分布式光伏电站一体化监控平台设计

陈贤贤 曹玺彬 李 泽

（华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

0 引言

随着技术研究的不断深入，规模性的光伏电站开始陆续在中国投运，如何获取电站的实时运行数据、如何满足电网的监控和调峰需要、如何进一步减少能源浪费，是光伏电站需要解决的问题。另外，大型电站采用的产品出自于不同厂商，无法兼容，造成监控的“孤岛”，无法实现统一的监控。

因此，迫切需要一套集监测和管理于一体的信息监测技术平台，实现对光伏电站整体的实时监测和控制管理。

1 平台总结构架

分布式光伏电站一体化监控平台主要由采集系统和远程监控中心2部分组成。前置机（采集服务）采用通信的方式完成实时运行数据的采集，并传送到实时数据库。数据库服务器通过对数据进行汇总、统计、管理等方式，实现对所属全部光伏电站的实时监控与运行指导。平台总体构架如图1所示。

1.1 发电站数据采集系统

通过将现场的各类设备（逆变器、环境监测仪、汇流箱）接入采集终端，采集终端和前置机完成通信实现现场电站各类数据的采集，并通过以太网或者无线的方式将数据传送至实时数据库。

1.2 平台技术构架

一体化监控平台采用 J2EE 工业标准的企业级技术架构，提供了多层、分布式的应用模型，结合XML与Java等成熟开发技术，形成一个完整的3层架构的分布式应用软件系统，充分利用了其可扩展、灵活性、开放性、安全可靠、稳定高效的技术功能与特点，此外，平台提供强大的应用集成接口，使系统具有强大的技术优势。

2 监控点设置及数据采集分析

2.1 监控点设置

在一体化监控平台中，系统上线后需要立即接入的设备包括环境监测仪、光伏阵列、逆变器、巡日装置、摄像头，其他设备在电站实际运行过程中根据现场情况逐步接入。

2.2 数据采集分析

前置机采用通信的方式，从各类设备中采集数据，通信管理机能够支持大部分光伏设备的数据采集，采集的数据包括设备本身的原始基础数据以及由此衍生而成的二次数据。主要分为2类：模拟量与数字量。

2.2.1 模拟量采集

直流汇流箱工作电流、电压。

升压变压器高低压侧运行电流、电压、有功功率、无功功率。

逆变器直流侧输入电流、电压、交流侧输出电流、电压、功率因数、功率、频率。

图1 分布式光伏数据监控平台结构原理图

光伏发电站上网电流、电压、功率因数、有功功率、无功功率、当月发电量、年度总发电量、环境参数。

2.2.2 数字量采集

逆变器运行状态及故障报警信号。

光伏组件运行状态及故障报警信号。

继电保护和安全自动装置动作及报警信号。

断路器、接地刀闸的位置信号。

直流系统及UPS设备运行状态及故障报警信号。

3 技术架构及功能设计

为了解决目前电站存在的设备离散、监控分散的问题，一体化平台分析所有的监控点，统一接入，实现对设备的统一管理、对基础数据及运行数据的统一采集与分析，为用户提供综合全面的信息浏览、运行报表、故障报警、操作记录等服务，随时掌握电厂状态，发布运行指令。

3.1 平台技术架构

一体化监控平台运用Java EE技术，J2EE平台提供了统一安全的模式，重新利用组件的能力以及灵活的处理控制能力，利用EJB、JTA、JDBC、RMI-IIOP、JMX、SAAJ、JMS、JavaMail等规范，实现平台各级的事务处理、功能调用、兼容配置。平台架构基于数据库无关性进行设计，可以适用于众多的实时数据库和关系数据库。同时，平台依托强大的ETL数据抽取工具，以其强大的扩展能力和高效的性能为系统间数据的抽取提供强劲动力。通过组件设计，轻松实现平台各组件间的重组或替换，修改组件内部的逻辑处理以及各层次间的交互，实现全面完整的系统应用。

3.2 平台功能设计

一体化监控平台在为电站管理部门提供综合查询与综合分析功能的同时，企业用户可以录入并查询企业信息与数据。

3.2.1 系统设置

系统设置包括角色管理、用户管理、权限管理。可以新增、修改、删除系统用户，定义每个用户的角色，也可为用户或角色分配系统中各类功能的使用权限。

3.2.2 应用层功能

运行监测用于监测设备的运行情况，分为电站、设备群、单设备3个层次的监测，通过趋势图、直方图、仪表盘等方式展示。远程控制通过输入或选择所需控制的内容后，将指令迅速传递给设备，基本可以实现对设备的实时控制。警报通知具有智能化的特点，可以提供故障设备本身的告警，也可通过自身的判断识别故障，实现预警功能。视频监控与运行监测紧密结合，不仅显示系统的实时视频内容，也可显示设备的实时视频影像，并显示简要信息。分析诊断可提供比对分析、专家分析功能以及数据趋势等故障诊断的辅助信息。综合查询可查询系统中所有存储数据的信息。统计报表功能可按照日、月、年等方式提供不同的报表。设备管理功能可建立电子化台账，还可以对设备进行标识，以便准确定位到设备。

3.2.3 服务层功能

状态管理功能负责采集系统所有的设备信息，并负责维持设备的实时状态。设备控制功能下达设备操作的指令，了解设备的受控状态、解锁或锁定设备。排他管理主要用于维持设备的虚拟锁。警报识别用于识别设备的所有告警。它可以通过解析设备的报文，也可以通过自身的智能分析功能来识别报警。所有给设备发送的指令均由任务管理功能下达。根据指令的不同将任务分为单次任务、批次任务和循环任务。通过日志管理功能保存所有的用户操作、系统异常等信息。

3.2.4 设备驱动层功能

将设备驱动层通过在系统内装载智能设备适配器，接入各种现有和新装设备。通过采集数据实时分析、对告警数据和特征值进行挖掘，保证采集的有效性；通过变频采集机制根据数据采集情况和告警发生情况随时变化采集频率，做到故障数据“录波”；通过互动式采集在特定情况发生时，自动采集其他指标信号。

4 效益分析

光伏电站一体化监控平台应用可解决目前电力企业存在的不足，为其带来可观的效益。

4.1 经济效益

通过智能监控平台，实现实时在线监测、统计分析以及输出应用，充分掌握和利用历史数据以及实时的状态数据，有效指导电站运行，从而实现精细化管理与生产。

4.2 社会效益

通过分布式光伏一体化监控平台对于电网质量各项参数的实时监控，可实现电网质量的自动调度、负荷的自动控制、峰谷区间的方案优化，从而提高整个电网的供电可靠性。

5 结语

该文设计了一种集中监控管理分布于全球电站的监控平台系统，研究了该系统架构、功能设计，为实现光伏电站无人值守、绿色环保提供技术保障；提高了工作效率，在带动行业技术创新的同时为电力企业创造可观的经济、社会和生态效益。