安科瑞 華楠

摘要：文章結合“互聯網＋光伏電站”的思想，利用互聯網技術，通過將光伏電站數字化，建立了本地智能運維管理系統和遠程協同運維管理系統，將現場光伏電站中各類設備的數據實時傳輸到集團數據中心并存儲，并對數據進行統計和分析，實現了以大屏的方式實時展示。

關鍵詞：互聯網技術；光伏監控平臺；能源管理；分布式光伏

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研究背景

太陽能屬于可再生能源的一種，具有儲量大、可再生、就地可取等特點，因此成為目前人類所知可利用的較佳能源選擇。隨著全球可待續發展戰略的實施，該技術得到了許多國家政府的大力支待，在全球范圍內廣泛使用。隨著光伏發電行業逐步邁入了“平價上網”時代，未來我國的光伏行業具有巨大的發展空間，2019年我國光伏新增裝機容量將達到43GW,累計裝機容量達到216GW。

隨著規模性的光伏電站的陸續建設和投入運行，光伏電站的建設質量問題、安全問題大量出現，設計缺陷、設備質盤缺陷施工不規范等問題都給光伏電站的質量和后期運維帶來了嚴峻的挑戰。這些問題單靠人力進行現場管理，不光是一種人力資源的浪費，而且無法及時發現和預防各種電站故障。為達到保證光伏發電系統質量、安全、經濟運行的目的，建設一套集實時監控、集中管理、智能預警分析、災害防范為一體的光伏電站智能化遠程運營信息管理系統，來保證電站建立規范的管理機制，特別是保證電站質量管理和運維管理，顯得尤為重要。

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現狀及目的

目前，市場上相關的光伏監控類產品比較雜，但是基于“互聯網＋＂的光伏大數據平臺應用不多，整個行業方向尚處于探索階段。業內比較有名的監控平臺廠家主要是針對單個電站進行智能化管理，只是簡單地運用了相關的信息技術，尚未將大數據技術融合到光伏系統中去。同時，這類企業在光伏行業的涉及面不廣，在光伏的整個產業鏈方面具有一定的局限性。

智能光伏電站是全數字化電站，可實現”可信、可視、可管可控”。智能光伏電站采用創新組網方案，打破現有設計束縛，從簡化建設、系統性能匹配、簡化維護等角度重新對組件、線纜逆變器、升壓變、監控與數據采集單元等系統部件進行組合優化。智能光伏電站具有主動電網自適應技術，利用智能逆變器的高速處理能力、高采樣和控制頻率、控制算法等優勢主動適應電網的變化，實現更好的多機并聯控制、更佳的并網諧波質量，更好地滿足電網接入要求，提高在惡劣電網環境下的適應能力。建設光伏電站監控平臺主要解決的問題及目的：

(1)提高對生產現場的實時監控能力。

(2)實現對光伏電站的質量監控。

(3)實現對發電生產的信息化、自動化管理。

(4)為提高管理與決策水平提供信息支撐。

(5)建設光伏電站監控設備的統一管理平臺。

(6)整合各類監測數據，實現對不同人員的差異化服務。

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設計與實現

結合”互聯網＋光伏電站”的思想，利用互聯網技術，通過將光伏電站數字化、建立本地智能運維管理系統和遠程協同運維管理系統，將現場光伏電站中各類設備的數據實時傳輸到集團數據中心并存儲，然后對數據進行統計和分析，并大屏的方式實時展示，以充分滿足用戶對光伏電站的高發電量、低初始投資、低運維成本、高可靠性和安全性等需求為目的。在25年生命周期內，實現高收益、可運營、可管理、可演進。使管理人員快速、準確地了解光伏電站的發電效率和發電量，使運維人員對光伏電站中出現的設備故障做出及時的響應，對可能出現的質量問題做出預防，從而提高光伏電站的發電效率和運行質量。

