光伏发电大数据远程传输质量实时监测研究

光伏发电大数据远程传输质量实时监测研究

杨涛

中国电建集团江西省电力建设有限公司 江西南昌 330002

摘要：光伏发电是一种先进的光电转换技术，可以利用半导体材料自身的光生伏特效应，将接收到的光能量尽可能多地转化为电能量。太阳能电池是最早的光伏发电组件，在强光照条件下，多个太阳能电池保持串联关系，并在不断封装保护的基础上，形成覆盖面较广的太阳电池组件，再联合多台功率控制器即形成了环保型的光伏发电装置。受到管线压缩、温度变化等条件的影响，光伏电子在远距离输送过程中会产生大量的无用损耗，且完成传输后电子自身的物理价值也受到较大影响。现有技术手段借鉴令牌桶思想，利用小规模分发电子流提升光伏电子携带的物理电量，并通过提升供电方、承电方电压差的方式，避免输送过程中的无用损耗.
关键词：光伏发电;大数据传输;质量监测;

引言

到2017年，中国累计光伏发电能力为130兆瓦。为实现2020年非化石能源占能源消耗15%的目标，今后5年将在中国安装2千万千瓦以上的光伏发电。灯塔电网建设规模为中国光谱的持续健康发展提供了有力的支撑，但建设质量差、管理不善、经营管理不受监管等问题依然存在。需要解决最大的障碍和瓶颈，以确保今后灯塔的建设和技术发展。

1光伏电源简介

光伏电源主要是通过利用太阳能电池将可再生的太阳能转化为电能，光伏发电原理是利用太阳能的光生伏特效应，在太阳能电池板的作用下，将太阳所发出的太阳能转化为电能。光伏电源是由太阳能电池板、控制器以及逆变器三部分组成，在这三部分共同工作下，使得太阳能转化为电能，为电力用户提供充足的清洁能源。通过大规模使用光伏电源，可以提高清洁能源在电力能源中的比重，大大降低传统能源对于环境的影响，有利于环境保护和电力能源可持续发展。另一方面，对于一些偏远地区的人们来说，通过利用光伏电源可以为人们提供充足的电能，光伏电源装置的使用灵活性较高，可以在多地区进行单独使用，另外也可以配合电网或电力储能装置来进行使用，具有较强的适应性，可以满足大部分地区的电能需求。但是光伏电源在使用过程中会受到环境因素的影响，光辐照强度、气温等都有可能导致光伏电源的使用效率下降。

2太阳能光伏电站系统架构

太阳能光伏发电系统由两部分组成，即光伏发电系统和监控系统。光伏发电系统把太阳能转换成了交流电，完成了一个电站提供能源的这一基本功能；而监控系统对太阳能电站的研究工作有着巨大的帮助，它有数据采集和系统监控等功能。光伏发电系统分为并网光伏系统和独立光伏系统两种。本系统是为支持小型ＳＧ１Ｋ５ＴＬ并网光伏系统数据远程传输进行开发的。这个小型太阳能光伏电站由光伏阵列、逆变器、计量系统和电网组成光伏并网发电系统。光伏模块组成的光伏阵列将太阳能转换成直流电能。逆变器作为中间重要单元将此直流电能转换成与电网同频率的交流电能并馈入电网中.

2光伏发电大数据的传输需求分析

光伏电压、电流基本量计算是大数据传输需求分析中的关键环节，且随着MDI光伏发电指标逐渐趋于稳定，传输信道中的物理时延条件也得到了有效控制。当光伏发电大数据的传输流量达到一定物理上限时，传输信道中的实时监测报文就很难通过端口进入光伏信息中，也就是大数据自身的物理承载条件达到了最高值。在此情况下，远程传输信道中的电压、电流值即为光伏发电大数据的电压、电流基本量。设ε代表MDI光伏发电指标的提取参量，可将光伏发电大数据的电压基本量表示为：U=u̇Pε∙γ（1）其中，u̇代表MDI光伏发电指标的传输条件向量，P代表MDI光伏发电指标，γ代表远程传输信道中于光伏发电大数据质量相关的实时监测原量。已知在传输电阻为R的前提下，光伏电流基本量与光伏电压基本量保持正比变化关系，联立公式（1）可将光伏发电大数据的电流基本量表示为：I=URβp（2）式（2）中，βp代表实时监测定点p中，光伏发电大数据电压基本量对传输电阻R的最大限定系数。在光伏发电过程中，由于受到传输线路抖动、电子丢包等因素的影响，大数据包到达目的地的真实时间出现一定延后，该延后量即为大数据包传输时延。传输线路抖动指的是在光伏发电网络中，相邻两帧电子数据始终不能保持相同的传输频率，进而导致信道内部出现多种运行频率参量，原有传输力度不足以承受这种变动，进而出现明显的抖动现象.

