分布式小光伏数据采集研究与应用

摘要：以吉林油田新建分布式小光伏项目为背景，探讨了分布式小光伏数据采集的问题和难点，并介绍了一种自主研发的分布式小光伏数据采集系统。该系统通过智能测控网关实现了电表和逆变器不同波特率的数据采集，同时解决了多厂家逆变器协议不统一的问题。在软件方面，实现了局级和厂级的整体展示，方便对系统进行实时监测和管理。该系统的成功应用，验证了其在分布式小光伏数据采集中的可行性和有效性。

关键词：分布式小光伏；数据采集；智能测控网关；多厂家协议；系统监测与管理

一、前言

随着全球对可再生能源的需求和环境保护意识的不断增强，分布式光伏系统作为一种灵活、可扩展的光伏发电形式，受到了广泛的关注和应用。吉林油田作为一个能源企业，也意识到分布式光伏系统在能源转型和可持续发展中的重要性，并引入了这一技术来应对能源挑战。分布式光伏系统的重要性包括以下几方面：

第一，能源转型的驱动力。分布式光伏系统作为一种可再生能源的利用形式，具有低碳、清洁、可再生的特点，可以有效减少对传统化石能源的依赖，促进能源转型和减排工作的开展。吉林油田作为一个能源企业，通过引入分布式光伏系统，积极响应国家能源政策，推动企业的绿色发展[1]。

第二，能源供应的可靠性和稳定性。分布式光伏系统的分布广泛，可以将光伏发电设备安装在队部屋顶或与油井紧邻的空地，使得能源的供应更加稳定和可靠。吉林油田引入分布式光伏系统，能够在一定程度上解决能源供应不稳定的问题，提高企业的能源供应可靠性，减少潜在的能源供应风险。

第三，降低能源成本和提高经济效益。分布式光伏系统可以将太阳能转化为电能，为企业提供廉价的电力资源。吉林油田通过引入分布式光伏系统，可以降低企业的用电成本，提高企业的经济效益。

二、分布式光伏需要采集的数据

分布式光伏系统采集关键数据主要包括以下几个方面：

第一，光伏发电量。采集光伏系统的实时发电量、日发电量、月发电量等数据，用于监测系统的发电情况和评估发电效率。

第二，太阳能辐射强度。采集太阳能辐射强度数据，用于评估光伏系统的辐射资源以及系统的运行效果。

第三，温度和湿度。采集光伏组件、逆变器等设备的温度和湿度数据，用于监测设备的工作状态和热效应对系统性能的影响。

第四，逆变器运行参数。采集逆变器的输入电压、输出电压、电流等参数，用于监测逆变器的工作状态和系统的发电效率[2]。

第五，网络电压和频率。采集系统接入电网的电压和频率数据，用于监测系统与电网的连接状态和电网质量。

第六，故障和告警信息。采集系统的故障和告警信息，包括光伏组件故障、逆变器故障、电网故障等，用于及时发现和处理系统故障。

第七，能耗数据。采集光伏系统的能耗数据，包括逆变器的能耗、监控系统的能耗等，用于评估系统的能效和节能效果。

以上是分布式光伏系统中的一些关键数据，通过对这些数据的采集和分析，可以帮助实现对系统运行情况的监测、故障诊断和性能评估，进而提高系统的运行效率和可靠性。

三、分布式光伏数据采集的难点

在实际数据采集开发工作中，分布式光伏数据采集有以下几方面难点：

第一，通信与接口问题。电表和逆变器波特率不一致，电表波特率2400，逆变器波特率9600，通过一个设备分别采集存在难点。

第二，数据来源多样化。分布式光伏系统涉及多个数据来源，包括光伏组件、逆变器、监测设备等，不同厂家的设备可能采用不同的通信协议和数据格式，导致数据采集的统一性和一致性难以实现。

第三，数据质量和准确性。光伏系统中的数据采集可能受到环境影响，如天气条件、光照强度等，这些因素可能导致数据的质量和准确性存在一定的偏差，需要进行数据清洗和校正[3]。

第四，数据安全和隐私保护。光伏系统中的数据采集涉及企业的运营和生产信息，需要确保数据的安全性和隐私保护，防止数据泄露或被恶意篡改。

第五，数据管理和分析需求。大规模的分布式光伏系统产生的数据量庞大，如何有效地管理和处理这些数据，以及如何进行数据分析和利用，对于企业来说是一个挑战。

针对以上难点，采取一系列的措施，建立统一的数据采集和管理平台、制定数据标准和通信协议、加强网络稳定性和数据传输的安全性等，以提高数据采集的效率和准确性，实现对分布式光伏系统数据的可靠管理和有效利用。

四、分布式小光伏数据采集系统设计

通过对上述问题进行技术攻关，提出了以下落地的解决方案：

第一，为解决电表和逆变器不同波特率的采集问题，研发了智能测控网关解决现场同时采集电表和逆变器数据的问题。该网关具备了RS485、4-20ma、开关量等数据采集和控制功能，并通过内置程序实现了波特率自由切换。同时，针对多厂家逆变器协议不统一的问题，研发团队进行了需求分析，抽取需要的多项协议进行分类别软件开发，从而实现了多厂家逆变器数据的采集和管理。

