智能监控在居民分布式光伏系统运维中的应用

陆晓静 吴星亮 陈圣金 卢凯 陆川

摘 要：作为居民分布式光伏发电系统的重要组成部分，光伏监控系统可对光伏电站中主要设备及系统进行实时监控和控制，更有利于进行数据汇总分析，确保光伏发电系统的安全可靠和稳定运行。目前，光伏电站的监控技术仍处于发展阶段，基本停留在数据的采集和上报。本文就监控系统与大数据相结合构成的智能运维系统进行阐述，并对智能光伏运维提出一定的展望。

关键词：分布式光伏；智能监控；大数据；智能运维

中图分类号：TM615 文献标志码：A

0 引言

光伏产业作为新兴的朝阳产业，是未来全球先进产业竞争的制高点。依托光伏发电技术的革新和国家及地方补贴政策的支持，居民分布式光伏发电产业进入飞速发展阶段。但是过高的补贴比例，也使得光伏成产业政策调整的重灾区，加快产业升级提高智能创新，降低光伏系统的运维成本，是每一位光伏人必须思考的问题。光伏系统智能监控，运用互联网、GPRS网络和大数据等新一代信息技术，实时采集光伏系统中的主要技术参数，并上传至云平台进行数据记录、分析、故障检测和报警等处理，快速实现光伏电站的集中管理与远程管理。

1 居民分布式光伏系统的原理

居民分布式光伏发电系统主要包括光伏组件、逆变器、配电箱、固定支架、监控系统和线缆及其他附件。

典型的晶硅电池是一个半导体p-n结二极管。当太阳光照射在电池片上时，束缚的高能级状态下的电子被激发成为自由电子。带负电的自由电子向N结定向移动和聚集，余下带正电的空穴向P结定向移动和聚集，当外部环路被闭合，便有电流产生。

发电原理图如图1所示。

2 智能监控系统设计

本系统通过增加适用于光伏系统的高效电力电子器件，同时利用自动化信息抄读技术、信息处理和控制技术，搭建智能化光伏运维系统。

本系统中有3个主要构件：光伏逆变器、智能电表箱、Web监控平台。智能系统构架图见表1。

逆变器：配套使用逆变器，具有一组RS485通信接口，通过RS485屏蔽线与智能电表箱中导轨表的GPRS通信接口相连，对逆变器数据进行抄读。读取逆变器实时数据，不经处理上传至Web监控平台，逆变器与导轨表抄读数据进行对比，保证数据的准确性。

智能电表箱：其核心部件是智能导轨表，采用DIN35mm标准导轨式安装。将采集的系统电压、电流信号送入计量Soc，Soc对采样信号进行计算装换为电压、电流、功率和电能等电参量，同时将数据送入MCU。另外，同时可实时采集电表箱内温度、元件状态。导轨表采集数据及对逆变器抄读的数据，可通过GPRS通信模组上传至Web监控平台。电表箱一次电气图如图2所示。 Web监控平台：接收导轨表上传数据，根据已设定逻辑关系，实现对数据的在线分析、 故障告警、远程智能控制等功能。

3 重要功能介绍

该系统中核心器件为智能导轨表，设置其内部程序，同时配合外接设备和Web監控平台，共同实现如下几项重要功能。

3.1 温度检测与告警

外接两组温度传感器，可检测电表箱内刀闸和导轨温度并上报Web平台，当温度超过设定值（60℃）时，平台预警；若温度继续升高至温度上限（75℃）时，平台发起远程跳闸命令并联动运维系统通知运维人员现场排查。

3.2 电压检测与告警

具有3组电压检测功能，分别检测进线断路器负载端、自动重合闸负载端和浪涌保护开关出线端电压，判断电表箱中几个重要元器件的运行状态是否正常，出现异常则Web平台进行告警并联动运维系统通知运维人员现场排查。

3.3 远程控制功能

具有一组自动重合闸断路器控制接口，可接受主站的命令，当出现异常或其他需人为关断、合闸的情况时，可远程对自动重合闸断路器进行控制。

3.4 电参量测量功能

能测量当前的电压、电流、有功功率、频率、功率因数等运行参数。当上报数据超过设定值时，Web平台告警或平台发起远程跳闸命令并联动运维系统通知运维人员现场排查。

3.5 计量功能

导轨表可对系统的正向有功、反向有功电能进行计量，并可以据此设置为组合有功电能，同时具有一定时间的日冻结数据存储功能。精度等级为1.0级，解决了逆变器发电量计量不准确的痛点。另外，导轨表内设有超级电容，当市电停电可上报停电信息。

3.6 其他功能

除此之外，可对逆变器进行抄读与设置，支持导轨表自身及外挂逆变器的远程升级，实现户用光伏电站的远程监控。

4 优势分析

如图3所示，目前监控系统主要停留在故障记录、数据记录和简单的数据分析阶段，在故障发生之前无法提前进行预警避免故障发生，同时由于逆变器对发电量的计量存在误差，导致对系统真实发电性能的评估存在难度。针对以上问题进行探讨，研发出这套智能系统，有如下几点优势。

4.1 故障预警与处理

实时检测上传系统数据，当偏离正常范围是，平台进行预警或者关断操作，将事故扼杀在发生之前。

4.2 精准发电量

导轨表发电量计量，相对逆变器精度有明显提高，误差可控制在千分级，使数据更加有可信度。

4.3 故障点定位

由于导轨表可实时监测各电气元件的运行状态和电压等参数，当故障发生之后，可通过历史记录查询故障时间段内，系统中各元件的参数，精确分析故障原因和故障点。

4.4 节省运维成本

系统后端可准确进行故障预警和故障分析处理，同时可实现远程升级功能。避免依靠人工反复赶往现场进行维护和管理，减少了大量的人力和物力的浪费，节省了运维成本。安能宝监控界面展示如图3所示。

5 应用实例

目前，此智能监控系统已在浙江部分地区投产试用。同时，在实际应该过程中，也发现一定问题需要继续改进。

5.1 协议兼容

要求系统中逆变器和导轨表通信协议需满足兼容要求，同时多个平台接口对接稳定。

5.2 硬件要求

要求核心部件—导轨表的稳定性非常高，对数据的采集上报需准确及时。

电表箱内接线如图4所示。

5.3 Web平台开发

要求Web平台开发满足系统要求的控制逻辑，可根据导轨表上报数据进行准确告警或其他关断操作。

上报数据曲线如图5所示：其中两条趋势线分别表示逆变器、电表箱内刀闸开关、电表箱内导轨温度。

结语

在光伏电站25年的运营期内，故障情况不可避免。后期运维耗费大量人力、物力和财力，运维成本在整个系统中占比较大。智能监控系统的应用，使故障点的判断更加精准，甚至在故障发生之前就能进行预警和联动处理。同时，更加准确计量光伏系统的发电量，对光伏电站的性能评估和优化电站设计起到很好的指导作用。

参考文献

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