光伏监控系统组成,光伏电站远程监控系统

的管理、虚拟化、存储和开发的过程云平台架构如图2所示。 

3、监控系统设计

3.1光伏发电监控系统总体结构

   为了使系统具有全局性以及能够实现远程操作功能将对发电站中的所有在线监控测量设备统一采集、分析和管理。根据数据类型与应用特性对电站运行中获取得到的监测数据进行分门别类地存储各层面的工作人员各司其职只关注与自己相对应的存储信息。另外各个层级的数据能够从上到下进行追溯查询。

   本文设计一种采用WindowsAzure和Web相结合的新型光伏发电监控系统。主要特点有①应用层采用友好的用户界面让不同客户都可以快捷方面的操作本系统②采用B/S体系结构充分利用B/S的优点减少用户的工作量可以随时进行操作③利用SSH集成开发框架从表示层、业务逻辑层、数据持久层和与模块层将系统各层分离便于开发人员开发和后期维护④利用云计算的存储和较强的计算能力将系统部署到WindowsAzure中减少设备的花费和维护的费用⑤使用前端ECharts插件将数据进行图形化处理对某一时间段同类数据或不同类数据进行对比分析分析光伏电站的运行情况。

   系统分为四层应用层、服务层、设备驱动层、数据层不同层处理不同数据各层彼此结合形成面向用户的系统功能。用户与系统的交互主要在应用层进行用户的需求在应用层都会直观的形式展示用户操作指令和信息会录入到应用层再将这些信息交由服务层处理。整个业务的信息数据处理、运算和控制是在服务层进行。与设备间的通讯由驱动层完成并获取设备的数据并进行转换格式的操作保证系统能够正常识别。客户端现场设备的信息通信是双向的即将信息以设备能够辨识的格式发送给设备保证系统能够正常向下层设备传递信息如图3所示。

 

3.2光伏发电监控系统模块

   本监控系统对采集到的各类电站数据进行分析系统模块主要包括数据采集模块、数据通信模块、数据库和监控终端四个模块。

3.2.1数据采集模块

   数据采集模块采集光伏电站实时运行数据光伏电站运行过程中涉及各类数据包括光伏阵列、逆变器、环境监测仪、计量器等。另外除了设备本身直接获取的基础数据外还有部分数据需要通过基本数据衍生计算。数据采集模块结构如图4所示。

 

3.2.2数据通信模块

   在现场监控中采集数据信息需要安全、稳定的上传至上位机以及服务器因此通信不仅需要完成数据传送的基本功能还需要保证所传送数据的准确性、实时性和安全性。本系统采用S485串行通信标准和Modbus通信协议该协议规定了主机与从机之间通信的规则独立于物理层配合S485总线标准实现数据安全稳定可靠的传输。

3.2.3数据库模块

   数据库负责前端界面对数据的调用和后台数据的存储光伏发电监控系统需要监测的数据结构多样数据库的设计和数据模型结构关系到数据的安全性、完整性和可维护性。本系统采用SQLServer关系型数据库实现对系统结构数据和非结构数据的记录、筛选、编辑、删除、排序和分组统计等功能。云端SQLAzure数据库与SQLServer数据库使用SQLServerExpress工具实现同步管理。同时在系统中利用Hibernate框架将数据层和业务逻辑层分离减少程度代码的复杂度。

3.2.4监控终端

   现场监控主要由数据采集模块、上位机、数据传输通道、数据库构成。光伏组件上装有各类的传感器电压、电流等数据通过传感器送到数据集中模块经信号调理电路滤波处理后将数据进行归类分析现场通过S485接口实现数据的传输和存储。现场监控显示各种元器件数据、发电量、报警、报表等信息。同时也可以通过命令实现对模块的控制比如模块参数、分合闸信息等。现场监控结构如图5所示。

 

   现场数据监控终端可以向工作人员提供电站的实时数据信息和历史数据信息展示电站的运行状态终端监控功能如图6所示。

 

   本地数据通过上位机接收存储到数据库利用Eclipse平台配置和部署云环境将本地数据库转移至云存储中实现云端数据库和前台界面的数据交互用户可以在浏览器上方便地查询各地站点的信息。远程B/S服务体系结构图7所示。

 

 

4、系统实现

4.1登录模块

   登录模块是系统的门户本系统界面设置有新用户登录、注册、账号身份等功能。为了实现前端页面和后端的数据交互需要下载和配置Struts2文件。登录模块接收用户登陆信号利用判断机制确认登录的安全性同时使用拦截器对账号进行拦截主界面包含电站运行概况信息及其他功能选项。

4.2管理员模块

   管理员利用权限设置不仅可以对自身信息进行修改对用户资料进行管理、修改还可发送系统通告。当公司或电站有重大事情或通知时逐一通知是不可行的管理人员可以上传公告、修改公告和删除公告而普通用户可以浏览和下载公告。工作人员是该系统的主要对象主要负责光伏电站平台的运行和维护需要及时监察电站的基本设备状态信息、告警系统、实时数据、故障信息数据、检测数据和警报信息。