第二，对于分布式光伏分布广、难于安装与维护问题，吉林油田采取在建设期由信息技术公司统一现场安装，并负责培训采油厂进行维护培训的方法，解决了安装和维护的难题。

第三，为了解决分布式光伏系统中不同厂家设备采用不同通信协议和数据格式的问题，采用软件面向对象工厂类的方式进行数据采集的统一性和一致性处理。这种方式可以通过定义一个工厂类，用于创建和管理各个设备的对象，并提供统一的接口来处理数据采集和管理。可以定义一个基础设备类，包括光伏组件、逆变器、监测设备等。每个设备类都实现相应的接口，用于数据采集和处理。接下来，可以定义一个工厂类，用于根据设备的类型和厂家信息创建相应的设备对象。工厂类可以根据设备的通信协议和数据格式，选择合适的数据采集方式和处理方法。在工厂类中，可以定义一个通用的接口或抽象类，用于定义设备对象的数据采集和管理方法。每个设备类都实现这个接口或继承这个抽象类，并根据自身的特点进行具体实现。这样，无论设备来自哪个厂家或采用何种通信协议和数据格式，都可以通过统一的接口进行数据采集和管理。

在软件方面，吉林油田实现了局级和厂级的整体展示。局级展示了智能网关上线率、电表日读数、累积电能、逆变器在线数量、停机数量、故障、告警等信息的实时和历史数据，方便在宏观上进行系统分析。厂级展示了容量、电表号、日电能、累积电能、变比、逆变器厂家、主站ID、开关机状态、逆变器状态、故障描述、告警描述、发电量、累积电量、效率、内部温度、绝缘阻抗、输入功率、有功功率、无功功率、电网电压、电流、频率、组串等各类信息的集中展示，并且还开发了线路电能管理、日电能对标等功能模块，方便技术人员查找问题和短板以及进行管控分析。

（一）典型界面展示

新立采油厂2023年9月19日停电检修，光伏展示平台能够集中显示物联网设备断电告警信息，辅助安全管控如图1所示。

（二）对标展示

新木采油厂容量为42.12的分布式光伏逆变器共17台，2023年10月2日最小发电量172.2Kw，最大发电量为277.8Kw，相差105.6Kw，如图2所示。

（三）对逆变器日电能趋势展示

通过此功能可对电能展示功能的监测，用户可以及时发现逆变器性能的异常情况，如电能输出的突变或不稳定等，有助于用户及时调查并解决问题，确保逆变器的正常运行，提高能源利用效率，如图3所示。分布式光伏线路管理界面如图4所示。

（四）逆变器半小时电能展示。

通这个功能可以实时显示逆变器的电能输出情况，帮助用户了解自己的能源消耗情况。通过对电能趋势的观察，用户可以发现能源使用的高峰和低谷时段，以及电能的波动情况，从而更好地规划能源使用策略，如图5所示。

五、数据采集程序应用到的技术

吉林油田现有逆变器包括华为、禾望、英威腾、阳光等逆变器，存在应用厂家多接入数据量大等特点，所以分布式数据采集与管理使用了多种技术来实现高效、准确和稳定的光伏数据采集与管理过程。包括采集技术、队列技术、重定向技术和Socket技术等。

首先是应用采集技术，利用各种传感器设备收集实时数据，如光照强度、温度、湿度等，用于分布式光伏系统的运行监测和性能评估。采用Modbus通信协议和技术，实现数据在分布式光伏系统各个组件之间的传输和交换。对采集到的原始数据进行解析和处理，将其转化为可读性强、易于分析的格式，方便后续数据管理和应用。

其次是使用消息队列技术，通过RabbitMQ实现数据的异步传输和处理。通过将数据存储在消息队列中，可以实现高效的数据传输和处理，提高系统的并发性和可靠性。对消息队列进行管理和调度，确保数据的有序性和可靠性，包括队列分区、负载均衡、消息确认机制等，以提高系统的稳定性。

最后是使用数据重定向技术，将采集到的数据重定向到指定的存储设备或数据库中，以实现数据的长期保存和管理。常用的技术包括数据存储系统的配置和管理、数据备份和恢复机制等，确保数据的安全性和可靠性。在数据量较大的情况下，通过对数据流进行重定向，将数据流从一个节点传输到另一个节点，以实现数据的高效传输和处理。常用的技术包括流分片、数据压缩和加密等，以提高数据传输的效率和安全性[4]。

同时，采用Socket技术进行网络通信，实现分布式系统之间的数据传输和交互。通过建立Socket连接，可以实现实时的数据通信和数据同步，方便分布式数据采集与管理。

通过上述技术，最终实现了吉林油田分布式小光伏数据的稳定采集与数据入库。

六、结语

分布式光伏数据采集系统不仅为各个采油厂带来了显著的经济效益，还展示了良好的推广应用前景。随着全球对零碳转型的需求日益增长和技术的不断进步，该系统有望在更多领域和地区得到广泛应用，为推动全球能源转型和环境保护事业做出更大贡献。未来，可以进一步完善系统的功能和性能，提高系统的稳定性和可靠性，为分布式小光伏系统的发展和应用提供更好的支持。

参考文献

[1]姜庆林，孔丹军.提高分布式光伏用户全量数据采集成功率分析[J].农村电工，2021，29（02）：35-36.

[2]陈国杰.屋顶分布式光伏电站在油田计量间的应用[J].石油化工自动化，2024，60（01）：45-48+79.

[3]盛庆博，王涛，邹林，等.模块化光伏电站参数采集系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2023（01）：67-71.

[4]王婧骅，张娟，赵婉茹，等.基于时间序列的分布式光伏电站发电数据采集方法[J].电网与清洁能源，2022，38（06）：137-142.

作者单位：蔡晓冬、刘庆发，吉林油田数智技术公司；王伟峰，中国石油吉林油田新能源事业部

■ 责任编辑：张津平、尚丹