分布式光伏电站监控系统的设计与实现

李春枚+郝金平

摘 要 为实现分布式光伏电站的数据采集和远程监控与维护，介绍一种基于B/S的分布式光伏电站监控系统的设计与实现。该系统通过通讯管理机采集现场设备的监测数据并传输至无线网关，无线网关通过GSM网络和主站通讯，将数据传输给服务器的监控系统。该系统结合Web技术、无线传输技术、数据库技术使分布式光伏电站的远程监控和维护更加智能和高效。

关键词 分布式光伏电站；数据采集；远程监控；通讯管理机

中图分类号 TM7 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）12-0085-01

随着社会的快速发展，能源消费在迅猛增长，但是，地球上蕴藏的化石能源却日渐枯竭。低碳经济、可再生能源的开发与利用，成为世界各国应对能源与环境危机、增强可持续发展能力的重要选择。太阳能是一种新的能源，具有特有的优势：第一，太阳能是地球上所有能源的源泉，取之不尽，用之不竭；第二，太阳能存在就地收集、就地利用的优点，可以减少长距离传输导致的浪费；第三，太阳能属于清洁能源，在开发利用过程中不会产生污染和公害、没有噪音，更不会影响到生态平衡。我国的太阳能资源非常丰富，据相关资料的估算，全國太阳年辐射总量达3 350MJ/m2～8 370MJ/m2[1]。太阳能发电项目的建设是实践低碳经济、推进可持续发展的有效途径，具有广阔的项目应用前景。

随着太阳能在国内外市场的大规模开发和利用，光伏发电技术已日趋成熟和完善。全国各地屋顶一类的分布式光伏电站会越来越普及，分布式光伏电站分布较散，安装、监控费用受限，如何对这些分散的光伏电站实现有效的监控，提高电站运行的稳定性和可靠性以及更好地维护是摆在我们面前急需解决的问题。文献[2]通过应用ZigBee技术和Android手机实现对分布式的光伏电站的监控并能通过手机访问，但其在平台扩展性和数据的长期跟踪处理已及智能诊断方面不能满足要求。本文提供的监控系统可扩展性强，新增的电站可方便的加入到监控系统中，数据通过GSM网络传输到主站服务器，传输的距离和有效性、准确率较高，更利于分布式光伏电站的远程监控和维护。

1 系统总体结构

分布式光伏电站监控系统主要包括以下几个部分，数据采集单元、无线传输单元和主站（如图1所示）。

数据采集单元采集组件温度，汇流监测箱输入输出电流、电压、功率，逆变器的逆变效率、日发电量、总发电量、运行时间、内部温度、发电功率、直流电流等模拟量。通信管理机配置了6路RS232/RS485串行通讯口，与电站的各种设备进行通讯，实时高效地采集现场信号，并传送给无线传输模块。无线传输模块通过GSM网络与主站进行数据交换。主站监控平台采用B/S结构，可通过浏览器远程监控和管理。

2 系统功能

2.1 数据采集

数据采集单元采集电站现场的所有重要设备的实时信息。信息主要包括环境气象参数、主要设备的状态量和模拟量以及现场设备（逆变器、汇流箱）的故障信息。环境气象参数主要包括室外温度、辐照度、风向、风速和组件温度等气象参数；设备的状态量主要包括电站逆变器、汇流监测箱等设备的防雷状态，断路器状态，通讯状态等。模拟量包括直流电压、直流电流及输入输出功率等电气参数信号；故障信息主要有逆变器和汇流监测箱的温度报警、电流超限、通讯断开等故障信号。现场采集的数据通过无线网络传输至无线网关，无线网关并将数据传输给监控软件，可以实时显示累计发电量、方阵电压、方阵电流、方阵功率、电网电压、电网频率、实际输出功率、实际输出电流、太阳能电池组件温度、辐照度、风速、风向等。监控系统每一分钟可记录一次数据。

2.2 实时监视

监控系统对管辖的各个发电单元生产状况进行实时监视，通过生产模拟图、趋势图、表格、柱状图等多种方式对各发电站现场的主要设备状态和参数进行监视和管理。本系统基于B/S搭建分布式光伏发电监控系统如图2所示，智能客户端手机等可通过互联网实时访问。

2.3 报警管理

监控系统及时准确地发现故障信息，对故障信号有效的显示并报警。报警管理主要为故障信号和报警信号。故障信号主要是紧急报警信号，如逆变器、汇流监测箱等设备的故障，断路器故障、防雷器故障等。预告信号主要是设备报警点的状态改变、模拟信号量的超限（高限或低限）、通讯连接断开、设备不正常状态的出现等。监控系统监测的电站故障信息主要包括：逆变器内部温度过高、直流电压过高、直流电压过低、直流电流过高、直流电流过低、电网电压高限、电网电压低限、交流电压过高、交流电压过低、逆变器断路器短路、逆变器防雷器状态改变、主通道通讯不正常，汇流监测箱电流通道异常等。任何故障出现时，监控系统可立即报警提示，并在最前端显示报警内容，便于运行维护人员查看报警信息，对设备进行相应的处理和维护。

2.4 报表管理功能

系统有专门的报表管理功能，可根据需要生产生成各种表格，发电量日报、月报和年报等，生成的报表数据可方便的导出至Excel文档中进行分析处理。

2.5 功率预测

光伏电站的功率能反映出电站的发电效率，对功率的预测以及研究功率的变化趋势有助于更好的发挥电站的潜力。监控系统能便捷地查看各个逆变器的实时功率和历史功率，同时，能在趋势图里与辐射度、温度和发电量进行对比分析。系统可自动绘制光伏阵列的实际功率曲线，并对比光伏组件厂家所提供的标准曲线，调整设备相应参数，充分挖掘光伏电站潜力，提高光伏电站的负荷率，最大限度的提高发电效率。

3 结论

分布式光伏发电拥有良好的市场前景。分布式光伏电站监控系统能很好地集中管理分散的光伏电站，对提高分布式光伏发电站的运行管理效率，提升生产运行管理水平，降低生产运行和设备维护成本有着重大的意义。但现有的光伏电站的维护工作量比较大，还需进一步深入研究，给出智能专家诊断系统，更有效地提供光伏电站的维护策略。

参考文献

[1]王如竹.关于建筑物节能及复合能量系统的几点思考[J].太阳能学报，2002，23（3）：322-325.

[2]马龙，汪炜.基于ZigBee和Android手机的分布式光伏电站监控系统[J].计算机与现代化，2014（4）：152-156.