4.3监控功能模块

   本系统的数据监控功能主要分为两大类实时数据监控和历史数据监控。实时数据监控主要展现出电站实时运行数据信息用户可以按照自身需求对电站相关信息进行访问。实时数据由采集设备得到并写入到数据库中当用户发送实时数据请求时再对相关数据进行调用。历史数据监控是指系统可以调用历史云端数据进行历史数据分析。设备信息表查询主要显示子系统并网电站设备的信息显示站内直流柜、逆变器、高压柜等设备信息运行信息其界面如图8所示。

 

   另外系统具有强大的数据图形化功能从数据库中提取出功率数据由相关的图形设备接口和Java插件对数据进行处理。比如将功率信息处理后生成功率曲线图观察和分析并网发电所输出的功率随时间变化的趋势。该功能不仅可查询当天的数据也可以查询历史数据用户可根据日历表来选择想要查询的时间和站点如图9所示。

 

   图10为2016年8月的月发电功率柱状图以天为单位统计月功率输出情况。通过月功率曲线进行光伏发电系统日、月、年的功率对比分析以提高系统的分析和显示能力。总站信息汇集了所有接入子系统的数据并提供进入分站信息的接口其显示如图11所示。

 

   报警查询主要以表格的形式显示报警时间、位置、是否解决、故障等信息可以分别按报警信息和报警状态查询。针对设备的电流过大或发电功率骤然下降等情况给出报警提示。

 

5、安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

5.1概述

           AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括站点监测逆变器监测发电统计逆变器一次图操作日志告警信息环境监测设备档案运维管理角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台及时掌握光伏发电效率和发电收益。

5.2应用场所

   目前我国的两种分布式应用场景分别是广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

5.3系统结构

   在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表通过网关将采集的数据上传至服务器并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

 

5.4系统功能

           AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息。

5.4.1光伏发电

5.4.1.1综合看板

●显示所有光伏电站的数量装机容量实时发电功率。

●累计日、月、年发电量及发电收益。

●累计社会效益。

●柱状图展示月发电量

 

5.4.1.2电站状态

●电站状态展示当前光伏电站发电功率补贴电价峰值功率等基本参数。

●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

●摄像头实时监测现场环境并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

 

5.4.1.3逆变器状态

●逆变器基本参数显示。

●日、月、年发电量及发电收益显示。

●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

●直流侧电压电流查询。

●交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

 

5.4.1.4电站发电统计

●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

 

5.4.1.5逆变器发电统计

●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

 

5.4.1.6配电图

●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

●展示当前逆变器接入组件数量。

●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●展示逆变器型号及厂商。

 

5.4.1.7逆变器曲线分析

●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

 

5.4.2事件记录

●操作日志用户登录情况查询。

●短信日志查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

●平台运行日志查看仪表、网关离线状况。

●报警信息将报警分进行分级处理记录报警内容发生时间以及确认状态。

 

5.4.3运行环境

●视频监控通过安装在现场的视频摄像头可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头还支持录像回放以及云台控制功能。

 

5.5系统硬件配置

5.5.1交流220V并网

   交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电装机功率在8kW左右。

 

   部分小型光伏电站为自发自用余电不上网模式这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置避免往电网输送电能。光伏电站规模较小而且比较分散对于光伏电站的管理者来说通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面

 

5.5.2交流380V并网

   根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》8kW~400kW可380V并网超出400kW的光伏电站视情况也可以采用多点380V并网以当地电力部门的审批意见为准。这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏自发自用余电上网。分布式光伏接入配电网前应明确计量点计量点设置除应考虑产权分界点外还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置应安装采集设备接入用电信息采集系统实现用电信息的远程自动采集。

 

   光伏阵列接入组串式光伏逆变器或者通过汇流箱接入逆变器然后接入企业380V电网实现自发自用余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表用于计量企业上网电量数据均应上传供电部门用电信息采集系统用于光伏发电补贴和上网电量结算。

   部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用余电不上网模式这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置避免往电网输送电能系统图如下。

 

   这种并网模式单体光伏电站规模适中可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面

 

 

5.5.310kV或35kV并网

   根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》国发新能〔2019〕49号对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求支持在符合电网运行安全技术要求的前提下通过内部多点接入配电系统。

   此类分布式光伏装机容量一般比较大需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大可能对公共电网造成比较大的干扰因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。

   光伏电站并网点需要监测并网点电能质量包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等需要安装单独的电能质量监测装置。

 

   上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图光伏阵列接入光伏汇流箱经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置)最后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大涉及到的保护和测控设备比较多主要如下表

 

 

6、结束语

   针对目前的光伏发电监控系统在大规模光伏电站并网监控方面存在的不足本文提出了基于云平台的光伏发电系统监控系统平台。通过分析现有的监控系统采用的技术架构充分利用云技术的集中处理和存储扩展性降低了硬件设施的经济成本有利于后期系统的维护等特点。通过分析光伏监控系统数据采集模块、研究光伏电站逆变器通讯、环境监测仪、数据集中器等硬件结构以及通信连接方法设计了基于Modbus通信协议的上位机与各设备间的主从控制系统达到将采集模块采集的数据上传至上位机以及云平台的目的。最后基于实际光伏电站的应用验证了系统的可行性与可靠性