基于力控的户用光伏能源管理系统设计

摘要：出于保护环境的考虑以及全球面临的能源短缺现状，太阳能发电项目在世界范围内得到了快速发展。除大型地面发电站之外，户用小型光伏发电项目的建设得到了政府的多项政策支持，但由于户用系统分散、光照资源不均等问题，需要在数据采集的基础上，采用软件监测分析和优化系统控制策略，实现能源管理。

关键词：新能源；户用光伏；力控；能源管理

随着光伏行业的技术进步，太阳能单千瓦发电成本逐步降低，在经济性上已经能够与核能发电、水力发电展开竞争。其中分布式光伏发电可就近消纳，减少因远距离输电造成的电能损耗，系统设计具有模块化设计的特性，扩展性强，容量可灵活选择，是光伏扶贫项目的首要选择。而在地面集中式光伏电站资源逐渐稀缺的情况下，有效利用企业闲置的厂房、商业建筑表层等资源建屋顶电站，集约利用农业设施等实行农光或渔光互补，也可进一步拓展光伏发电市场。

1 户用光伏发电系统

小型户用光伏电站主要由光伏电池阵列、汇流箱、逆变柜、交流配电柜等组成，以50平方米可用屋顶面积来测算，装机容量5千瓦，安装费用约3万元至4万元。由太阳能二级能源地区一年平均日照1200小时计算，年发电量可达5000多千瓦时。目前对分布式光伏电价，国家补贴每千瓦时0.42元，普通家庭安装1套系统收回成本时间为7年至8年，之后15年则是纯收益，对用电量大的高能耗企业和商业写字楼，也更加利于節省供配电与用电成本。但由于缺乏统一的行业技术标准与管理措施，户用光伏发电系统的发电量逐年下降。

在“6·30”地面电站补贴下调之后，分布式光伏成为未来行业发展的主流方向，从政策制定的灵活性、上网电价水平，乃至电力消纳等配套设施的建设上都具有优势，如何提供全站设备的本地和远程运行监控和管理、视频监控、以及按照规定的协议进行数据传输，是电站业主和电网公司所共同关心的问题。现有光伏电站监控系统主要从逆变器出发，对电站运行参数进行监测，基础数据包括：当前总功率、发电量、二氧化碳减排量、直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、逆变器机内温度等，同时获取电站中的其它设备的信息及控制开关设备，实现发电用电管理。

2 力控能源管理系统设计

户用光伏发电系统具有通信模块布置范围广阔，设备线路交错复杂等特点，而所有光伏逆变器/通信模块可通过光纤、以太网、RS485总线等等任意形式连接至主控室的信息采集系统，经转换后链接三维力控信息采集系统，实现整个光伏系统的监控，下图所示为系统架构图。

系统主界面显示各户用光伏发电设备的运行状态，如开机、停机、并网、离网等情况，并显示逆变器的运行数据，如瞬时发电功率、累计发电量、输入输出的电压、电流、功率等，将下位机的数据调入上位机，必要时还可以用曲线或图表的形式直观地显示出当前状态与统计数据。通过逆变器数据的分析对比可以了解整个光伏电站的运行情况，及时显示线路与控制器、逆变器运行过程中发生的故障，在报警时，能显示出故障的类型及发生时间，以便运行人员及时处理及消除故障，保证光伏逆变器/通信模块的安全和持续运行。

以三峡电力职业学院工业中心屋顶电站为例，学校引进南京康尼公司KNT风光互补发电实训装置，使用工控一体机对风力发电、光伏发电、逆变系统分别进行数据采集，同时与西门子s7-200PLC及电池管理系统BMS通讯，采集运行状态，由汇编语言代替梯形图搭建监开关控制程序，实现充放电自动控制与离并网状态转换，提高系统使用效率与安全性。系统具有运行数据的定时打印和人工即时打印以及故障自动记录的功能，可随时查看历史记录情况。

2 结论

在基于力控的光伏电站监控系统基础平台上，搭建能源管理系统组态界面，可实现监测数据直观显示、发电量统计与报表核算等功能，满足用户中心数据库的要求。在进行远程数据采集和控制时，保证了光伏数据的实时性和可靠性。

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作者简介：熊京晶（1990.07-），女，汉族，湖北宜昌，助教，本科学士，主要从事新能源应用技术教学与光伏发电研究endprint