分布式光伏电站混合通信式监控系统研究

分布式光伏电站混合通信式监控系统研究

钟钊

贵州黔源电力股份有限公司马马崖永新光伏电站 贵州省 550014

摘要：

电能资源作为重要的能源体系，对促进其他行业的发展来说有着至关重要的作用，由于社会对电力行业的要求逐步提升，以及在绿色发展和可持续发展的理念下，光伏发电站基于其自身的独特优势已成为了电力行业的主要发展方向之一，光伏发电站在运行维护管理的方式与水、火电站有极大不同，本文对光伏发电站的运行维护展开研究，针对光伏电站在运维过程中存在的问题，针对性的给出解决方案。

关键词：光伏电站，电器设备，运行维护，检修体系

1项目应用背景

本项目位于贵州省关岭县永宁镇和新铺镇境内，占地面积约8900亩，装机规模300MWp，属北盘江流域梯级水光互补可再生能源基地项目之一。

项目开工时间为2020年9月16日，2020年12月26日成功并网发电，2021年3月30日实现全容量并网。由74个并网发电单元组成，光伏电站采用220kV升压站，采用单晶硅光伏组件，74个并网发电单元所发电经逆变、汇流、35kV箱式变压器通过12回35kV集电线路接入220kV 升压站（备注：预留2回35kV集电线路）。

目前，日最大出力225MW，日最大发电量161万kWh,月最大累计电量3171万kWh，截止2021年10月25日，年累计发电量约13886万kWh。

光伏发电系统根据是否并网分为独立光伏系统和并网光伏系统，并网光伏系统根据安装地点分为并网光伏地面电站、并网光伏屋顶电站和并网光伏建筑一体化电站，并网光伏系统根据总转机容量的大小分为小型系统、中型系统和大型系统。

2国内外研究概况

现阶段， 光伏设备企业能力逐渐提升， 设备生产的各个环节均具备相应的能力， 无论是硅材料生产与加工、电池片和组件生产， 还是设备环保处理与净化、光伏产业链构建、设备检测等， 都可以实现成套供应。[1]

在维护人员方面，电站员工的专业素质参差不齐近年来，我国加大了在光伏电站方面的建设，新建了不少大型的并网光伏电站，这些电站招聘的技术人员一般都是从电力学校或其他火电厂、水电厂引入的。他们对于光伏发电的产业缺乏深入的了解，没有实际操作经验，对光伏电站运维管理工作也缺乏经验，且素质参差不齐，这就导致在光伏电站的日常运维管理工作中，遇到突发故障，无法及时处理，或者实际处理时出现技术问题，引发技术故障，无法有效维持光伏电站发电网络的稳定运行，进而影响到了大型并网光伏电站运维管理的安全和稳定。[2]

3 光伏发电站监控系统

监控系统包括一个光伏电站集中监控主站和多个分布式光伏电站就地监控系统，其中：每个分布式光伏电站就地监控系统，分别用于采集其所在分布式光伏电站的运行状态信息，然后通过预设的通信方式，上传给光伏电站集中监控主站；光伏电站集中监控主站，与多个分布式光伏电站就地监控系统分别通过预设的通信方式相连接，用于接收每个分布式光伏电站就地监控系统发来的所在分布式光伏电站的运行状态信息，并实时进行存储和监控。本发明能够对大规模的多个分布式光伏电站的数据信息进行采集和有效监控，方便用户对分布式光伏电站的管理，有利于提高对分布式光伏电站的管理质量。

3.1分布式光伏电站就地监控系统

分别用于采集其所在分布式光伏电站的运行状态信息，然后通过预设的通信方式，上传给光伏电站集中监控主站。

每个分布式光伏电站就地监控系统发来的所在分布式光伏电站的运行状态信息可以根据用户的需要进行设置，例如可以包括分布式光伏电站中光伏组件串、逆变器、汇流箱和并网点(如变压器)具有的电量、非电量信息，具体包括：分布式光伏电站中光伏组件串的电流、汇流箱的输出电压以及逆变器具有的直流电压、电流、交流电压、交流电流、功率因数、当前发电功率、日发电量和累计发电量等信息，以及包括变压器在内的预设并网电气设备的电压、电流和功率等状态信息。

