光伏發電數據監控系統的設計與實現

◆鄒芷君 吳鳳梅 任丹 劉雨瀟

(湖北文理學院 湖北 441000)

1 引言

能源已經成為決定當今社會發展的關鍵因素。一個國家能否高效、合理的利用隨處可見的新能源，直接決定著這個國家未來的發展方向。太陽能作為新能源中不可忽視的重要一員，逐漸走入大眾視野。其具有顯著特點主要包括清潔、無污染、易獲得。正是這些顯著的特點使得太陽能的使用逐步流行，并發展成為新能源領域中的一種趨勢。應運而生的光伏發電站充分利用太陽能的優勢，針對光伏電站行業進行數據采集、數據可視化及數據分析，著力于為光伏設備安裝商、運營商及民用商、光伏用戶提供線上工具支持；為光伏電站投資人提供數據參考，降低投資風險。同時光伏發電站的高度智能化也使得設備的檢查變得簡單，由最開始的安排人員現場檢查逐步變成自動化檢查，極大程度提高人力物力，提高檢查效率。

2 光伏系統的數據操作

2.1 光伏系統中數據采集模塊的實現

數據采集模塊的主要流程如圖1所示，本模塊主要由數據采集器、氣象傳感器、光伏陣列傳感器、通信終端設備組成。光伏系統通過加入現代化的儀器，幫助用戶實時采集光伏電站發電和當地環境參數情況。在傳統光伏發電站的基礎上，改用更加先進的硬件通訊協議——RS485/422 協議，該協議能夠更好在網絡中運輸采集的數據，這些數據主要包括逆變器數據和氣象站數據。

數據采集模塊的功能實現主要是通過采集模塊平臺收發消息，進行數據傳輸等。該模塊使用的主要是市場上現有的光伏設備生產廠商的產品，例如英臻、華為、陽光、品聯、暢洋、淘科等。這些廠商的采集器模塊主要是由傳感器、控制器等單元構成，采用的是遠程數據采集的方式。數據采集模塊需要的材料是通信芯片、存儲芯片,實現原理則是將各個芯片集成在一塊電路板上。系統通過上述器件集成的電路芯片，來快速獲取光伏電站的變器數據和氣象站數據。

圖1 數據采集模塊及流程

2.2 光伏系統中數據處理模塊的實現

數據處理模塊的實現主要流程如圖2所示。數據處理模塊主要完成對接收到的數據幀進行校驗、解析和轉換和存入數據庫等功能。

圖2 數據處理模塊的實現主要流程

數據通信模塊是采集器與數據預處理平臺之間的通信信道，主要是將設備數據使用無線網絡終端發送到目標端口。采用的是TCP/UDP協議，利用面向連接的TCP協議來實現IP環境下的數據可靠傳輸。同時又采用端到端發送數據包的方式，通過為采集器獲取的數據開辟的連接通道進行傳輸，在數據預處理平臺相應端口下進行數據接收。數據預處理模塊主要流程如圖3所示：

圖3 數據預處理模塊主要流程

數據預處理模塊功能實現：首先根據逆變器、電表、氣象站等不同種數據幀格式協議，制定相應的多種解析器，獲取幀中包含的電站數據信息；再獲取傳輸到相應數據端口的幀，并將其放入正確的解析器中完成轉義。數據預處理模塊主要采用標志點匹配算法，對系統中使用到的各項幀格式進行分析，提取數據幀頭，數據幀尾的數據格式與長度和整幀數據長度等，并將其作為標志點，然后對標志點進行自動識別與匹配，將原始幀區分后交由相應解析器實現解析。

2.3 光伏系統中數據展示模塊的實現

數據展示模塊的主要實現流程如圖4所示。數據展示是指對接收到的電站數據進行數據可視化，展示部分主要分為電站中心，運維中心，展示中心和報表中心。數據展示模塊通過對光伏電站的四大中心的展示，給用戶提供詳盡的光伏電站信息，幫助用戶及時了解光伏電站信息和處理光伏電站的突發事件。

圖4 數據展示模塊的主要實現流程

3 光伏系統的優勢

3.1 為光伏電站行業運行、維護和管理問題提供解決方案

光伏電站大多建設在偏僻、環境相對惡劣的地區，派人值守可行度不高。光伏系統設計者考慮到這一問題，在光伏系統中專門增設了數據監控模塊，利用電子器件實時檢查光伏電站情況，并將數據上傳到網絡端。在網絡發達的今天，人們可以隨時通過手機、電腦等進行遠程查看數據,也可以在發現問題的第一時間打電話通知電站的管理者。

數據監控模塊完成自動化監控的具體解決措施主要有：（1）建立相關的光伏電站管理機制，并充分利用數字信息化技術，實現光伏電站數據共享和遠程監控。（2）建立完善的系統故障處理體系,將電站各設備在運行中出現的故障進行整理分類,并記錄下相關故障的處理方法。（3）組織技術人員參加各種培訓，使其掌握一般系統故障的產生原因,并培養其妥善解決故障的能力。同時安排操作人員負責與設備廠商的聯絡工作,當電站遇到機械故障時,也能第一時間通知維修人員進行搶修,或者在最短的時間內通知設備廠商更換設備。光伏系統通過上述措施很好實現了自動化監管功能，幫助公司減少了人力資源的浪費。

3.2 為光伏電站投資人的投資行為提供決策依據和數據支持

光伏產業作為新能源產業,是我國經濟發展的重要產業之一。光伏發電投資不僅可以給經濟社會發展提供清潔的能源與電力,而且還可以給投資者帶來豐厚的收益。再加上近些年政府對其大力支持,所以光伏電站逐漸成為投資熱點。

投資者在確定光伏發電是否為一個正確的投資項目之前,可以先對光伏投資項目的特征進行一定的了解,幫助其正確理解和把握光伏發電投資的風險。投資方可將專業的第三方機構的監控數據作為投資決策的參考依據，全面了解各種風險因素。同時也可根據監控數據實時的查看投資和收益狀況， 并在之后的合同中制定相應規避風險的方案。

3.3 為光伏養老、光伏脫貧、電站交易等提供數據共享和決策支持

光伏扶貧是國家大力倡導的,不僅符合以低碳為理念的能源發展戰略，而且也符合以扶貧為工作重點的農村幫扶計劃。光伏扶貧可以幫助農村解決用電問題,同時也可以利用農村的勞動力,利用光能來獲得收入。

光伏系統為農民脫貧提供途徑。光伏系統為實現光伏脫貧的具體措施有：（1）在政府指導支持下確定合適的光伏扶貧模式，建立光伏電站，進行資金投入，同時確定相應的光伏養老政策。（2）在政府鼓勵的基礎之上，選擇有技術手段、有技術實力的光伏脫貧實施單位，同時以村集體為單位進行光伏電站管理,光伏發電所得投資收益也由村集體分發給各戶。（3）給當地老百姓做光伏電站管理方面的相關培訓，解決部分貧困百姓就業問題。同時教會農村的青壯年一些電站交易的知識,用相對豐厚的待遇留住人才。

4 結論

隨著太陽能等清潔能源的使用領域越來越廣,光伏發電技術也在不斷普及，數據采集和遠程監控也變得越來越重要。數據采集對于后期的科研分析具有極其重要的實際意義。而遠程監控不僅可以降低運營成本,而且也有利于光伏電站的日常運行管理、設備維護等。在光伏系統大力度發展下，越來越多的人從眾受益。電力公司可以使用遠程監控系統替代員工的值守，投資人員可借助光伏系統獲取更將詳盡的電站信息，為后期的投資提供決策依據，農民也可在光伏系統的幫助下脫貧。