3监测数据

光缆监测数据是本次研究的主要数据来源，其数据取自光缆在线监测系统。系统利用光时域反射仪、光开关等设备对重要光缆的空余纤芯中各选一芯进行打光监测。光缆监测数据被保存到数据库中，数据类型有文本、数值、大字段数据等。（1）距离信息数据。系统记录了测试点与到达站点的距离信息，由于光缆在实际布放时多次转接，故每条数据会包含多段距离信息。（2）衰耗数据。衰耗数据记录了监测光纤在传输过程中光衰减情况，既包含了总衰耗信息，也包含了某段距离的衰耗值。该数据信息量大，作为非结构化数据保存在二进制大对象BLOB字段中。（3）时间数据。光缆在线监测系统一般采用轮回打光的方式运行，也就是定期监测每一条光缆，这种测试方式会记录时间信息。（4）参考数据。参考数据是系统建成时根据初期测试形成的经验数据，是系统判断光缆运行情况的依据。

4远程传输质量实时监测算法搭建

4.1RASMF实时监测框架设计

光伏发电大数据远程传输质量的RASMF实时监测框架包含控制中心、监测中心、核心传输网络、电子交换路由器、双定向实时处理客户端、电子质量检测探针等多个组成结构。其中，控制中心、监测中心作为RASMF实时监测框架的主要支配组织，可以对远程传输信道同时发出多项光伏发电大数据调用指令，并按照回执指令中监测信息的分配状态，对下级运行结构布置详细的执行任务。核心传输网络是RASMF实时监测框架中唯一具备信息交换功能的物理结构，可以在接收远程传输信道中光伏发电大数据的同时，建立相邻数据包间的定向联系，并以此使数据自身的质量级别得到不断提升。电子交换路由器是光伏发电大数据进入RASMF实时监测框架的设备，可与电子质量检测探针结合，对正在传输中的大数据包进行质量把控管理。双定向实时处理客户端负责检索光伏发电大数据的质量精度条件，并向监测框架中的各级组成结构提供一定的运行执行意见。

4.2远程传输质量实时监测流程的完善

通过不断协调限定系数的方式，测量待传输大数据包的基本时延。该操作既可以对光伏电子的传输质量级别条件进行细致规划，也可以对传输信道中的实时监测条件进行初步判定。利用各项参数计算结果，建立标准的RASMF实时监测框架，并通过把控管理光伏发电大数据包的方式，确定电子在传输过程中的质量精度条件。最后，在客户端安装独立的电子测量装置，对所有完成远程传输的光伏发电大数据参量进行自主检测，通过对比原始数据、检测后数据间差值的方式，突出实时监测在电子传输过程中的重要性。

