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    安科瑞物聯網云平臺的分布式光伏監控系統的設計與實現

    更新時間:2023-05-11 點擊次數:403

    周穎

    安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

    摘 要:針對國內光伏發電監控系統的研究現狀,文中提出了基于云平臺的光伏發電監控體系。構建基于B/S架構的數據實時采集與推送,以SSH(struts+spring+hibernate)作為Web開發框架,開發基于云平臺的光伏發電遠程監控系統。在平臺部署過程中,通過合理設計SQLServer數據庫,結合本地數據庫和云端數據庫,實現數據的云端存儲、計算和調用。通過設計人機交互界面,將數據通過報表等多種可視化方式展現出來。實際系統的測試應用說明文中設計的監控系統能夠實現多個光伏電站系統的綜合管理,提高光伏電站遠程監控的質量和效率。

    關鍵詞光伏發電;分布式光伏遠程監控;物聯網;光伏發電運維;云平臺

    0、引言

       隨著分布式光伏電站的大量接入,光伏電站的管理越來越困難。針對大規模光伏電站并網接入的監控問題,國內外學者與企業開展了大量的研究,也取得了相應的成果和開發相關的產品。近年來,云計算技術逐漸興起,其應用模式和傳統幾種模式不同,具有共享池化的資源、自助服務按需付費等特點,通過管理中間件系統進行資源的整合,提升效率。本文基于B/S架構的數據實時采集與推送,以SSH為Web框架,開發了基于云平臺的光伏發電遠程監控系統。為解決光伏站點分布不均、發電站監控數據量大等實際問題,通過云計算技術在云端實現對多種類、多站點的電流、電壓等數據進行實時監控與分析,確保系統運行的穩定性。通過合理設計SQLServer數據庫,結合本地數據庫和云端數據庫,實現數據的云端存儲、計算和調用,提高計算的實時性。利用友好的人機界面,將數據通過報表等多種可視化方式展現,提高系統可用性和操作方便性。

    1、光伏發電系統

       光伏發電系統是一種利用光伏電池元件將太陽能轉化為電能的裝置。太陽能電池板是光伏發電系統中的核心部分,它能將太陽能轉換為電能,同時利用串聯和并聯的形式提高光伏發電系統的并網電壓和并網容量以達到并網的條件。由于光伏發電系統的波動性和間歇性,為保證光伏發電系統的穩定輸出,光伏電站都配置一定容量的儲能裝置,以提高光伏電站輸出的平穩性。因此,在實際光伏電站系統中需配置控制器對蓄電池的充放電情況進行控制以保證儲能保障蓄電池的正常使用。光伏發電系統結構如圖1所示。

       光伏發電系統的主要由光伏陣列、蓄電池、控制器和逆變器組成。

    2、云計算平臺架構

       面對客戶日益增長的需求,本系統還可以根據業務的變化向外擴展,提供更多的資源。云計算的使用大大降低了硬件的購買和維護費用,并且可以與本地的IT設施協同使用,使得用戶能夠整合式地體驗從本地到云端的管理、虛擬化、存儲和開發的過程,云平臺架構如圖2所示。

     

    3、監控系統設計

    3.1光伏發電監控系統總體結構

       本文設計一種采用WindowsAzure和Web相結合的*光伏發電監控系統。系統分為四層:應用層、服務層、設備驅動層、數據層,不同層處理不同數據,各層彼此結合形成面向用戶的系統功能。用戶與系統的交互主要在應用層進行,用戶的需求在應用層都會直觀的形式展示,用戶操作指令和信息會錄入到應用層,再將這些信息交由服務層處理。整個業務的信息數據處理、運算和控制是在服務層進行。與設備間的通訊由驅動層完成,并獲取設備的數據并進行轉換格式的操作,保證系統能夠正常識別??蛻舳爽F場設備的信息通信是雙向的,即將信息以設備能夠辨識的格式發送給設備,保證系統能夠正常向下層設備傳遞信息,如圖3所示。

    3.2光伏發電監控系統模塊

       本監控系統對采集到的各類電站數據進行分析,系統模塊主要包括數據采集模塊、數據通信模塊、數據庫和監控終端四個模塊。

    3.2.1數據采集模塊

       數據采集模塊采集光伏電站實時運行數據,光伏電站運行過程中涉及各類數據,包括:光伏陣列、逆變器、環境監測儀、計量器等。另外,除了設備本身直接獲取的基礎數據外,還有部分數據需要通過基本數據衍生計算。數據采集模塊結構如圖4所示。

     

