基于互聯(lián)網(wǎng)+分布式光伏運維平臺的介紹及應(yīng)用

安科瑞 華楠

摘要：文章結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)＋光伏電站”的思想，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過將光伏電站數(shù)字化，建立了本地智能運維管理系統(tǒng)和遠程協(xié)同運維管理系統(tǒng)，將現(xiàn)場光伏電站中各類設(shè)備的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)郊瘓F數(shù)據(jù)中心并存儲，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)了以大屏的方式實時展示。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；光伏監(jiān)控平臺；能源管理；分布式光伏

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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(shù)得到了許多國家政府的大力支待，在全球范圍內(nèi)廣泛使用。隨著光伏發(fā)電行業(yè)逐步邁入了“平價上網(wǎng)”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(shè)和投入運行，光伏電站的建設(shè)質(zhì)量問題、安全問題大量出現(xiàn)，設(shè)計缺陷、設(shè)備質(zhì)盤缺陷施工不規(guī)范等問題都給光伏電站的質(zhì)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(xiàn)場管理，不光是一種人力資源的浪費，而且無法及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)防各種電站故障。為達到保證光伏發(fā)電系統(tǒng)質(zhì)量、安全、經(jīng)濟運行的目的，建設(shè)一套集實時監(jiān)控、集中管理、智能預(yù)警分析、災(zāi)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(zhì)量管理和運維管理，顯得尤為重要。

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現(xiàn)狀及目的

目前，市場上相關(guān)的光伏監(jiān)控類產(chǎn)品比較雜，但是基于“互聯(lián)網(wǎng)＋＂的光伏大數(shù)據(jù)平臺應(yīng)用不多，整個行業(yè)方向尚處于探索階段。業(yè)內(nèi)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(guān)的信息技術(shù)，尚未將大數(shù)據(jù)技術(shù)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(chǎn)業(yè)鏈方面具有一定的局限性。

智能光伏電站是全數(shù)字化電站，可實現(xiàn)”可信、可視、可管可控”。智能光伏電站采用創(chuàng)新組網(wǎng)方案，打破現(xiàn)有設(shè)計束縛，從簡化建設(shè)、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(shù)據(jù)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(wǎng)自適應(yīng)技術(shù)，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(yīng)電網(wǎng)的變化，實現(xiàn)更好的多機并聯(lián)控制、更佳的并網(wǎng)諧波質(zhì)量，更好地滿足電網(wǎng)接入要求，提高在惡劣電網(wǎng)環(huán)境下的適應(yīng)能力。建設(shè)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(chǎn)現(xiàn)場的實時監(jiān)控能力。

(2)實現(xiàn)對光伏電站的質(zhì)量監(jiān)控。

(3)實現(xiàn)對發(fā)電生產(chǎn)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(shè)光伏電站監(jiān)控設(shè)備的統(tǒng)一管理平臺。

(6)整合各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對不同人員的差異化服務(wù)。

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設(shè)計與實現(xiàn)

結(jié)合”互聯(lián)網(wǎng)＋光伏電站”的思想，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過將光伏電站數(shù)字化、建立本地智能運維管理系統(tǒng)和遠程協(xié)同運維管理系統(tǒng)，將現(xiàn)場光伏電站中各類設(shè)備的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)郊瘓F數(shù)據(jù)中心并存儲，然后對數(shù)據(jù)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(nèi)，實現(xiàn)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(xiàn)的設(shè)備故障做出及時的響應(yīng)，對可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題做出預(yù)防，從而提高光伏電站的發(fā)電效率和運行質(zhì)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(wù)器(Browser/Server,B/S)結(jié)構(gòu)的模式，以實現(xiàn)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(shè)計，為電站提供接入服務(wù)。平臺系統(tǒng)主要由子站數(shù)據(jù)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(shù)數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)遠程傳送到監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)。監(jiān)控中心服務(wù)器對每個電站數(shù)據(jù)進行匯總分析、管理和展示，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)所有光伏電站的狀態(tài)監(jiān)控和運行指導(dǎo)。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫服務(wù)器集群、數(shù)據(jù)磁盤陣列，以提供海量數(shù)據(jù)存儲；完備的災(zāi)難恢復(fù)策略使用戶的運行數(shù)據(jù)不丟失；數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)寫入分離設(shè)計，提高數(shù)據(jù)庫訪問速度。監(jiān)控數(shù)據(jù)服務(wù)中心的建設(shè)為實現(xiàn)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(shù)保障

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

光伏監(jiān)控平臺從設(shè)備端、數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)3方面進行設(shè)計。設(shè)備端支持光伏電站中常用的設(shè)備如逆變器、匯流箱、環(huán)境監(jiān)測儀、電表等，通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)或通信管理機將不同廠家、不同型號及類型的設(shè)備進行統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，然后再通過不同的協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)端。數(shù)據(jù)服務(wù)端通過數(shù)據(jù)接入模塊、實時計算模塊、規(guī)則映射模塊將數(shù)據(jù)進行處理、統(tǒng)計、分析、分類存儲。應(yīng)用服務(wù)將數(shù)據(jù)實時展示給決策管理人員及電站運維人員。

系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)

監(jiān)控平臺可運行在Windows或Linux系統(tǒng)中，Web及APP應(yīng)用接口采用PHP技術(shù)進行開發(fā)，可運行在IIS,Apache,Ngix服務(wù)器上；數(shù)據(jù)庫包含Redis,influxdb,MySQL數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)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(yīng)電站出現(xiàn)的異常情況，減少電站的發(fā)電損失，提高運行效率。

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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(shè)備，氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)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(shè)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(yīng)用場所

目前我國的兩種分布式應(yīng)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。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)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(jié)構(gòu)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(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)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）。

1）光伏發(fā)電

（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

（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(fēng)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)。

（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(cè)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。

（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(cè)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(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號及廠商。

（7）逆變器曲線分析

●展示交、直流側(cè)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(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)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)。

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控制功能。

系統(tǒng)硬件配置

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：

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(shù)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(yīng)明確計量點，計量點設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點外，還應(yīng)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(yīng)裝設(shè)雙向電能計量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標準。用于結(jié)算和考核的分布式電源計量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)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(yīng)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(jié)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：

3）10kV或35kV并網(wǎng)

根據(jù)《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設(shè)有關(guān)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(shù)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(shè)置)，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(shè)備比較多，主要如下表：

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結(jié)語

通過基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)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(shè)備統(tǒng)一的接入標準化技術(shù)，簡化電站數(shù)據(jù)接入復(fù)雜度；

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

(3)改變光伏電站運維方式，實現(xiàn)無人值守遠程運維；

(4)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，為電站投資決策、電站設(shè)計、設(shè)備選型提供依據(jù)。