4.3系统功能设计

(1)发电量统计模块。本模块显示的是太阳能光伏电站在当天每个时段的发电量走势图，在这个模块中我们可以看出电站在不同时段的发电量。（2）节能减排数据显示模块。在本模块中可以知道太阳能光伏电站节省了多少煤、纯净水的消耗，还可以知道减少了多少二氧化硫、二氧化碳和氮氧化物等有害气体的排放。通过这个模块可以很清晰地看出太阳能光伏电站对保护环境的贡献。（3）逆变器数据显示模块。逆变器数据显示模块是太阳能光伏电站电参数显示的主要模块，包括ＰＶ输入电流、ＰＶ输入电压、ＰＶ输入功率、交流输出电流、交流输出电压、交流输出功率、逆变器温度、日发电量、交流发电量、电网频率和效率等数据。通过这个模块可以了解太阳能光伏电站的发电量和它的发电效率等信息。（4）环境监测数据显示模块。在本模块中显示的是太阳辐射度、风速、环境温度和组件温度。通过这个模块的数据可以知道太阳能光伏电站的环境因素对它工作效率的影响。（5）功率辐射比显示模块。本模块中显示的是发电功率和太阳辐射度的走势图。发电功率是太阳能电站的发电量的衡量标准，而辐射度是太阳能电站能量来源大小的体现。有了这2个数据的比较，这个太阳能光伏电站的工作效率就可以很清楚地体现了。（6）系统管理模块。本模块中有系统用户管理和数据管理两个部分。其中，用户管理和数据上传功能只有管理员权限的用户可以使用.

4.4数据库创建和连接

由于系统是采用太阳能光伏电站本地监控系统采集到的数据，这个本地监控系统完成了太阳能光伏电站相关数据的建库工作，所以，只要建立用户信息表信息和报表信息表即可。在太阳能光伏电站远程数据传输系统中，要对数据库中的数据进行读取，首先就要保证ＪＳＰ和ＭｙＳＱＬ数据库建立连接。在ＪＳＰ＋ＭｙＳＱＬ的开发模式中，数据库的连接是比较简单的，但是在连接过程中需要注意2个问题：（1）必须取得和ＭｙＳＱＬ相对于的ＪＤＢＣ驱动程序，避免数据库连接失败；（2）在数据库用完之后一定要释放数据库连接，虽然不进行这个操作不会出现错误，但是不关闭Ｓｔａｔｅｍｅｎｔ对象它就会一直占用服务器资源，而且存在潜在内存问题。

5结果与分析

在电子远程传输参量为1.27的条件下，以90min作为实验时间，分别记录在该段时间内，应用实验组、对照组监测算法后，光伏发电大数据无用损耗率的变化情况。分析可知，实验组光伏发电大数据无用损耗率始终在50%上下徘徊，前45min的最大值、最小值分别为50.03%、49.81%，后45min的最大值、最小值分别为50.02%、49.84%，始终低于理想极值74.31%。分析可知，对照组光伏发电大数据无用损耗率呈现明显的变化趋势，前45min的最大值、最小值分别为80.17%、26.53%，后45min的最大值、最小值分别为78.25%、18.94%，两阶段的最大值均超理想74.31%，大部分对照组的光伏发电大数据无用损耗率都超过实验组数值。综上可知，在电子远程传输参量为1.27的条件下，应用基于RASMF结构的光伏发电大数据远程传输质量实时监测算法，可有效降低光伏发电大数据无用损耗率的极限差值。
结束语

随着光伏发电大数据包累积量的不断增加，远程传输信道很难在保持良好传输效率的前提下，对电子的传输质量进行有效控制。为解决此问题，在RASM框架等策略的辅助下，搭建一种新型的光伏发电大数据远程传输质量实时监测算法，并在实测环节中，通过对比无用损耗率、保值远距离输送电子量等参数，突出说明这种新型算法的应用价值。

参考文献

[1]芦金雨,费丹雄,范正权,耿晶晶,袁娜娜.光伏发电大数据远程传输质量实时监测研究[J].电子设计工程,2020,28(17):103-107.

[2]杜越,任翔.光伏发电并网对电网运行的影响与对策[J].冶金管理,2020(07):232-233.

[3]曹潇,江星星,姚虹春.国家光伏发电大数据监测分析平台技术实现与运营模式研究[A].全国电压电流等级和频率标准化技术委员会.第九届电能质量研讨会论文集[C].全国电压电流等级和频率标准化技术委员会:全国电压电流等级和频率标准化技术委员会秘书处,2018:8.

[4]郝波,丁聪聪,成培.基于大数据平台的光伏远程数据传输及应用[J].控制与信息技术,2018(02):47-51+55.

[5]高远.光伏发电数据监测系统的研究与设计[J].通讯世界,2017(01):170-171.