分布式光伏電站一體化監(jiān)控平臺設(shè)計

陳賢賢 曹璽彬 李 澤

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

0 引言

隨著技術(shù)研究的不斷深入，規(guī)模性的光伏電站開始陸續(xù)在中國投運(yùn)，如何獲取電站的實時運(yùn)行數(shù)據(jù)、如何滿足電網(wǎng)的監(jiān)控和調(diào)峰需要、如何進(jìn)一步減少能源浪費(fèi)，是光伏電站需要解決的問題。另外，大型電站采用的產(chǎn)品出自于不同廠商，無法兼容，造成監(jiān)控的“孤島”，無法實現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)控。

因此，迫切需要一套集監(jiān)測和管理于一體的信息監(jiān)測技術(shù)平臺，實現(xiàn)對光伏電站整體的實時監(jiān)測和控制管理。

1 平臺總結(jié)構(gòu)架

分布式光伏電站一體化監(jiān)控平臺主要由采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心2部分組成。前置機(jī)（采集服務(wù)）采用通信的方式完成實時運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，并傳送到實時數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計、管理等方式，實現(xiàn)對所屬全部光伏電站的實時監(jiān)控與運(yùn)行指導(dǎo)。平臺總體構(gòu)架如圖1所示。

1.1 發(fā)電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

通過將現(xiàn)場的各類設(shè)備（逆變器、環(huán)境監(jiān)測儀、匯流箱）接入采集終端，采集終端和前置機(jī)完成通信實現(xiàn)現(xiàn)場電站各類數(shù)據(jù)的采集，并通過以太網(wǎng)或者無線的方式將數(shù)據(jù)傳送至實時數(shù)據(jù)庫。

1.2 平臺技術(shù)構(gòu)架

一體化監(jiān)控平臺采用 J2EE 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)級技術(shù)架構(gòu)，提供了多層、分布式的應(yīng)用模型，結(jié)合XML與Java等成熟開發(fā)技術(shù)，形成一個完整的3層架構(gòu)的分布式應(yīng)用軟件系統(tǒng)，充分利用了其可擴(kuò)展、靈活性、開放性、安全可靠、穩(wěn)定高效的技術(shù)功能與特點，此外，平臺提供強(qiáng)大的應(yīng)用集成接口，使系統(tǒng)具有強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢。

2 監(jiān)控點設(shè)置及數(shù)據(jù)采集分析

2.1 監(jiān)控點設(shè)置

在一體化監(jiān)控平臺中，系統(tǒng)上線后需要立即接入的設(shè)備包括環(huán)境監(jiān)測儀、光伏陣列、逆變器、巡日裝置、攝像頭，其他設(shè)備在電站實際運(yùn)行過程中根據(jù)現(xiàn)場情況逐步接入。

2.2 數(shù)據(jù)采集分析

前置機(jī)采用通信的方式，從各類設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，通信管理機(jī)能夠支持大部分光伏設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)包括設(shè)備本身的原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及由此衍生而成的二次數(shù)據(jù)。主要分為2類：模擬量與數(shù)字量。

2.2.1 模擬量采集

直流匯流箱工作電流、電壓。

升壓變壓器高低壓側(cè)運(yùn)行電流、電壓、有功功率、無功功率。

逆變器直流側(cè)輸入電流、電壓、交流側(cè)輸出電流、電壓、功率因數(shù)、功率、頻率。

圖1 分布式光伏數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺結(jié)構(gòu)原理圖

光伏發(fā)電站上網(wǎng)電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、當(dāng)月發(fā)電量、年度總發(fā)電量、環(huán)境參數(shù)。

2.2.2 數(shù)字量采集

逆變器運(yùn)行狀態(tài)及故障報警信號。

光伏組件運(yùn)行狀態(tài)及故障報警信號。

繼電保護(hù)和安全自動裝置動作及報警信號。

斷路器、接地刀閘的位置信號。

直流系統(tǒng)及UPS設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障報警信號。

3 技術(shù)架構(gòu)及功能設(shè)計

為了解決目前電站存在的設(shè)備離散、監(jiān)控分散的問題，一體化平臺分析所有的監(jiān)控點，統(tǒng)一接入，實現(xiàn)對設(shè)備的統(tǒng)一管理、對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集與分析，為用戶提供綜合全面的信息瀏覽、運(yùn)行報表、故障報警、操作記錄等服務(wù)，隨時掌握電廠狀態(tài)，發(fā)布運(yùn)行指令。

3.1 平臺技術(shù)架構(gòu)

一體化監(jiān)控平臺運(yùn)用Java EE技術(shù)，J2EE平臺提供了統(tǒng)一安全的模式，重新利用組件的能力以及靈活的處理控制能力，利用EJB、JTA、JDBC、RMI-IIOP、JMX、SAAJ、JMS、JavaMail等規(guī)范，實現(xiàn)平臺各級的事務(wù)處理、功能調(diào)用、兼容配置。平臺架構(gòu)基于數(shù)據(jù)庫無關(guān)性進(jìn)行設(shè)計，可以適用于眾多的實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫。同時，平臺依托強(qiáng)大的ETL數(shù)據(jù)抽取工具，以其強(qiáng)大的擴(kuò)展能力和高效的性能為系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的抽取提供強(qiáng)勁動力。通過組件設(shè)計，輕松實現(xiàn)平臺各組件間的重組或替換，修改組件內(nèi)部的邏輯處理以及各層次間的交互，實現(xiàn)全面完整的系統(tǒng)應(yīng)用。