每个分布式监控系统包括光伏发电设备数据采集模块、通信管理机、以太网交换机和就地监控服务器 。光伏发电设备数据采集模块，其由传感器、控制器等其它单元组成，安装在现有的光伏发电设备中，用于通过电压、电流等传感器，来采集光伏发电设备的电压、电流等状态信息；通信管理机，其具有多个下行通讯接口及一个或多个上行网络结构，用于将电站中汇流箱、逆变器等设备的通讯数据整理汇总，实时上传至分布式光伏电站就地监控系统(具体为其中的就地监控服务器；以太网交换机，其具备能同时连通多对端口，用于构建分布式监控系统的局域网，使每一个端口的光伏发电设备都能直接就地监控服务器相连，相互之间独立通信，互不影响；就地监控服务器，其是提供计算服务的设备，并具备一定存储能力，是分布式光伏电站就地监控系统的硬件基础，实现光伏电站设备电压、电流等信息的实时分析与计算；在每个分布式光伏电站就地监控系统中，光伏发电设备数据采集模块通过电压、电流传感器等采集汇流箱、逆变器的电压、电流等状态信息，多个汇流箱、逆变器分别采用串接方式接入通信管理机，通信管理机将汇流箱、逆变器等设备的通讯数据整理汇总，实时通过以太网交换机构建的局域网上传至就地监控服务器，从而实现就地监控系统对分布式光伏电站的监控。

3.2光伏电站集中监控主站

光伏电站集中监控主站与多个分布式光伏电站就地监控系统分别通过预设的通信方式相连接，用于接收每个分布式光伏电站就地监控系统发来的所在分布式光伏电站的运行状态信息，并实时进行存储和监控。

光伏电站集中监控主站包括光纤前置采集装置、无线网络前置采集装置、Internet前置采集装置、核心交换机、存储设备以及数据处理和分析服务器。光纤前置采集装置，用于采集分布式光伏电站就地监控系统经光纤专网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息(包括实时与非实时数据信息)；无线网络前置采集装置，用于采集分布式光伏电站就地监控系统经无线网络通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息(包括实时与非实时数据信息)；Internet前置采集装置，用于采集分布式光伏电站就地监控系统经Internet公网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息(包括实时与非实时数据信息)；

核心交换机，分别与光纤前置采集装置、无线网络前置采集装置、Internet前置采集装置、存储设备以及数据处理和分析服务器相连接，其作为光伏电站集中监控主站的核心设备，于构建光伏电站集中监控主站内部进行信息交换的物理通道；存储设备(例如硬盘)，用于实时接收并存储每个分布式光伏电站就地监控系统经光纤专网通信方式、无线网络通信方式以及Internet公网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息，实现对历史数据库的缓存，为历史数据发布至云存储平台和本地应用提供支撑；数据处理和分析服务器，用于对每个分布式光伏电站就地监控系统经光纤专网通信方式、无线网络通信方式以及Internet公网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息，实时进行监控管理。

3.3光伏电站集中监控主站的软件架构

光伏电站集中监控主站的软件架构由系统支撑平台和应用软件组成，其中，应用软件包括分布式电站运行监控与运行状态管控等应用。系统支撑平台为分布式光伏电站的应用功能的开发、运行和管理提供通用的统一技术支撑，为整个系统的集成和高效可靠运行提供保障，主要包括数据管理、协同管控、多态应用、权限管理、告警服务和报表管理等。运行监控功能包括数据采集与处理、操作与控制、拓扑分析、综合告警分析、事故反演及扩展应用；运行状态管控功能包括故障分析、光功率预测、终端管理、设备缺陷管理、信息共享与发布和环境状态监测等。

分布式光伏电站集中监控的通信方式包括光纤通信、无线网络和Internet公网通信等方式。无线网络和Internet公网的通信方式，能够解决分布式光伏电站信息上传至集中监控主站的光缆的建设问题。

4结论

光伏集中监控系统对大规模分布式电站的海量数据深入挖掘，从而最终实现分布式电站实时运行信息的监视和设备控制、状态估计、潮流计算、光伏发电功率预测等功能，能够有效解决分布式电站的信息孤岛、功能单一的问题。通过采取无线网络通信、Internet公网通信等混合通信方式，将大规模的多个分布式光伏电站接入本发明的分布式光伏集中监控系统，实现安全可靠、方便的数据通信，从而解决了现有光纤通信方式的光缆路径复杂及敷设困难等问题，节约了建设成本。

5参考文献

[1] 卢森根 .太阳能光伏设备的运行维护和管理研究 轻工科技发表时间：2019-07-05 17:56期刊

[2]刘立峰. 大型并网光伏电站的运行维护管理研究 工程技术研究发表时间：2020-03-10期刊