監控平臺整體布局

光伏監控平臺采用純瀏覽器和服務器(Browser/Server,B/S)結構的模式，以實現分布于不同地域的電站集中監控管理為目標而進行開發設計，為電站提供接入服務。平臺系統主要由子站數據采集系統和遠程監控中心兩部分組成。實時采集各光伏電站運行參數數據，通過互聯網遠程傳送到監控平臺數據服務器內。監控中心服務器對每個電站數據進行匯總分析、管理和展示，實現區域內所有光伏電站的狀態監控和運行指導。數據中心支持用戶通過瀏覽器或智能手機終端遠程登錄查詢。

監控中心提供強大的后臺數據庫服務器集群、數據磁盤陣列，以提供海量數據存儲；完備的災難恢復策略使用戶的運行數據不丟失；數據檢索、數據寫入分離設計，提高數據庫訪問速度。監控數據服務中心的建設為實現光伏電站無人值守、投資安全、較優運行、較佳維護提供技術保障

系統架構設計

光伏監控平臺從設備端、數據服務、應用服務3方面進行設計。設備端支持光伏電站中常用的設備如逆變器、匯流箱、環境監測儀、電表等，通過工業網關或通信管理機將不同廠家、不同型號及類型的設備進行統一數據管理，然后再通過不同的協議將數據上傳到數據服務端。數據服務端通過數據接入模塊、實時計算模塊、規則映射模塊將數據進行處理、統計、分析、分類存儲。應用服務將數據實時展示給決策管理人員及電站運維人員。

系統技術實現

監控平臺可運行在Windows或Linux系統中，Web及APP應用接口采用PHP技術進行開發，可運行在IIS,Apache,Ngix服務器上；數據庫包含Redis,influxdb,MySQL數據庫；數據接入、實時計算、規則映射模塊采用C++開發。

系統展示

決策層、管理層及運維人員可以在不同地點用多種不同的方式通過監控平臺實時了解、掌握各個電站運行的情況，可以快速響應電站出現的異常情況，減少電站的發電損失，提高運行效率。

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安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

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。

應用場所

目前我國的兩種分布式應用場景分別是：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。

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。

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）。

1）光伏發電

（1）綜合看板

●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實時發電功率。

●累計日、月、年發電量及發電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發電量

（2）電站狀態

●電站狀態展示當前光伏電站發電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數。

●統計當前光伏電站的日、月、年發電量及發電收益。

●攝像頭實時監測現場環境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

（3）逆變器狀態

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發電量及發電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環境輻照度曲線。

●直流側電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

（4）電站發電統計

●展示所選電站的時、日、月、年發電量統計報表。

（5）逆變器發電統計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發電量統計報表

（6）配電圖

●實時展示逆變器交、直流側的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

●展示逆變器型號及廠商。

（7）逆變器曲線分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

2）事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內容、發送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內容，發生時間以及確認狀態。

3）運行環境

●視頻監控：通過安裝在現場的視頻攝像頭，可以實時監視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

系統硬件配置

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：

2）交流380V并網

根據國家電網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，技術性能應滿足國家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。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業380V電網，實現自發自用，余電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發電量，同時在企業電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業上網電量，數據均應上傳供電部門用電信息采集系統，用于光伏發電補貼和上網電量結算。

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：

3）10kV或35kV并網

根據《國家能源局關于2019年風電、光伏發電項目建設有關事項通知》（國發新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業分布式光伏發電項目，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網運行安全技術要求的前提下，通過內部多點接入配電系統。

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：

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結語

通過基于互聯網技術，實現了光伏電站的智能監控，主要解決了以下問題：

(1)多類型電站及設備統一的接入標準化技術，簡化電站數據接入復雜度；

(2)海量電站數據統計分析自動化技術，解決了常規統計分析從關系數據庫查詢速度慢的問題；

(3)改變光伏電站運維方式，實現無人值守遠程運維；

(4)大數據分析技術，為電站投資決策、電站設計、設備選型提供依據。