分布式光伏電站一體化監控平臺設計

陳賢賢 曹璽彬 李 澤

（華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

0 引言

隨著技術研究的不斷深入，規模性的光伏電站開始陸續在中國投運，如何獲取電站的實時運行數據、如何滿足電網的監控和調峰需要、如何進一步減少能源浪費，是光伏電站需要解決的問題。另外，大型電站采用的產品出自于不同廠商，無法兼容，造成監控的“孤島”，無法實現統一的監控。

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

1 平臺總結構架

分布式光伏電站一體化監控平臺主要由采集系統和遠程監控中心2部分組成。前置機（采集服務）采用通信的方式完成實時運行數據的采集，并傳送到實時數據庫。數據庫服務器通過對數據進行匯總、統計、管理等方式，實現對所屬全部光伏電站的實時監控與運行指導。平臺總體構架如圖1所示。

1.1 發電站數據采集系統

通過將現場的各類設備（逆變器、環境監測儀、匯流箱）接入采集終端，采集終端和前置機完成通信實現現場電站各類數據的采集，并通過以太網或者無線的方式將數據傳送至實時數據庫。

1.2 平臺技術構架

一體化監控平臺采用 J2EE 工業標準的企業級技術架構，提供了多層、分布式的應用模型，結合XML與Java等成熟開發技術，形成一個完整的3層架構的分布式應用軟件系統，充分利用了其可擴展、靈活性、開放性、安全可靠、穩定高效的技術功能與特點，此外，平臺提供強大的應用集成接口，使系統具有強大的技術優勢。

2 監控點設置及數據采集分析

2.1 監控點設置

在一體化監控平臺中，系統上線后需要立即接入的設備包括環境監測儀、光伏陣列、逆變器、巡日裝置、攝像頭，其他設備在電站實際運行過程中根據現場情況逐步接入。

2.2 數據采集分析

前置機采用通信的方式，從各類設備中采集數據，通信管理機能夠支持大部分光伏設備的數據采集，采集的數據包括設備本身的原始基礎數據以及由此衍生而成的二次數據。主要分為2類：模擬量與數字量。

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運行電流、電壓、有功功率、無功功率。

逆變器直流側輸入電流、電壓、交流側輸出電流、電壓、功率因數、功率、頻率。

圖1 分布式光伏數據監控平臺結構原理圖

光伏發電站上網電流、電壓、功率因數、有功功率、無功功率、當月發電量、年度總發電量、環境參數。

2.2.2 數字量采集

逆變器運行狀態及故障報警信號。

光伏組件運行狀態及故障報警信號。

繼電保護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。

直流系統及UPS設備運行狀態及故障報警信號。

3 技術架構及功能設計

為了解決目前電站存在的設備離散、監控分散的問題，一體化平臺分析所有的監控點，統一接入，實現對設備的統一管理、對基礎數據及運行數據的統一采集與分析，為用戶提供綜合全面的信息瀏覽、運行報表、故障報警、操作記錄等服務，隨時掌握電廠狀態，發布運行指令。

3.1 平臺技術架構

一體化監控平臺運用Java EE技術，J2EE平臺提供了統一安全的模式，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等規范，實現平臺各級的事務處理、功能調用、兼容配置。平臺架構基于數據庫無關性進行設計，可以適用于眾多的實時數據庫和關系數據庫。同時，平臺依托強大的ETL數據抽取工具，以其強大的擴展能力和高效的性能為系統間數據的抽取提供強勁動力。通過組件設計，輕松實現平臺各組件間的重組或替換，修改組件內部的邏輯處理以及各層次間的交互，實現全面完整的系統應用。

3.2 平臺功能設計

一體化監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，企業用戶可以錄入并查詢企業信息與數據。

3.2.1 系統設置

系統設置包括角色管理、用戶管理、權限管理。可以新增、修改、刪除系統用戶，定義每個用戶的角色，也可為用戶或角色分配系統中各類功能的使用權限。

3.2.2 應用層功能

運行監測用于監測設備的運行情況，分為電站、設備群、單設備3個層次的監測，通過趨勢圖、直方圖、儀表盤等方式展示。遠程控制通過輸入或選擇所需控制的內容后，將指令迅速傳遞給設備，基本可以實現對設備的實時控制。警報通知具有智能化的特點，可以提供故障設備本身的告警，也可通過自身的判斷識別故障，實現預警功能。視頻監控與運行監測緊密結合，不僅顯示系統的實時視頻內容，也可顯示設備的實時視頻影像，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據趨勢等故障診斷的輔助信息。綜合查詢可查詢系統中所有存儲數據的信息。統計報表功能可按照日、月、年等方式提供不同的報表。設備管理功能可建立電子化臺賬，還可以對設備進行標識，以便準確定位到設備。

3.2.3 服務層功能

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

3.2.4 設備驅動層功能

將設備驅動層通過在系統內裝載智能設備適配器，接入各種現有和新裝設備。通過采集數據實時分析、對告警數據和特征值進行挖掘，保證采集的有效性；通過變頻采集機制根據數據采集情況和告警發生情況隨時變化采集頻率，做到故障數據“錄波”；通過互動式采集在特定情況發生時，自動采集其他指標信號。

4 效益分析

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

4.1 經濟效益

通過智能監控平臺，實現實時在線監測、統計分析以及輸出應用，充分掌握和利用歷史數據以及實時的狀態數據，有效指導電站運行，從而實現精細化管理與生產。

4.2 社會效益

通過分布式光伏一體化監控平臺對于電網質量各項參數的實時監控，可實現電網質量的自動調度、負荷的自動控制、峰谷區間的方案優化，從而提高整個電網的供電可靠性。

5 結語

該文設計了一種集中監控管理分布于全球電站的監控平臺系統，研究了該系統架構、功能設計，為實現光伏電站無人值守、綠色環保提供技術保障；提高了工作效率，在帶動行業技術創新的同時為電力企業創造可觀的經濟、社會和生態效益。