    3.2.2數據通信模塊

    3.2.3數據庫模塊

    3.2.4監控終端

       現場監控主要由數據采集模塊、上位機、數據傳輸通道、數據庫構成。光伏組件上裝有各類的傳感器,電壓、電流等數據通過傳感器送到數據集中模塊,經信號調節電路濾波處理后將數據進行歸類分析,現場通過RS-485接口實現數據的傳輸和存儲?,F場監控顯示各種元器件數據、發電量、報警、報表等信息。同時,也可以通過命令實現對模塊的控制,比如:模塊參數、分合閘信息等?,F場監控結構如圖5所示。

     

       現場數據監控終端可以向工作人員提供電站的實時數據信息和歷史數據信息,展示電站的運行狀態,終端監控功能如圖6所示。

     

       本地數據通過上位機接收存儲到數據庫,利用Eclipse平臺配置和部署云環境,將本地數據庫轉移至云存儲中,實現云端數據庫和前臺界面的數據交互,用戶可以在瀏覽器上方便地查詢各地站點的信息。遠程B/S服務體系結構圖7所示。

     

    4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

    4.1概述

       AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監測光伏站點的逆變器設備,氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括:站點監測,逆變器監測,發電統計,逆變器一次圖,操作日志,告警信息,環境監測,設備檔案,運維管理,角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺,及時掌握光伏發電效率和發電收益。

    4.2應用場所

       廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業企業屋頂光伏,這兩類分布式光伏電站今年都發展迅速。

    4.3系統結構

       在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表,通過網關將采集的數據上傳至服務器,并將數據進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺,及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

     

    4.4系統功能

       AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構,任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監視分布在區域內各建筑的光伏電站的運行狀態(如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態、發電功率曲線、是否并網、當前發電量、總發電量等信息)。

    4.4.1光伏發電

    4.4.1.1綜合看板

    4.4.1.2電站狀態

    4.4.1.3逆變器狀態

    4.4.1.4電站發電統計

    4.4.1.5逆變器發電統計

    4.4.1.6配電圖

    4.4.1.7逆變器曲線分析

    4.4.2事件記錄

    4.4.3運行環境

    4.5系統硬件配置

    4.5.1交流220V并網

       交流220V并網的光伏發電系統多用于居民屋頂光伏發電,裝機功率在8kW左右。

     

       部分小型光伏電站為自發自用,余電不上網模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置,避免往電網輸送電能。光伏電站規模較小,而且比較分散,對于光伏電站的管理者來說,通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要,安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面:

     

    4.5.2交流380V并網

       根據*電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》,8kW~400kW可380V并網,超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網,以當地電力部門的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業企業屋頂光伏,自發自用,余電上網。分布式光伏接入配電網前,應明確計量點,計量點設置除應考慮產權分界點外,還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置,其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規定,以及相關標準、規程要求。電能表采用智能電能表,技術性能應滿足*電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置,應安裝采集設備,接入用電信息采集系統,實現用電信息的遠程自動采集。

     

       部分光伏電站并網點需要監測并網點電能質量,包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等,需要安裝單獨的電能質量監測裝置。部分光伏電站為自發自用,余電不上網模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置,避免往電網輸送電能,系統圖如下。

     

       這種并網模式單體光伏電站規模適中,可通過云平臺采用光伏發電數據和儲能系統運行數據,安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面:

    4.5.310kV或35kV并網

       此類分布式光伏裝機容量一般比較大,需要通過升壓變壓器升壓后接入電網。由于裝機容量較大,可能對公共電網造成比較大的干擾,因此供電部門對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。光伏電站并網點需要監測并網點電能質量,包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等,需要安裝單獨的電能質量監測裝置。

     

       上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖,光伏陣列接入光伏匯流箱,經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置),經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大,涉及到的保護和測控設備比較多,主要如下表:


    5、結束語

       針對目前的光伏發電監控系統在大規模光伏電站并網監控方面存在的不足,本文提出了基于云平臺的光伏發電系統監控系統平臺。通過分析現有的監控系統采用的技術架構,充分利用云技術的集中處理和存儲擴展性,降低了硬件設施的經濟成本,有利于后期系統的維護等特點。通過分析光伏監控系統數據采集模塊、研究光伏電站逆變器通訊、環境監測儀、數據集中器等硬件結構以及通信連接方法,設計了基于Modbus通信協議的上位機與各設備間的主從控制系統,達到將采集模塊采集的數據上傳至上位機以及云平臺的目的?;趯嶋H光伏電站的應用驗證了系統的可行性與可靠性

    參考文獻

    [1]馬立紅.方連航.龐松嶺.錢欣.程述成.蔡昌春.基于云平臺的光伏監控系統設計與實現[J].信息技術,2019年第1期

    [2]金紅光.隋軍.可再生能源的熱利用與綜合利用[J].中國科學院院刊,2016,31(2):208-215

    [3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版 


    作者介紹:

    周穎,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能電網供配電


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