，有效地提高光伏电站的运行效率。 参考文献： [1]王娜.基于.NET平台的光伏电站视频监控系统的设计与实现[D].北京交通大学,2015. [2]王伟.光伏电站远程监控系统的设计与实现[D].北京交通大学,2015. [3]宋开峰.光伏电站的远程监控系统设计[D].山东大学,2011. [4]朱锐.智能型光伏电站的远程数据采集与监控系统的设计与实现[D].苏州大学,2013. （上接第 115 页） 可行性，而且应对注意落实运行机制。在电气设备领域中，采用人工智能技术，可以实现运行环境、相关设备诊断的智能化，有效提高了环境、设备监测的可靠性和安全性。同时，提高智能化监测管理水平，提高准确性和感应度。采样设备的高灵敏度以及稳定性，人工智能监测，并且进行有效的数据信息、运行状态判断至关重要。机电设备及其运行监测技术，应当向着安全、高效以及智能化方向发展，以确保变电站机电设备更加安全。 4 结束语 总而言之，变电站及相关设备运行实践中，会对变电站周围环境产生噪声、电磁以及污水等不利影响；变电站附近的人为、建筑以及树木等事物，也会影响变电站的运行，需采用安全监控系统，来确保变电站安全、高效运行，降低对周围环境的影响。 参考文献： [1]王旭.无人值守变电站智能视频监测系统的设计与实现[D].华北电力大学,2014. [2]江建铭.消防监控系统建设管理与工程设计、设备安装及运行操作维护检修新技术标准实用手册[S].北京:中国科技文化出版社,2005.

监控系统运行规程

第一节 概述 1 概述

1.1 后台监控系统概述

1.1.1 全站监控系统是特变南京智能电气生产的变电站综合自动化保护监控系统，用于完成

光伏电站所有信息的最终处理、显示和监测，对开关站一次、二次设各进行控制，以及运行

历史信息的检索查询。 1.1.2 系统模块包括：数据库配置程序，通讯机配置程序，HMI人机界面，组态图形编辑器，

报表、棒图和曲线图的生成，事故追忆，语音告警，远程系统维护等。 1.1.3 升压站监控系统采用以计算机为基础的开放式分层分布系统结构，由站 (主) 控层和

间隔层以及网络设备构成，可以接受来自电力调度中心的控制调节命令。站 (主) 控层设备

包括：主机/操作员工作站、远动工作站、站内通信工作站、GPS设备、网络设备等。 1.1.4 间隔层设备包括：10KV线路保护测控单元、10KV所用变保护测控单元、公用测控单

元等。间隔层各测控及保护设备直接与主控层的信息通信。 1.1.5 监控系统站控层和间隔层采用统一的计算机网络，网络结构为双以太网。

1.1.6 监控系统网络可通过远动工作站、双机切换、调制解调装置并按规定的远动规约实现

与省调、地调的点对点远动功能。 1.1.7 监控制系统实现与继电保护的数据通信，并能够采集与运行密切相关的继电保护硬接

点信号。 1.1.8 监控制系统能实现与电能计量终端设备进行数据通信，电能计量终端设备通过专网设

备实现与电力调度数据网的连接，且可通过专用通道实现与电能有关管理部门的数据通信。 1.1.9 计算机监控系统能与逆变器及汇流箱监控系统的集中监控装置实现数据通信。

1.1.10 站(主)控层负责协调和管理间隔层设备的工作，记录和计算整个开关站的运行信息，

并把经过处理的数据存入数据库中，完成开关站远方监视和调度控制等功能，其具体功能如

下： (1) 数据采集和处理

监控系统通过测控装置实时采集模拟量、开关量等信息量，对所采集的输入量进行数字滤波、有效性检查、工程值转换、故障判断、信号接点抖动消除等加工。从而产生出可供应用的电流、电压、有功功率、无功功率、电能量、功率因数等各种实时数据，供数据库更新。同时，