3.2 平臺功能設(shè)計

一體化監(jiān)控平臺在為電站管理部門提供綜合查詢與綜合分析功能的同時，企業(yè)用戶可以錄入并查詢企業(yè)信息與數(shù)據(jù)。

3.2.1 系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置包括角色管理、用戶管理、權(quán)限管理。可以新增、修改、刪除系統(tǒng)用戶，定義每個用戶的角色，也可為用戶或角色分配系統(tǒng)中各類功能的使用權(quán)限。

3.2.2 應(yīng)用層功能

運(yùn)行監(jiān)測用于監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行情況，分為電站、設(shè)備群、單設(shè)備3個層次的監(jiān)測，通過趨勢圖、直方圖、儀表盤等方式展示。遠(yuǎn)程控制通過輸入或選擇所需控制的內(nèi)容后，將指令迅速傳遞給設(shè)備，基本可以實現(xiàn)對設(shè)備的實時控制。警報通知具有智能化的特點，可以提供故障設(shè)備本身的告警，也可通過自身的判斷識別故障，實現(xiàn)預(yù)警功能。視頻監(jiān)控與運(yùn)行監(jiān)測緊密結(jié)合，不僅顯示系統(tǒng)的實時視頻內(nèi)容，也可顯示設(shè)備的實時視頻影像，并顯示簡要信息。分析診斷可提供比對分析、專家分析功能以及數(shù)據(jù)趨勢等故障診斷的輔助信息。綜合查詢可查詢系統(tǒng)中所有存儲數(shù)據(jù)的信息。統(tǒng)計報表功能可按照日、月、年等方式提供不同的報表。設(shè)備管理功能可建立電子化臺賬，還可以對設(shè)備進(jìn)行標(biāo)識，以便準(zhǔn)確定位到設(shè)備。

3.2.3 服務(wù)層功能

狀態(tài)管理功能負(fù)責(zé)采集系統(tǒng)所有的設(shè)備信息，并負(fù)責(zé)維持設(shè)備的實時狀態(tài)。設(shè)備控制功能下達(dá)設(shè)備操作的指令，了解設(shè)備的受控狀態(tài)、解鎖或鎖定設(shè)備。排他管理主要用于維持設(shè)備的虛擬鎖。警報識別用于識別設(shè)備的所有告警。它可以通過解析設(shè)備的報文，也可以通過自身的智能分析功能來識別報警。所有給設(shè)備發(fā)送的指令均由任務(wù)管理功能下達(dá)。根據(jù)指令的不同將任務(wù)分為單次任務(wù)、批次任務(wù)和循環(huán)任務(wù)。通過日志管理功能保存所有的用戶操作、系統(tǒng)異常等信息。

3.2.4 設(shè)備驅(qū)動層功能

將設(shè)備驅(qū)動層通過在系統(tǒng)內(nèi)裝載智能設(shè)備適配器，接入各種現(xiàn)有和新裝設(shè)備。通過采集數(shù)據(jù)實時分析、對告警數(shù)據(jù)和特征值進(jìn)行挖掘，保證采集的有效性；通過變頻采集機(jī)制根據(jù)數(shù)據(jù)采集情況和告警發(fā)生情況隨時變化采集頻率，做到故障數(shù)據(jù)“錄波”；通過互動式采集在特定情況發(fā)生時，自動采集其他指標(biāo)信號。

4 效益分析

光伏電站一體化監(jiān)控平臺應(yīng)用可解決目前電力企業(yè)存在的不足，為其帶來可觀的效益。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過智能監(jiān)控平臺，實現(xiàn)實時在線監(jiān)測、統(tǒng)計分析以及輸出應(yīng)用，充分掌握和利用歷史數(shù)據(jù)以及實時的狀態(tài)數(shù)據(jù)，有效指導(dǎo)電站運(yùn)行，從而實現(xiàn)精細(xì)化管理與生產(chǎn)。

4.2 社會效益

通過分布式光伏一體化監(jiān)控平臺對于電網(wǎng)質(zhì)量各項參數(shù)的實時監(jiān)控，可實現(xiàn)電網(wǎng)質(zhì)量的自動調(diào)度、負(fù)荷的自動控制、峰谷區(qū)間的方案優(yōu)化，從而提高整個電網(wǎng)的供電可靠性。

5 結(jié)語

該文設(shè)計了一種集中監(jiān)控管理分布于全球電站的監(jiān)控平臺系統(tǒng)，研究了該系統(tǒng)架構(gòu)、功能設(shè)計，為實現(xiàn)光伏電站無人值守、綠色環(huán)保提供技術(shù)保障；提高了工作效率，在帶動行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的同時為電力企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益。